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现代糖生物学进展
现代糖生物学进展(总15页)
现代糖生物学进展
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什么是糖生物学,简单地说就是研究多糖及其衍生物的结构、生物合成及生物学功能的科学。
多糖是生物高分子家族中一个最丰富多彩的成员,广泛存在于各种植物、动物、微生物组织中,具有免疫调节、抗肿瘤、降血糖等多种生物活性。
其最大优点是毒副作用小,来源广泛,资源丰富。
尤其是来源于中草药的植物多糖,受到许多国家的重视。
20世纪末,糖生物学开始蓬勃发展而引起世人注意,它是糖化学和生物学研究相结合的新兴学科,主要研究糖类化合物的结构、生物合成和生物学功能。
本专题旨在介绍糖生物学的历史,糖生物学研究的内容,糖缀合物中糖链的结构及其生物学功能,天然多糖的组成及结构,天然多糖的生物学功能,以及糖生物学研究的发展等。
1糖生物学的历史
“糖生物学”起初由糖化学开始,而后是糖生物化学。
20世纪初期,糖类化合物的化学、生物化学和生物学曾引起科学界很多人的关注。
当糖生物化学研究积累了大量的资料,发现糖类化合物的研究与生物学的诸多领域出现了交叉,这就孕育了糖生物学的出现。
1988年,一篇以“糖生物学”为题目的综述刊登在当年的“生物化学年评”,由此宣告了糖生物学这一分支学科的正式诞生。
然而,当时由于糖类化合物自身结构的复杂性,使之难于测序,致使糖类化合物的研究远远滞后于蛋白质、核酸和脂类的研究。
因此,人们为研究这些糖类化合物建立了一些新的工艺方法,这也为分子生物学研究领域开辟了另一个新的前沿,称为“糖生物学(glycobiology)”。
20世纪末期,糖基转移酶转基因细胞的产生,钙粘素N-CD1单晶三维结构的阐明,肝素抗凝血五糖模拟物的合成,这些研究的出现极大地推动了糖生物学学科的发展。
随后,科学家将糖化学和生物化学的传统原则与现代细胞和分子生物学对聚糖的研究相结合,而创用了“糖生物学”一词。
如今“糖生物学”已经得到了广泛的认可,并创立专门的生物学杂志,日益壮大的科学学会和著名的戈登研讨会议,这些都是以“糖生物学”来命名的。
目前糖生物学广义地被定义为,研究自然界中广泛分布的糖类(糖链或聚糖)的结构、生物合成和生物学功能的一门科学。
实际上,糖生物学的研究焦点是糖类与其他分子的关系。
糖生物学的研究包括对糖类化合物的命名,对其生物合成、结构和化学合成以及生物学功能的研究,还涉及部分分子遗传学、细胞生物学、生理学和生物化学这些基础学科方面的研究。
2糖生物学研究的主要内容
近年来,糖生物学研究的主题主要基于如下问题:
(1)糖类化合物与其受体之间相互作用的分子机制如何
(2)应以何种功能实验来阐明糖类化合物的生物学角色
(3)如何将糖类化合物更好地应用于医疗保健中
若要完全解决糖生物学的这些基本问题,尚需数十年的努力。
然而,迄今为止,人们已经揭示出糖类化合物的部分生物学功能,将在下述内容中加以介绍。
3糖生物学研究领域中的常见术语
人们将糖定义为多羟基醛或多羟基酮的化合物,或者能水解出上述单体的化合物。
而单糖是一类不能水解为更简单的糖单位的化合物。
单糖在其碳链末端有一个羰基(即醛基),或者在碳链内部的一个碳原子上有一个羰基(即酮基)。
这两种单糖称为醛糖或酮糖。
