糖生物学基础理论

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1、糖、聚糖、糖复合物（研究生班）第二军医大学生物化学与分子生物学教研室2003年9月10日序言一、糖生物学（glycobiology）正在成为生命科学的新前沿二、糖基化作用（glycosylation）与糖化作用（glycation）（一）“糖生物学”概念的提出：1988年DwekR.A（牛津大学教授）AnnuRevBiochem1988;57:785-838Glycobiology.RademacherTW,ParekhRB,DwekRA.DepartmentofBiochemistry,University

2、ofOxford,England.PublicationTypes:ReviewReview,Academic糖生物学是以糖链为“生物信息分子”的水平上阐明多细胞生物的高层次生命现象的一门学科。G.W.Hart（美国著名糖生物学家）：“生物化学中最后一个广袤前沿——糖生物学的时代正在加速来临。”（1993年5月在美国旧金山召开的首届《国际糖生物学工程会议》“人类疾病的新前景”（1993年9月美国NIH召开〈首届糖生物学会议〉）“糖生物学是生物化学和生物医学交叉点的新前沿”（1994年美国〈第二届糖生物工程会议

3、〉）（二）糖生物学研究中的一场革命1990年11月，3个不同研究小组几乎同时发现血管内皮细胞-白血球粘附分子（ELAM-1，后改称为E-选择素，E-selectin），这种分子能识别白血球表面唾液酸化四聚糖sia-Lex（Sia-Gal-Fuc-GlcNAc），它是一种血型抗原。这是首次真正在人体内确证了炎症过程有糖类和相关的糖结合蛋白参与。更令人吃惊的是——在肺癌细胞和结肠癌细胞表面也发现同样的四糖（sia-Lex）。可能同样的机制导致肿瘤的转移。继之，产生以该研究成果被产业化的热潮，“糖工程”（glyc

4、otechnology）也运应而生。“糖工程”研究的是糖生物学的方法论和基本技术，以及把基础研究获得的知识进一步转化为生产技术等。1998年在德国召开的国际糖生物学讨论会上又更改为糖生物工程（glycobiotechnology）。（三）发达国家政府对糖生物学研究的支持：英国：牛津大学RaymondDwek教授曾在1988年在“生化年鉴”上发表了题为《Glycobiology》的综述，开创了“糖生物学”研究的新纪元。1991年牛津大学创刊了《Glycobiology》专业杂志1992年建立糖生物学研究所。日本

5、：1989年，创办“糖科学与糖工程动态”杂志，同年政府提出“糖工程基础与应用研究推进战略”，并实施“糖工程前沿计划”，该计划包括：糖工程、糖分子生物学和糖细胞生物学，总投资达百亿日元。美国：1986年，政府资助佐治亚大学创建“复合糖类研究中心”（CCRC），并建立数据库和提出“糖库计划”。每二年召开一次“糖工程”会议，明确提出”生物化学中最后一个重大前沿，糖生物学的时代正在加速来临。欧盟：1994-1998年间也提出了“欧洲糖类研究开发网络”计划，企图在该领域的基础研究与产业化开发上与美、日抗衡。（四）重大突

6、破和与现代医药学的密切关系1、糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化，神经系统和免疫系统衡态的维持等方面起重要作用。2、炎症和自身免疫疾病、衰老、癌细胞的异常增殖与转换和病原体感染等生理和病理过程都有糖类的介导。21世纪生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释，因此糖类研究必将成为生命科学的新前沿。二、糖基化作用（glycosylation）与糖化作用（glycation）糖基化作用是指单糖、寡糖或多糖链可由酶催化与蛋白质或脂类等非糖物质的特定部位共价结合形成糖复合物的过程。糖化作用是由还原糖

7、上的-CHO基与蛋白质或核酸分子上的游离氨基间形成西夫氏碱，经过Amadori重排后生成早期糖化产物，再经过脱水和重排产生一些带有棕黄色荧光的晚期终末糖化产物（advancedglycatedendproducts,AGE）的过程，所以也称非酶糖化反应或Millard反应。参考书AjitVark,etal:“EssentialsofGlycobiology”陈惠黎等：“糖复合物的结构和功能”方福德等：“分子生物学前沿技术”糖的化学（chemistryofcarbohydrate)一、单糖分子结构特点（一）构型

8、D型和L型：定位编号最高的手性碳原子的构型与甘油醛比较，或D型或L型。CHOH—C*—OHCH2OHCHOHO—C*—HCH2OHD-(+)-甘油醛L-(-)-甘油醛D-型和L-型甘油醛的结构CHOH—C—OHHO—C—HH—C—HOH—C*—OHCH2OHCHOOH—C—HH—C—HOH—C—HOOH—C*—HCH3D-葡萄糖D-甘油醛L-岩藻糖糖开链结构CHOH—C