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第一部分 聚糖的结构与生物合成1

1糖生物学概念3

1.1糖生物学的研究领域包括与蛋白质和脂质结合糖类的多种功能3

1.2三类主要的糖缀合物4

1.3聚糖由相关化学结构的单糖组成5

1.4单糖之间的糖苷键存在多个种构型9

1.5糖苷键的形成需要能量和特异酶催化10

1.6了解聚糖结构与功能间的关系比了解其他大分子困难13

1.7聚糖结构在基因组内间接编码14

小结15

主要参考文献16

习题16

2 N-连接糖基化17

2.1多样化的N-连接聚糖共有一种核心结构17

2.2 N-连接聚糖组装的三个主要阶段17

2.3 N-连接聚糖的寡糖前体在脂质多萜醇上组装18

2.4连接多萜醇的寡糖前体转移到多肽的天冬酰胺残基21

2.5修饰核心寡糖结构的糖苷酶和糖基转移酶23

2.6杂化结构和多乳糖胺序列是核心寡糖共同的延伸25

2.7 ABO血型取决于红细胞聚糖上不同的末端糖链26

2.8某个单一糖蛋白N-连接聚糖的不均一性28

2.9结合糖蛋白N-连接聚糖的性质取决于其所得以表达的蛋白质和细胞29

2.10高甘露糖型结构出现在低等真核生物，但糖基化装置已进化到在高等生物中产生复合聚糖29

小结30

主要参考文献30

习题31

3 O-连接糖基化33

3.1黏蛋白是可保水的、巨大和高度O-连接糖基化蛋白质33

3.2细胞表面有些蛋白质具有黏蛋白样结构域35

3.3多数可溶性和细胞表面糖蛋白含有小簇的O-连接糖37

3.4黏蛋白型糖的生物合成是向高尔基体内的蛋白质上顺序添加单糖37

3.5蛋白聚糖是赋予胞外基质强度的高度O-连接糖基化蛋白质39

3.6蛋白聚糖生物合成除需要糖基转移酶外还需要几种修饰用酶42

3.7出现在蛋白质上的异型O-连接糖基化43

3.8通过添加O-连接N-乙酰葡糖胺修饰胞质和核内蛋白45

3.9 O-连接N-乙酰葡糖胺是代谢传感器系统的组成部分，对糖尿病有影响47

小结48

主要参考文献49

习题50

4糖脂和膜蛋白糖基化51

4.1膜整合蛋白质多为糖基化的蛋白质51

4.2细胞膜含有糖脂和糖蛋白53

4.3鞘糖脂生物合成发生在高尔基体内54

4.4鞘糖脂能在质膜中形成不同的结构域55

4.5糖脂分解缺陷引发疾病56

4.6有些蛋白质经糖脂锚与细胞膜结合59

4.7蛋白质在内质网内添加糖脂锚60

4.8糖脂锚连接的蛋白质定位于质膜61

4.9糖脂锚失常引发阵发性夜间血红蛋白尿症65

小结66

主要参考文献66

习题67

5糖基化反应中的酶学和细胞生物学68

5.1用生化方法只分离出几种数量充足的真核细胞糖基转移酶68

5.2克隆新糖基转移酶需用分子生物学新方法70

5.3结构上多样化糖基转移酶的共同特征72

5.4基因组学用于界定糖基转移酶全部谱系73

5.5供体底物与糖基转移酶的接触需要特殊的转运体74

5.6聚糖生物合成途径的时空组织需要复合的细胞装置76

5.7突变细胞系可作为研究糖基化并阐明N-连接糖基化重要性的工具79

5.8敲除小鼠为糖基化在哺乳动物生物学中所起作用提供了大量证据80

小结82

主要参考文献82

习题83

6糖组学和聚糖结构分析85

6.1核磁共振法提供寡糖可靠的结构信息85

6.2糖苷酶用于分析聚糖结构86

6.3质谱法特别适用于分析含少量聚糖的复合混合物89

6.4用糖组学阐明出现在细胞和组织中的聚糖，并用以研究结合聚糖的受体91

6.5糖组和基因组分析为哺乳动物糖组的整体规模提供了说明92

6.6系统糖生物学旨在把糖基因表达与糖基化表型联系起来92

6.7用聚糖阵列界定聚糖结合蛋白质的靶向配体92

6.8发展中的糖生物学数据库94

6.9利用凝集素分析细胞和组织中糖缀合物95

6.10化学法合成小分子寡糖96

6.11酶法是寡糖的另一合成方法97

6.12化学法连接糖和蛋白质或脂质创建新型糖缀合物99

小结100

主要参考文献100

习题101

7寡糖构象103

7.1寡糖的三维结构被称为构象103

7.2单糖的构象数目有限103

7.3用于描述聚糖构象的扭角105

7.4糖苷键的可能构象受制于局域位阻和电子相互作用106

7.5共价结构中己糖间彼此远隔的相互作用影响寡糖构象110

7.6协同相互作用决定寡糖的总体折叠111

7.7寡糖构象是动态的112

7.8由近程和远程相互作用决定多糖构象113

7.9多糖构象界定细胞壁的性质113

7.10采用X射线晶体学和核磁共振技术分析少数寡糖构象116

小结117

主要参考文献117

习题118

第二部分 生物学中的聚糖121