游离的单糖可以以直链或环状形式存在。
图2-1单糖的存在形式
一般来说,碳水化合物含有多个单糖(monosaccharide),它们连在一起成为寡聚体或多聚体,又叫做寡糖或多糖。
糖苷键是将一个单糖和另一个残基相连的共价键,特别是通过异头碳上的羟基和另一个残基相连。
按照氧与异头碳的关系又可分为α连接或β连接。
尽管其顺序和组成一样,但这两种类型的连键各具有不同的结构性质和生物功能。
糖缀合物(glycoconjugate)是指含有单糖的糖基部分以共价键与另一种天然构件单位(如氨基酸、肽类或脂类)相连的大分子,例如糖蛋白(glycoprotein)、糖脂(glycolipid)和蛋白聚糖(protoglycan)。
每一种糖缀合物都是一个或多个单糖或多个寡糖单位(即糖体,glycone)以共价键和另一个非糖组分(即配糖体,aglycone)结合。
糖缀合物中没有和配糖体结合的寡糖通常都能保留其末端单糖组分的还原性。
因此,该末端又称为还原末端,另一端则称为非还原末端。
这与核酸链的3’端与5’端之分,多肽链的氨基端和羧基端之分相类似。
4糖缀合物中糖链的结构及其生物学功能
由单糖引起的糖链变化多于氨基酸或核苷酸。
核苷酸和蛋白质都是线性多聚物,都只有一种基本的连接键。
而理论上,每一个单糖都能以一个α或β键与链中的另一个单糖的一个或几个位点连接,或与其他单糖分子连接。
由此可知,3个氨基酸或3个核苷酸都只能产生6种变体,但3个己糖根据考虑因素的不同,可组成三糖种类的数目在1056到27648之间。
如果聚合体中的单位个数增加,其差值还会进一步增大。
对于己糖的六聚体,其可能的组合可达万亿之多。
因此,理论上,在复杂的生物体系中,可能存在的糖的数量是不可思议的。
对于学习糖生物学的学生来说,值得庆幸的是,自然界存在的生物大分子只含有少数的单糖,其结合键型的数目也十分有限。
但对于从事糖生物学研究的人员来说,该领域仍有很大的研究空间等待开发。
随着糖链结构分析技术的进步和分子生物学技术的发展,研究糖链功能的方法和技术,如内切酶、外切酶、糖链合成的抑制剂的应用、DNA定点突变技术和糖基转移酶基因工程技术的快速发展,糖链的生物学功能也已逐渐得到阐明。
研究结果表明,糖链作为信息分子参与细胞生物几乎所有的生命过程,特别是在细胞分化、发育、免疫、老化、癌变、信息传递等生命和疾病过程中起着特异性的识别、介导与调控作用。
调控机体免疫应答
糖链通过糖蛋白的抗原性和免疫原性与免疫应答相互关联。
糖链对糖蛋白抗原性的影响:
有些糖链可以被抗体识别。
例如人类免疫系统中就存在着以特异性糖基决定簇为靶点的循环抗体。
含量约占循环免疫球蛋白G(IgG)家族1%的一类IgG,可对Gal(α1-3)Gal(b1-4)GlcNAc表位发生特异性结合。
ABO血型系统是第一个与遗传病无关的单纯的人类特征多态性的体现,也是糖链被抗体识别的经典之作。
GalNAc(α1-3)[Fuc(α1-2)]Gal(b1-)A
Gal(α1-3)[Fuc(α1-2)]Gal(b1-)B
Fuc(α1-2)Gal(b1-)O(H)
作为ABO(H)抗原基础的糖链结构依赖于为糖基转移酶编码基因的特性与形式,同时决定了它们的合成。
这些抗原的结构最初是在红细胞表面被发现的,因此又被命名为“血型抗原”。
后来,在其它组织和人体分泌物中也发现其存在。
