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第十一讲： 糖类物质与生物功能 第二节 糖类与生物信息分子
1900年，K.Landsteiner发现，人类的主要血型有A型、B型、AB型和O型。由于血型在输血、组织和器官移植及法医鉴定中的独特作用，尤其是在第一次世界大战中抢救伤员所做的重大贡献，K.Landsteiner获1930年诺贝尔医学奖。那么人类的血型是由什么物质决定的呢？科学家经过半个多世纪的研究，1960年由W.M.Watikins确定了决定血型的是糖蛋白中寡糖链末端糖基组成的不同（图4），O型血型物质糖链末端半乳糖连接的仅是岩藻糖；A型是半乳糖上除连接岩藻糖外还连有N-乙酰氨基半乳糖；B型物质与A型相比，是由半乳糖代替了N-Z酰氨基半乳糖；AB型是A型与B型末端糖基的总和。
图 4血型物质中寡糖链的结构
有重要生物功能的酶、激素、抗体和一些受体均是糖蛋白。人体红血球正常值为400-550000/mm3，白血球正常值为4000-10000/mm3。每个红血球细胞膜上约有50个糖蛋白（载糖蛋白A）分子，每个白血球细胞膜上也有约50万个糖蛋白（白唾液酸蛋白）分子。生命机体内如此众多的糖蛋白中，寡糖链的生物功能是什么？近年来，由于寡糖链生物功能研究方法的进步，使这一领域的研究取得突飞猛进的发展。大量的研究资料表明，寡糖链最重要的生物功能是参与分子识别及细胞识别。识别是重要的生命现象。生物细胞有多种多样的识别机制。识别由细胞外具有识别能力的分子与位于细胞质膜的具有可被识别标记的专一受体结合起始，或从不同细胞膜两种成份专一结合起始。这种结合可能诱导细胞生理和代谢状态的改变。识别机制可引导细胞作为细胞社会的一员正确行使自己的工作职责。以糖为识别标记的生命活动在生物体中广泛存在。 1．流感病毒对受体糖链的识别 流行性感冒病毒对细胞的侵袭依赖于病毒分子对细胞膜上糖复合物糖链末端唾液酸的识别与结合。其中A型和B型病毒识别5-乙酰神经氨酸或5-羟乙酰神经氨酸。如5-乙酰神经唾液酸广泛分布于细菌和动物组织中，是糖脂及糖蛋白的组成成份，唾液酸是20余种神经氨酸的总称。神经氨酸的9位羟基如被乙酰化，则不能被A型或B型流感病毒识别特定结构的唾液酸（5-乙酰神经氨酸），5-乙酰神经氨乙酯酸可介导病毒的粘着和侵入，同时也可被相应病毒的唾液酸酶所水解。各型病毒唾液酸的水解有利于病毒从细胞上脱落，从而使病毒对细胞的入侵受阻。但这种阻碍作用对其它类型病毒无效，此即人们反复易患流感的原因。流感是人群中的高发病常见病。人们一直试图制备流毒疫苗使人体具备抵御流感病毒的免疫能力。但流感病毒在遗传上常会发生变异称为转移。经过一段时期还能剧烈地变异称为漂移。转移与漂移均引起流感病毒抗原性的变化，因而从免疫的角度防治流感无法取得显著效果。 流感病毒无论发生怎样的变异，都需先和宿主细胞表面的糖蛋白相互识别、相互作用，即先发生粘着，然后才能感染，对流感病毒粘着的机制比较清楚。从抗流感病毒粘着的角度设计防治流感的药物，将对流感的防治开辟新的思路与途径。 2．细菌对受体糖糖链的识别 细菌对人体组织细胞的侵袭有一定的特异性。例如肺炎球菌只感染肺和脑膜，因为肺炎球菌能专一性地识别两组织细胞表面糖链中的N-乙酰氨基葡萄糖；嗜腐球菌能感染呼吸和泌尿系统，因该细菌能识别两组织细胞表面糖链的N-乙酰氨基葡萄糖和N-乙酰氨基半乳糖。 3．糖蛋白寡糖链在精卵识别中的作用 哺乳动物的受精是卵巢排出的成熟卵子和已经获能的精子在输卵管内相遇而融合的过程。精子与卵细胞的结合具有极强的专一性，包括科属专一性与细胞专一性。精子首先和包被在卵子细胞膜外层的透明带的糖蛋白相互作用。透明带可作为精子受体并阻断多精受精。已知小鼠的透明带由分子量分别为20万、12万、8.3万的三种糖蛋白ZP-1，ZP-2，和ZP-3组成；猪透明带具有分子量为9万和5.5万两种分子量的ZP-1与ZP-3的糖蛋白。 受精初期，卵透明带与精子结合，并诱发精子顶体反应起主要作用的是糖蛋白ZP-3。精子表面具有识别糖基活性的蛋白质（凝集素），可识别ZP-3、O-乙酰氨基半乳糖链上的α-半乳糖。在顶体外膜与精子细胞膜融合、释放顶体内容物，形成囊胞后脱离精子并暴露顶体内膜，ZP-2的作用被认为是与暴露的顶体内膜结合，维持已发生顶体反应的精子，不从透明带上脱落。只有经过顶体反应的精子才能穿过透明带，与卵子细胞膜融合，完成受精过程。受精过程又触发卵子的皮质颗粒向细胞膜移动。在顶体反应中ZP-3可能被修饰，因此不能再作为精子受体。实验表明，透明带中的三种糖蛋白，只有ZP-3在离体情况下可干扰精子与卵子的结合，而且只有从未受精的卵制备的ZP-3才有效。当小鼠的ZP-3用三氟甲烷磺酸去除糖链后就不能阻断精卵结合，用稀碱水解法去除O-乙酰氨基半乳糖糖链也有同样效果。 精卵结合是一个复杂的生物学过程，精卵识别的分子基础与糖蛋白的糖链密切相关。精卵识别本质的进一步阐明对新避孕药的设计与开发具有重要的指导意义。
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