8糖基化对蛋白质结构和功能的影响123

8.1研究糖基化影响的各种方法123

8.2保持细胞黏附分子CD2结构稳定的糖类125

8.3在锥虫多变表面糖蛋白中寡糖置换α螺旋127

8.4单糖的结合可能影响蛋白质的动力学129

8.5糖基化对免疫球蛋白结合补体和受体能力的影响130

8.6 寡糖可能调控蛋白质之间的相互作用131

8.7覆盖蛋白质表面的寡糖可保护蛋白质不被水解133

小结134

主要参考文献135

习题135

9细胞黏附和信号传送中的糖识别137

9.1动物凝集素根据其结构进行分类137

9.2甘露糖结合蛋白是宿主的一种防御分子，并启动凝集素补体激活途径138

9.3单糖结合专一性和寡聚体几何形状导致甘露糖结合蛋白识别病原体140

9.4甘露糖受体有助于巨噬细胞内化病原体144

9.5选凝素是白细胞的黏附分子145

9.6通过C-型CRD延伸结合位点，选凝素对专一性糖配体的相互作用148

9.7 C-型凝集素参加抗原提呈过程151

9.8 DC-SIGN增强HIV感染T淋巴细胞153

9.9 Ⅰ-型凝集素由免疫球蛋白样结构域组成156

9.10涎免凝素是免疫系统细胞黏附和信号传送的受体157

9.11胞外半乳凝素具有细胞黏附和细胞信号传送功能160

9.12半乳凝素调控T淋巴细胞的激活并通过触发和抑制细胞凋亡控制细胞存活162

小结165

主要参考文献165

习题167

10糖蛋白在细胞和生物体中的运行169

10.1凝集素在分泌途径中具有重要作用169

10.2钙连蛋白和钙网蛋白有助于内质网内糖蛋白的折叠170

10.3凝集素参与错折叠糖蛋白的降解171

10.4 L-型凝集素从内质网输送糖蛋白到高尔基体174

10.5甘露糖6-磷酸残基使溶酶体酶导向溶酶体175

10.6两类甘露糖6-磷酸受体参加溶酶体酶的靶向177

10.7无唾液酸糖蛋白受体清除改变的血清糖蛋白至肝脏179

10.8甘露糖受体可从循环系统清除天然的糖蛋白184

10.9甘露糖受体调控硫酸化激素的活性184

10.10有些胞内凝集素在细胞核内起作用188

小结189

主要参考文献189

习题191

11植物、细菌和病毒糖生物学193

11.1植物和微生物聚糖具有哺乳动物所没有的作用193

11.2有些细菌具有与哺乳动物糖基化机构有关的蛋白质糖基化途径194

11.3植物利用寡糖作为信号传送分子195

11.4有些植物凝集素成为生物学家有力的工具197

11.5毒素植物凝集素199

11.6多数细菌毒素是凝集素201

11.7细菌利用凝集素与宿主细胞表面结合203

11.8病毒利用凝集素靶向细胞表面206

11.9进化早期出现的凝集素在高等生物中具有多种功能210

小结212

主要参考文献213

习题214

12糖生物学与发育216

12.1生化分析证实细胞表面蛋白聚糖如何作为生长因子的辅受体216

12.2突变小鼠为哺乳动物发育中蛋白聚糖的功能作证219

12.3果蝇和其他模式生物的研究表明硫酸乙酰肝素蛋白聚糖多方面功能221

12.4 O-连接岩藻糖基聚糖对脊椎和无脊椎动物发育过程中的胞外信号传送具有非常重要的作用224

12.5细胞表面糖脂对神经系统发育具有重要作用226

12.6髓鞘相关糖蛋白对中枢和外周神经系统发育具有重要作用229

12.7多唾液酸化神经细胞黏着分子阻止发育过程的细胞黏附232

12.8免疫系统细胞分化过程中糖基化的变化233

小结235

主要参考文献235

习题237

13糖基化与疾病238

13.1 N-连接聚糖合成酶突变导致先天性糖基化疾病238

13.2糖基转移酶异常表达引发血凝缺陷240

13.3发生在糖尿病患者中的蛋白质化学糖化反应241

13.4糖抗体可能引发疾病242

13.5制备治疗多种疾病的糖蛋白药物是对生物技术的挑战244

13.6 修饰异常O-连接聚糖的遗传变化可能引发肌营养不良症245

13.7糖基化的变化与癌症相关248

13.8 糖基化的变化可能作为检测和治疗癌症的生物标志252

小结254

主要参考文献255

习题256

14糖生物学发展前景258

14.1聚糖功能需由生物化学、细胞生物学和遗传学联合界定258

14.2糖组学和系统糖生物学加深了我们对糖生物学的理解259

14.3糖基化在不同细胞和蛋白质中专一的特性造成巨大的技术挑战260

14.4基因组学为糖生物学提供了深刻见解260

14.5传统的遗传学应结合人类遗传学新方法了解聚糖及其受体261

14.6了解聚糖的分子功能，需进一步阐明结构与功能之间的关系262

14.7利用增长的糖生物学知识解决实际问题263

小结263

糖生物学名词265

索引275