ABO分类是基于在红细胞表面A抗原与B抗原的存在与否,以及当相应的抗原缺失时,在血浆中两种抗体(即抗A和抗B)的存在为分类依据的。
若A-或B-型中的糖链结构不进一步修饰,则称为O型或H型,这种血型通过抗-H抗体来确定。
ABO(H)抗原的基础——糖链结构取决于以下两个因素,即遗传因素和编码糖基转移酶的基因的表达,该基因的表达决定了糖基转移酶的合成。
少数情况下,在O型个体的所有细胞中均表达H抗原,即红细胞糖蛋白的α-1,2-海藻糖的末端存在半乳糖残基。
A、B以及AB血型的抗原还需进一步糖基化,在各自酶的催化下,分别加上一个N-乙酰半乳糖胺或半乳糖残基。
糖链对糖蛋白免疫原性的影响:
人类免疫系统能产生癌细胞合成的“拟糖链”抗体。
因为在癌症病人的血浆中能够检测出带有糖表位的肿瘤相关抗原(TAAs)或这些TAAs的抗体,通过测定TAAs或TAAs抗体的有无可以对一些癌症进行免疫诊断,并且通过测定它们的含量可以对肿瘤的发展进行跟踪。
关于以TAAs的单克隆抗体为基础进行癌症免疫治疗的问题,多年来已经做了许多尝试,虽然获得的抗体与肿瘤细胞之间的某些作用机理尚不明确而未取得成功,但它仍具有广阔的发展前景。
介导细胞识别信号
当人们对糖缀合物中糖链的生物学作用研究深入后,“作为识别信号的糖链”这一概念迅速发展起来,并通过对各种膜(包括病毒、细菌、真菌、植物和低等、高等动物)表面上糖缀合物的大量研究得到了系统地发展。
糖缀合物中糖链的作用由参与分子与膜之间的相互作用迅速发展为参与膜与膜之间的相互作用,由此加深对细胞识别和粘附的分子机制的认识,这些都能促进对膜上糖缀合物功能的研究。
由于癌细胞膜上某些糖缀合物结构被明显修饰,癌细胞膜上出现的畸形分子或许与癌细胞的反常行为和瘤转移有关。
事实上,修饰后的糖缀合物可能作为抗体识别信号在原处发挥作用,这也解释了癌细胞的分散和逃离,而且,它们可以成为血管内皮细胞的识别信号,同时对次生肿瘤的形成起到重要作用。
凝集素是能够识别某些具有特定结构特征的糖链的糖蛋白,通过与糖形成非共价连接,进而完成特异性的识别。
每个凝集素分子含有两个或两个以上糖结合位点,即糖类识别域(CRD)。
从CRD的数目看,凝集素是二价的或多价的,因此在两个或多个细胞表面可以通过与糖基结合来完成细胞间的交联,形成细胞聚集物,称作凝集。
通过凝集素发生的红血球凝集,即高度糖基化的血红细胞凝集,被称为凝血。
凝血是凝集素的一个重要特征,经常用作凝集素的检测和定性。
凝集素是一类大小、结构和分子构造变化多样,尤其是糖识别域多样的异质低聚糖蛋白。
根据与它们最具亲和力的单糖的类型可将凝集素分为五种类型:
(1)与甘露糖结合型,
(2)与半乳糖和乙酰氨基半乳糖结合型,(3)与乙酰氨基葡萄糖结合型,(4)与L-岩藻糖结合型,(5)与N-唾液酸结合型。
某些凝集素的特异性非常强,可以区分葡萄糖与半乳糖或乙酰氨基半乳糖与乙酰氨基葡萄糖。
因此,凝集素可以作为一种特异工具,从糖缀合物中“钓”出特定的糖蛋白。
另一些凝集素结合单糖的特异性相对较低,例如很多被称为“甘露糖特异的”凝集素也可以与L-岩藻糖结合。
还有一些凝集素并不选择性的与单糖部分结合,而是与糖缀合物中复杂的寡糖片断相互作用。
因此,依据体外实验的单糖特异性对凝集素进行分类是对凝集素本身的特异性的简化,而凝集素本身的特异性通常是更加复杂并难以描述的。
动物体内存在的凝集素有三个亚类:
