糖蛋白是由单糖和氨基酸链共价修饰联接而产生的一类结合蛋白质。分校生物学教材只简单涉及细胞膜上的糖蛋白受体辨识这一生理功能,虽然糖蛋白作为生物体内重要生理活性物质,其结构和功能是多样性的。
1.糖蛋白的结构及特性
糖蛋白分子由氨基酸链和糖两部份组成。糖和氨基酸链之间通过糖肽键联接而成。
1.1糖蛋白分子中的氨基酸链
糖蛋白中氨基酸链的合成与非糖基化蛋白质基本相同,在粗面核糖进行。所不同的是在寡糖链合成的同时或以后,伴有肽链的糖基化作用。糖基化作用源于粗面核糖,经滑面核糖,完成于高尔碳化物,有的甚至在抵达质膜后才最终完成。
1.2糖蛋白分子中的多糖链
糖蛋白的多肽链多有分枝,一般由2~10个寡糖基借鞣质键连成聚合体。肽链的糖基化及糖链的延长须要在各类糖基转移酶的催化下进行,糖基转移酶具有严格的特异性。糖链的结构及糖基(被活化的脂类)排列次序虽无模板可循,但却可以由基因通过糖基转移酶而间接控制,包括糖基种类选择、连接位置以及与肽结合的整个合成过程。
糖链对于糖蛋白的空间结构稳定性以及理化性质的维系至关重要,为糖蛋白发挥生物学活性所必需,影响着糖蛋白的抗酯化性、抗热性、抗冻性和自身的聚合能力等。
糖链结构的多样性甚至超过多核酸及肽链,可以储存足够的生物信息,并在同种生物不同的组织、同种生物不同发育时期以及不同物种间都有显著的差别性,进而促使糖蛋白在发挥分子及细胞辨识等一系列生理功能中起着非常重要的作用。
2.糖蛋白的分布及类型
糖蛋白普遍存在于植物、植物及微生物中,种类繁杂。按其存在形式可分为可溶糖蛋白、膜结合糖蛋白和结构糖蛋白三类。
2.1可溶糖蛋白
可溶糖蛋白存在于细胞内液、各种汗液及腔道胃壁分泌的粘液中细胞膜糖蛋白,包括好多游离的酶、肽类激素、抗体、补体、干扰素等,血清蛋白除白蛋白外皆为糖蛋白。可溶糖蛋白除本身对维持整个机体内环境的稳定具有重要意义外,还具有润滑和保护以及直接参与催化、调节和免疫等非常多样的功能。
2.2膜结合糖蛋白
其肽链由疏水肽段及亲水肽段组成,糖链联接在亲水肽段并在质膜表面一律朝外,在细胞内膜通常朝腔面。膜结合糖蛋白包括附着的酶、受体、凝集素及运载蛋白等。这种糖蛋白常参与细胞辨识,并可作为特定细胞或细胞在特定阶段的表面标志或表面抗体。
2.3结构糖蛋白
为细胞外基质中的不胺类大分子糖蛋白,比如胶原及各类非胶原糖蛋白。它们的功能不仅仅是作为细胞外基质的结构成分起支持、连接及缓冲作用,更重要的是参与细胞的辨识、粘着及迁移,并调控细胞的增殖与分化。
3.糖蛋白的主要生理功能
生物界糖蛋白种类繁杂,其执行的具体生物学功能千差万别。目前因为对糖蛋白中糖链的生物学作用还有许多问题仍未阐述,因而对糖蛋白的功能总体上只归纳为直接或间接的两种生物学功能。
3.1糖蛋白的直接功能
糖蛋白直接的生物学功能主要是指与细胞或分子的生物辨识有关。糖蛋白中的特异性糖链,是细胞辨识及黏合的分子根据,这促使糖蛋白成为细胞或分子间信息交流和通信的“语言和文字”,产生了广泛参与生物辨识的特色功能。
越来越多的研究表明,受孕作用中存在着精液受体和卵透明带官能团互相作用的糖蛋白辨识机制,其中的糖链是精卵结合物种特异性及生殖隔离的分子基础。另外,胚胎发育过程中不同阶段的细胞增殖及分化的不同时相,细胞表面糖蛋白会不断发生改变,实现细胞迁移及选择性的细胞黏合细胞膜糖蛋白,是特定的组织和脏器产生的分子基础。
糖蛋白还在生命活动稳态和调节中起重要作用。参与生物体调节的许多激素类讯号分子都是糖蛋白激素,比如腺垂体促激素、胎盘绒毛膜促性腺激素和一些生长因子等。免疫球蛋白更是一类具有特殊生理功能的糖蛋白,作为抗原分子能特异性地与抗体结合并对各类细胞形成效应功能,其独具的糖链结构可能与补体激活、受体结合、分子辨识、分子聚合等功能有密切的关系。凝集素在汗液免疫和细胞免疫中都起重要的作用。据悉,还参与天然杀伤细胞的激活,与癌症转移有关。至于病原微生物有选择的感染宿主细胞并与靶细胞间的特异性黏合作用,目前研究表明多与糖蛋白糖链的介导有关。
3.2糖蛋白的间接作用
糖蛋白的间接作用则在于维持分子的天然构型、保持一定的活性寿期及决定理化特点等。据悉,粘液及滑液中的糖蛋白因存在大量唾液酸化或氯化化糖链而带有好多负电荷,因而使分子呈伸展状态并具有强亲水性,可以起润滑保护作用。