糖蛋白是结合糖的一种,是以蛋白质为主体的糖-蛋白质复合物(以糖为主体的称为蛋白聚糖)。在结构上,蛋白质是主要成分,糖链是一种修饰成分,作为蛋白质的辅基。糖链一般由2-15个单糖构成,所以称为寡糖链。寡糖链的数目一般从一条到十几条。糖链一般通过半缩醛羟基形成的糖苷键与肽链相连,与丝氨酸或苏氨酸侧链羟基结合的称为O-糖苷键;与天冬醯胺侧链结合的称为N-糖苷键。

糖蛋白在体内分布十分广泛,许多酶、激素、运输蛋白、结构蛋白都是糖蛋白。糖链作为辅基,可以调节糖蛋白的分布、功能、稳定性等。例如,血浆糖蛋白中的糖链可以增大体积,防止其经肾排出;南极鱼类血液中的抗冻蛋白,可以通过糖链与水形成氢键来降低体液冰点,阻止低温下冰晶生长,从而保护机体在低温下生存。

鱼类抗冻蛋白

糖链还有一个非常重要的作用,就是作为一种标记,可以被专门的分子识别。不同的糖基化学性质差别很小,组合种类又很多,所以是很好的标记方法,在生物分子以及生物组织的识别中广泛应用。

这方面的代表是血型物质。在人的ABO血型系统中,三种血型抗原的差别就在于糖链末端残基的不同。A型抗原糖链末端为N-乙醯半乳糖,而B型抗原糖链末端为半乳糖,而O型抗原的相应位置没有糖基。如果用半乳糖苷酶作用于B型红细胞,切去糖链末端的半乳糖,就可以使B型转变成O型。除红细胞表面外,多数人的胃液、唾液等体液中也含有血型物质。只不过体液中的血型物质是可溶性糖蛋白,而红细胞膜上的血型物质存在于一种称为「H抗原」的糖脂表面。

ABO血型物质,引自维基百科

糖链作为一种特异性的标记,可以被多种生物分子识别,如酶、抗体和凝集素等。这些分子分别具有不同的功能。酶具有催化功能,负责进行糖链的合成(糖基转移酶)和分解(糖苷酶)。抗体用于识别外来物质,如输血反应就是自身血浆中的血型抗体对异种红细胞表面血型抗原的反应。

凝集素(lectin)是能与糖特异结合的,非酶非抗体的蛋白质。因为凝集素一般有多个糖结合位点,可以与特异糖链结合而发生凝集反应,所以称为凝集素。动物、植物、微生物都可以产生凝集素。

蓖麻毒蛋白是一种非常有名的植物凝集素,它可以与细胞表面的半乳糖残基结合,从而进入细胞,切割核糖体RNA,抑制蛋白质合成,导致细胞死亡。它是最强的天然毒素之一,注射的半致死剂量为22微克/千克体重。它曾被用作生物武器,也曾用于暗杀,现在用于肿瘤治疗。

蓖麻毒蛋白

动物体中的凝集素功能比较复杂多样,参与细胞粘附、糖蛋白合成调节、细胞与分子识别以及炎症和肿瘤转移等过程。例如,在肝细胞表面有一种识别半乳糖的凝集素,作为一种专一性受体,负责清除血液中衰老的血浆蛋白。血液中的血浆蛋白表面糖链会缓慢降解,逐步失去末端糖基。当其暴露出内部的半乳糖残基后,就会被肝细胞受体识别而被摄入并降解。

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