(1)S-型凝集素,
(2)C-型凝集素,(3)P-型凝集素。
S-型凝集素也被称为半乳凝素。
许多不同类型的细胞都能表达半乳凝素,它们不只存在于浆核和细胞核中,也存在于细胞外,参与细胞黏附作用。
它们发生结合作用通常需要还原基团如巯基。
半乳凝素特异地结合β-半乳糖基,而且它们中的一些也能识别N-乙酰葡萄糖胺。
C-型凝集素是一大类糖结合蛋白,它们在结合过程中需要Ca2+。
它们包含有胞吞凝集素、胶原凝集素和选择素。
胞吞凝集素是具有不同糖特异性的膜结合受体。
一个重要的例子就是,哺乳动物肝脏中的无唾液酸糖蛋白受体,它与半乳糖和N-乙酰半乳糖胺结合。
这使得那些末端唾液酸残基被切除,从而暴露出半乳糖和N-乙酰半乳糖胺残基末端的糖蛋白容易从循环中被清除。
另一个重要的例子是,表达在巨噬细胞上的甘露糖结合蛋白(MBPs),它们是哺乳动物血清和肝脏中的可溶性凝集素。
它们与感染微生物的寡聚甘露糖结合,在没有抗体参与的情况下激活补体系统,最终引起病原体的溶解。
选择素可调节循环系统中白细胞与血管内皮细胞的选择性结合,这是白细胞从循环系统中清除和迁入所需组织的必要过程。
目前,存在三种已知的选择素:
L-选择素、P-选择素和E-选择素。
P-型凝集素中最具代表性的是甘露糖-6-磷酸受体,它可以使糖基化的溶酶体酶与亚细胞组件相结合。
很多凝集素像MBP-A一样以三聚体的形式存在,这便允许凝集素同时结合几个糖配体,但同时也要求配体有合适的间距。
因此,许多凝集素并不与单糖结合,而是与那些具有正确三维结构的寡糖结合。
寡糖是具有最大柔韧性的分子,可以以相当大的自由度围绕糖苷键旋转,所以凝集素与这些分子的亲和力受到它们形状的影响。
能够特异地与相同寡糖结合的不同凝集素可能识别寡糖表面的不同区域。
从动态分子的结构矩阵中选择特异的三维寡糖结构,将是期待研究的凝集素与糖相互作用的最重要的特征。
介导细胞运输
当今糖生物学研究的热门领域是急性反应早期糖与蛋白质之间的相互作用。
如果机体遭受损伤或组织受到刺激,免疫系统便把免疫细胞转移到其应激位置。
因此,免疫学作用通常伴随着急性期反应,此反应也是机体抵御入侵物的正常反应。
白细胞,又称为白血球,对于受损组织的修复及防御微生物的入侵来说是一种最重要的免疫细胞,它们通常随着血流在体内快速的循环,在机体受损的情况下,它们的循环速率明显降低,以保证细胞黏附到血管壁的内皮细胞层,并最后达到聚集的目的。
白细胞黏附的早期阶段是通过糖与蛋白质的相互作用介导的,由白细胞和内皮细胞所表达的凝集素与位于白细胞和内皮细胞上的糖配体连接,由于它们介导了选择性的细胞黏附。
因此,糖与凝集素的相互作用形成了急性期反应时白细胞运输过程中的第一步反应。
L-选择素有时也被称为归巢受体,它可以在所有的白细胞中发现,参与淋巴细胞的再循环,专门把它们引领到外周淋巴结(归巢),P-选择素及E-选择素只有当内皮细胞被急性期反应介导活化后才能在内皮细胞表达。
与选择素相连接的糖配体,既存在于白细胞,又存在于内皮细胞。
糖与选择素之间相互作用的多价体导致了白细胞流动的减慢,这个过程被称作是白细胞的滚动。
在第二阶段,主要通过白细胞和细胞黏附分子-1的相互作用而引起固定的黏附,这种高亲和的蛋白与蛋白之间的相互作用,最终会引发白细胞变形以及穿过内皮细胞层,这个过程我们称之为血管溢出。
