糖生物学——生物化学领域的广袤前沿

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1、万方数据生物堂教堂!堂塑生l釜翌鲞)整!!塑糖生物学——生物化学领域的广袤前沿雷桅汤绍虎孙敏’(西南大学生命科学学院重庆400715)土规明(西南科技大学生命科学与工程学院四川绵阳621010)摘薹糖生物学是在“耱链为生物信息分子的水平上阐明多细胞生物生命现象的--fl科学。本文介绍了糖生物学的研究内容】三l段发展现状和动向。关键词糖生物学糖组学糖链糖轻合物1993年，在旧金山召开的首届国际糖生物工程会议上，著名生物化学家哈特(Hart)认为：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。这次会议向世界昭示了生命科学中又一门新的前沿分支学科——糖生物学的兴起。1糖生物学的研究内容2

2、0世纪90年代以来，无数科学事实证明，糖生物学和随之诞生的糖生物工程是生物化学中极具潜力和极为重要的前沿领域。糖生物学(glycobiology)是研究糖链等糖缀合物的化学结构、生物合成和生物功能的-f3学科，研究内容包括糖化学、糖链生物台成、生物功能和操作技术等，涉及分子生物学、细胞生物学、神经生物学、病理学和免疫学等学科。哈特(1994)认为“糖生物学是生物化学与生物医学交叉点的新前沿”。糖生物学研究将成为未来生命科学的中心研究课题之一【“。核酸、蛋白质、糖是涉及生命活动本质的三大生物分子。人类对核酸和蛋白质的认识已深入到功能基因组学和功能蛋白质组学．同时也已认识到糖类是重要的生物信息分子

3、，是基因信息的延续。在基因组学和蛋白质组学发展的同时，产生了糖组学(glycomics)并受到人们的重视。且应该把基因组学、蛋白质组学和糖组学作为一个整体来研究，以破译不同于核酸和蛋白质所携带的密码即糖密码【2J。糖缀合物是含有一种或多种糖基的分子．以共价方式与多肽、蛋白质、脂质等生物或非生物非糖分子相连口J。糖链，作为糖缀合物的一种，大多是膜蛋白和分泌蛋白的结构组分，通过糖基化影响蛋白质功能，与细胞通讯、信号转导密切相关。基因通过其编码的蛋白质与脂类、糖链一道调控生命活动。基因功能的阐明不仅需要功能基因组学，而且急需功能蛋白质组学和功能糖组学的研究。2糖生物学的几个前沿领域2．1糖与信号转导

4、有以下几个方面：2．1．1糖介导的细胞识别不少实验证明，细胞与环境间的信息识别位点可能存在于细胞质膜外表面的糖被(glyeocalyx)结构之中。糖被由寡糖链与膜蛋白和膜脂相连，有时也包括膜中的糖蛋白。细胞生物学研究发现，糖被上能直接感应信息分子的表面受体多为膜上的功能性糖蛋白或糖脂结构，如霍乱毒素受体、百日咳毒素受体，另一些是糖脂和糖蛋白复合物，如促甲状腺素受体。表面受体的功能主要是同大的信号分子或小的亲水性信号分子作用，传递信息[“。2．1．2糖鞘脂与信息传递糖鞘脂广泛存在于所有真核细胞的细胞膜上，其脑酰胺部分插人细胞膜脂双层的外层，糖链伸出细胞膜之外。这种分布上的特点，为感受外界的化学信

5、息提供了拓扑学上的依据。另外，它的分子质量小，可在膜面任意存在，具备膜上“快速反应部队”特性，有能力去实现糖蛋白无法完成的一些特殊功能。在细胞信号传递系统中，糖鞘脂不仅协助糖蛋白进行信息传递，还直接或间接地影响糖蛋白的信息功能。从某种意义上讲，一切生理活动都可归纳为识别与瀑布效应两个步骤饽j。信号转导途径的级联放大作用(瀑布效应)是介导原初信号与发育表型变化的总策略．是信息系统得以存在和运转的基本条件，这一级联过程是依靠蛋白质的可逆磷酸化完成的。蛋白质可逆磷酸化已被公认为是化学修饰最常见的方式，是信息传递的主要化学基础之一。然而，事实证明这种依赖磷酸化的级联效应是必须受到严格控制的，糖鞘脂的作

6、用就是抑制激活受体的磷酸化反应L6J。糖鞘脂影响受体功能的另一方式是改变受体与其特异配体的亲和力，受体构象改变，与配体的亲和力降低。2．2糖与植物的病理防御当病原微生物侵染植物时，会诱导植物细胞产生一类可识别病原体的激发子(elicitor)，而启动一系列由多组分参与的防御反应。研究表明，激发子激活植物免疫系统的有效成分基本上都是由葡萄糖组成的多糖，某些特定结构的寡糖也能作为激发子的有效成分，像抗原一样激活植物的病理防御系统．使其产生植保素【6j。寡糖激发子作用机制，一般认为是寡糖类激发子在穿过细胞壁后，与原生质的膜蛋白发生作用，由此发出防御信号，接着是此信号转移，并被翻译、转化为复杂的生理生

7、化反应，最终万方数据生趁堂塑兰!塑!生(蔓墼鲞j箜堕塑活化植物防卫基因的表达pJ。在植物与病原互作中，除了能产生激发子外，还会产生有碍于植物防卫反应的抑制子(suppressor)。抑制子是指能抑制或推迟寄主植物防卫反应，使病原微生物得以侵染成功的分子。其成分主要为小分子的多糖、糖蛋白和蛋白等[81。虽然人们对抑制子的产生与作用机理还不太清楚，但是糖在抑制子的活性调节过程中同样发挥着至关重要的作用