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生物化學與分子生物學/聚糖結構中蘊藏大量生物信息

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聚糖的結構與功能 - 糖蛋白分子中聚糖及其合成過程 - 蛋白聚糖分子中的糖胺聚糖 - 糖脂由鞘糖脂、甘油糖脂和類固醇衍生糖脂組成 - 聚糖結構中蘊藏大量生物信息
聚糖參與細胞識別、細胞黏附、細胞分化、免疫識別、細胞信號轉導、微生物致病過程和腫瘤轉移過程等。糖生物學研究表明,特異的聚糖結構被細胞用來編碼若干重要信息。在細胞內,聚糖參與並影響糖蛋白從初始合成至最後亞細胞定位的各個階段及其功能。

聚糖組分是糖蛋白執行功能所必需[編輯]

各類多糖或聚糖的合成並沒有類似核酸、蛋白質合成所需模板的指導,而聚糖中的糖基序列或不同糖苷鍵的形成,主要取決於糖基轉移酶的特異性識別糖底物和催化作用。依靠多種糖基轉移酶特異性地有序地將供體分子中糖基轉運至接受體上,在不同位點以不同糖苷鍵的方式,形成有序的聚糖結構。
鑑於糖基轉移酶由基因編碼,所以糖基轉移酶繼續了基因至蛋白質信息流,將信息傳遞至聚糖分子;另外,聚糖(如血型物質)作為某些蛋白質組分與生物表型密切相關,體現生物信息。

結構多樣性的聚糖富含生物信息[編輯]

聚糖結構的多樣性和複雜性很可能賦予其攜帶大量生物信息的能力。上述複合糖類分子中聚糖在細胞間通訊、蛋白質摺疊、蛋白質轉運與定位、細胞黏附和免疫識別等方面發揮的功能,就是聚糖攜帶的生物信息的表現。目前對聚糖攜帶生物信息的詳細方式、傳遞途徑所知甚少。

聚糖空間結構多樣性是其攜帶信息的基礎[編輯]

聚糖結構具有複雜性與多樣性。複合糖類中的各種聚糖結構存在單糖種類、化學鍵連接方式及分支異構體的差異,形成千變萬化的聚糖空間結構。儘管哺乳類動物單糖種類有限,但由於單糖連接方式、修飾方式的差異,使存在於聚糖中的單糖結構不計其數。例如,2個相同已糖的連接就有α與β1,2 連接、1 ,3連接、1 ,4連接和1 ,6連接8種方式,加之聚糖中的單糖修飾(如甲基化、硫酸化、乙醯化、磷酸化等),所以從理論上計算,組成複合糖類中聚糖的已糖結構可能達1012之多(儘管並非所有的結構都天然存在);目前已知糖蛋白N-連接型聚糖中的已糖結構已有 2000種。這種聚糖的結構多樣性可能是其攜帶生物信息的基礎。

聚糖空間結構多樣性受基因編碼的糖基轉移酶和糖苷酶調控[編輯]

聚糖空間結構的多樣性提示所含信息量可能不亞於核酸。每一聚糖都有一個獨特的能被單一蛋白質閱讀,並與其相結合的特定空間構象(語言),這就是現代糖生物學家假定的糖密碼(sugar code)。如果真的存在着糖密碼的話,那麼糖密碼是如何產生的,其上游分子又是什麼?這是糖生物學研究領域面臨的挑戰。
已知構成聚糖的單糖種類與單糖序列是特定的,即存在於同一糖蛋白同一糖基化位點的聚糖結構通常是相同的(但也存在不均一性),提示 「糖蛋白聚糖合成規律可能由上游分子控制」。目前,從複合糖類中聚糖的生物合成過程(包括糖基供體、合成所需酶類、合成的亞細胞部位、合成的基本過程)得知,聚糖的合成受基因編碼的糖基轉移酶和糖苷酶調控。糖基轉移酶的種類繁多,已被克隆的糖基轉移酶就多達130餘種,其主要分布千內質網或高爾基體,參與聚糖的生物合成。除了受糖基轉移酶和糖苷酶調控外,聚糖結構可能還受其他因素影響與調控。