总之,糖与蛋白质之间开始是快速且微弱的相互作用,随后便会产生白细胞的滚动,蛋白与蛋白之间的相互作用,最终导致了固定的黏附和血管外溢。
迄今为止,我们还不知道在体内哪种糖类可以成为选择素的最适配体。
然而,作为最小单位连接到选择素上的糖链的结构已被确认,它被称为sLex,其结构为Neu5Acα2→3Glβ1→4(Fucα→3)GlcNAcβ-OH。
sLex作为糖链的糖缀合物频繁出现,并由于它在白细胞黏附中的作用而已成为一种重要的糖,它能够在急性反应阶段的早期,有效的干预糖介导的白细胞黏附。
图2-2白细胞黏附到内皮细胞的简图,sLex在白细胞黏附的早期起重要的相互作用,只要白细胞的滚动发生,就可以确定白细胞的牢固黏附、血管外溢及牢固的蛋白质-蛋白质之间的相互作用。
5天然多糖组成及结构
天然多糖是由许多单糖聚合而成的天然高分子化合物,相对分子质量从几千到几百万不等,是生命有机体的重要组成部分。
20世纪50年代末,人们发现真菌多糖具有抗肿瘤活性,此后,人们对天然多糖这类重要生命物质有了许多新的认识,其研究与应用已渗入到医药、食品、化妆品、饲料等许多领域。
天然多糖具有复杂的结构,由于其具有许多不同的单糖残基、不同的连接位置和不同类型的糖苷键,能形成具有不同构象、不同相对分子质量以及链内和链间氢键的二级结构。
鉴于天然多糖的生物活性与其纯度、化学结构,即糖苷键的不同连接方式有着重要的关系,因此,对天然多糖的研究开发包含了多糖的分离、纯化、结构鉴定、结构修饰、活性测定及活性机理。
天然多糖广泛分布于植物、动物及微生物中,目前已发现的活性多糖有300多种,按来源不同,多糖可分为植物多糖、动物多糖和微生物多糖三大类。
植物多糖
植物中糖类通常占其干重的80-90%。
根据其存在部位,植物多糖可分为细胞内多糖、细胞壁多糖和细胞外多糖。
细胞内多糖除淀粉形成颗粒外,其他以溶液或高度水和状态存在液泡中,这些主要为果聚糖和甘露聚糖;细胞壁多糖主要是指半纤维素、果胶类等;细胞外多糖主要是指树脂和黏胶等,成分复杂,有半乳聚糖、葡聚糖醛酸、甘露聚糖、木聚糖和其他类型的多糖等。
下面主要介绍果胶多糖的组成及结构。
果胶物质广布于高等植物与低等植物。
在植物体中,果胶存在于相邻细胞壁的中胶层,既把相邻细胞连接起来形成一个整体,又有缓冲作用,不阻碍细胞生长。
同时,还是抵御病源微生物入侵的天然屏障。
相比之下,在根、茎、叶、果实等器官中,以果实中果胶的含量最高,如草莓、山楂、苹果、柑橘等的果实中含量颇丰。
此外,胡萝卜的肉质根、向日葵的花盘等也富含果胶。
目前,真正具有工业生产价值的果胶来源首推柑橘果皮和苹果榨汁废渣。
一般来说,果实的硬度取决于果胶物质的种类及其数量。
例如,未成熟的果实,细胞间含有大量原果胶不溶于水,因而果实坚硬。
随着果实逐渐成熟,在原果胶酶的作用下,使原果胶降解为水溶性的果胶,于是果肉变软而有弹性。
果胶在细胞汁液中,在果胶酶和果胶酸酶的作用下,最终分解为半乳糖醛酸。
果胶通常分成中性和酸性两种,不同结构类型的果胶物质具有某些相同的结构特点。
下面重点介绍四种常见的果胶结构类型。
(1)阿拉伯聚糖
阿拉伯聚糖大部分出现在植物体中,基本上是由L-阿拉伯糖苷组成。
根据来源它们可能是线性或分支结构,主要是通过3位或5位连接。
现有文献报道,一些具有抗补体作用的阿拉伯聚糖已从一些植物中分离出来,如金丝枣(a-2,5-阿拉伯聚糖)和柴胡根(a-3,5-阿拉伯糖-a-1,4-葡萄糖聚合物)。
图2-3阿拉伯聚糖部分分子结构
(2)阿拉伯半乳聚糖
阿拉伯半乳聚糖在不同生物系统中通常分成三类:
Ⅰ型阿拉伯半乳聚糖(AG-Ⅰ)和Ⅱ型阿拉伯半乳聚糖(AG-Ⅱ)。
在细胞壁中发现的AG-Ⅰ,是由a-1,4-连接的半乳糖构成主链,其侧链是通过半乳糖的3位碳上连接的阿拉伯糖单位组成。
AG-Ⅰ的结构主要是作为果胶复杂成分来进行研究的。
AG-Ⅱ核心是b-1,3-半乳聚糖,其6位连接有高度分支的b-1,6半乳糖。
这两种类型的阿拉伯半乳聚糖通常与果胶链中的鼠李糖的4位碳连接。
目前,常常根据这两种阿拉伯半乳聚糖与Yariv试剂沉淀能力的不同加以区分。
只有AG-Ⅱ通过Yariv反应才能形成红色沉淀,此方法也经常被用于鉴别生物活性高分子中有无AG-Ⅱ,也能够定量分析果胶化合物中这种类型多糖的含量。
(3)Ⅰ型聚鼠李半乳糖醛酸(RG-Ⅰ)
Ⅰ型聚鼠李半乳糖醛酸(RG-Ⅰ)是通过a-1,4内切半乳聚糖醛酸酶处理梧桐树的细胞壁悬液获得的,它有一个a-1,4交替连接的D-半乳聚糖醛酸和a-1,2-L鼠李糖连接的主链,其鼠李糖4位常常与不同侧链结构的半乳聚糖和阿拉伯聚糖相连,有时候鼠李糖3位也与侧链相连。
连接鼠李糖单位的阿拉伯半乳聚糖也常常出现在Ⅱ型阿拉伯半乳聚糖中(用Yariv沉淀法)。
半乳聚糖主链在AG-Ⅱ都有1,6和1,3连接,果胶聚合物中的这个区域现在称为“毛发状区”或“分支状区”,RG-Ⅰ的通常结构如下图所示。
图2-4常见的果胶物质的“毛发区”或“分枝状区”的结构
除了“毛发状区”外,果胶多糖还含只有a-1,4半乳糖醛酸残基的平滑区。
这一平滑区含有甲基酯化基团,可在2位或3位上进行乙酰化。
也有报道这个区域可以被只含有一个木糖残基的同半乳聚糖取代。
这些区域位置见果胶结构模型示意图。
图2-5果胶一级结构模型示意图(Perez等,2003)
(4)Ⅱ型聚鼠李半乳糖醛酸(RhaGalA-Ⅱ,RG-Ⅱ)
Ⅱ型聚鼠李半乳糖醛酸是果胶复合物的主要部分,是细胞壁多糖的组成成分,在果胶总量中仅占一小部分。
它们有一个由a-1,4连接的9个或10个D-半乳糖醛酸同聚糖主链,4个不同的低聚糖链通过3位或4位与糖醛酸与主链连接。
RG-Ⅱ结构的最大特点的是含有稀有糖基:
2-O-甲基化岩藻糖、2-O-甲基化木糖、2-酮3-脱氧-D-甘露-辛酮糖酸和3-脱氧-庚酮糖酸。
动物多糖
动物多糖分布较为广泛,大多来自动物结缔组织基质和细胞间质,是脊椎动物阻滞胞外空间的特征组分。
动物多糖包括糖原(glycogen)、甲壳素(chitin)和糖胺聚糖(glycosaminoglycan)。
糖胺聚糖又包括肝素(heparin)、硫酸软骨素(chondroitinsulfate)、透明质酸(hyaluronicacid)和硫酸角质素(keratansulfate),由于它们在体内常以蛋白质结合状态存在,故统称为蛋白聚糖(proteoglycan)。
(1)硫酸软骨素
硫酸软骨素(CS)是由动物喉、气管软骨和鼻软骨等富含CS的软骨组织提取制备的一种重要的糖胺聚糖。
临床上用于某些神经性头疼、神经痛、关节痛、偏头痛、动脉硬化症等治疗,也可用于链霉素引起的听觉障碍及肝炎的辅助治疗。
近年来,随着对其生理功能及生化性质的深入研究,还发现它具有抗凝血、抗炎、抗癌、降低心肌耗氧量,促进冠状动脉循环,降血脂和防止血管硬化等作用,对冠心病、心绞痛、心肌缺氧、心肌梗死等心血管疾病的防治有较好的疗效,对神经细胞、黏膜细胞等具有保护作用,在国外是很流行的保健品添加剂。
CS有多种异构体,它们均以D-葡萄糖醛酸、N-乙酰-D-氨基半乳糖硫酸酯为单位组成。
CS成盐后对热较稳定,80℃亦不被破坏;CS水溶液在较高温度时不稳定,主要是乙酰基被水解而脱落,在酸性溶液中易水解成分子质量较小的多糖,甚至水解成单糖。
硫酸软骨素结构如图所示,它是由和N-乙酰-D-氨基半乳糖以b-1,3-糖苷键连接形成二糖,而二糖单位之间以糖苷键连接而成,分子质量为1×104-3×104Da,是一种高分子化合物。
根据硫酸基团在半乳糖上的位置和多少的不同而分为:
硫酸软骨素A(CSA),硫酸基团在半乳糖的C4上,CSA包含15-150个D-葡萄糖醛酸和N-乙酰-D-氨基半乳糖连接的二糖;硫酸皮肤素(dermatinsulfate,DS),曾认为硫酸软骨素B,是CS的一种修饰后的形式,DS中存在较多的艾杜糖醛酸;硫酸软骨素C(CSC),硫酸基团在半乳糖的C6上。
CS通常以与蛋白质结合成糖蛋白的形式存在,当其水解时发生b消除反应,连接硫酸软骨素与蛋白质中丝氨酸羟基的O-糖苷键断裂,可以得到游离态的硫酸软骨素。
图2-6硫酸软骨素的结构
(2)透明质酸
透明质酸(HA)是广泛存在于人体及动物结缔组织中的酸性黏多糖类大分子物质,在人体中含量较低,但没有它人体又不可能存活。
迄今为止,已在结缔组织、脐带、人血清、鸡冠、关节滑液、软骨、眼玻璃体等组织中分离得到HA。
1934年,科学家首次从牛眼玻璃体分离得到HA,它是一种从动物组织提取的天然阳离子多糖,又名玻璃酸。
HA近白色纤维结构,溶于水成黏液,其黏度极大,具有良好的亲水性、粘弹性、润滑性。
平均分子质量为105-107Da。
HA为链状聚合物,由b-1,3-N-乙酰基-D-氨基葡萄糖b-1,4-D-葡萄糖醛酸的双糖单位重复组成的高分子质量的直链黏多糖,其摩尔比为1:
1,结构如图所示。
图2-7透明质酸的结构
电子显微镜下,观察证实HA为一线性单链,在水溶液中扩展成随机的线圈状,线圈的直径为500nm。
HA分子中每一双糖单位均有一个羧基,在生理条件下均可解离成负离子,由于负离子的相互排斥,使其分子在水溶液中处于松展状态,占据了大量空间,可结合多于本身1000倍的水。
随着对HA研究的不断深入,它所具有的二级结构甚至三级结构也得到了证实。
对HA稀溶液进行的光散射研究发现,HA分子在水溶液中呈单螺旋状态,分子内的氢键使其形成螺旋结构。
HA分子在水溶液中以对称体存在,如二折体、三折体等。
天然HA水溶性极强,在组织中易扩散和被酶解,对强酸、强碱、热及透明质酸酶敏感,容易发生降解。
对天然HA进行修饰,可以克服HA在体内易被降解、存留时间短的缺点,或者开发出具有新的生物活性和功能的衍生物,如作为组织工程材料、药物缓释媒介、肿瘤药物靶向载体等,因而正受到越来越多的关注。
随着分子生物技术、免疫技术、纳米技术与药剂学的发展,HA及其衍生物将得到更广泛的应用。
微生物多糖
微生物多糖主要来源于细菌和真菌,属高分子聚合多糖,按结构可分为肽聚糖、葡聚糖和脂多糖等。
它们均含有某一特有的保守结构序列,且其结构不属于高等生物体的正常组分。
微生物的多糖
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