生物化学与分子生物学/蛋白聚糖分子中的糖胺聚糖

聚糖的结构与功能 - 糖蛋白分子中聚糖及其合成过程 - 蛋白聚糖分子中的糖胺聚糖 - 糖脂由鞘糖脂、甘油糖脂和类固醇衍生糖脂组成 - 聚糖结构中蕴藏大量生物信息
蛋白聚糖(proteoglycan)是一类非常复杂的复合糖类，以聚糖含量为主，由糖胺聚糖(glycosamioglycan, GAG)共价连接于不同核心蛋白质形成的糖复合体。一种蛋白聚糖可含有一种或多种糖胺聚糖。糖胺聚糖是由二糖单位重复连接而成的杂多糖，不分支。二糖单位中一个是糖胺(N-乙酰葡糖胺或N-乙酰半乳糖胺），另一个是糖醛酸（葡糖醛酸或艾杜糖醛酸）。由于糖胺聚糖的二糖单位含有糖胺故而得名。除糖胺聚糖外，蛋白聚糖还含有一些N-或0-连接型聚糖。核心蛋白质种类颇多，加之核心蛋白质相连的糖胺聚糖的种类、长度以及硫酸化程度等复杂因素，使蛋白聚糖的种类更为繁多。

糖胺聚糖是由己糖醛酸和已糖胺组成的重复二糖单位

体内重要的糖胺聚糖有6种：硫酸软骨素(chondroitin sulfate）、硫酸皮肤素(dermatan sulfate）、硫酸角质素(keratan sulfate)、透明质酸(hyaluronic acid)、肝素(heparin)和硫酸类肝素(heparan sulfate)。这些糖胺聚糖都是由重复的二糖单位组成。除透明质酸外，其他的糖胺聚糖都带有硫酸。
硫酸软骨素的二糖单位由N-乙酰半乳糖胺和葡糖醛酸组成，最常见的硫酸化部位是N-乙酰半乳糖胺残基的C₄和C₆位。单个聚糖约有250个二糖单位，许多这样的聚糖与核心蛋白质以0-连接方式相连，形成蛋白聚糖。
硫酸角质素的二糖单位由半乳糖和N-乙酰葡糖胺组成。它所形成的蛋白聚糖可分布于角膜中，也可与硫酸软骨素共同组成蛋白聚糖聚合物，分布于软骨和结缔组织中。
硫酸皮肤素分布广泛，其二糖单位与硫酸软骨素很相似，仅一部分葡糖醛酸为艾杜糖醛酸所取代，所以硫酸皮肤素含有两种糖醛酸。葡糖醛酸转变为艾杜糖醛酸是在聚糖合成后进行，由差向异构酶催化。
肝素的二糖单位为葡糖胺和艾杜糖醛酸(iduronic acid), 葡糖胺的氨基氮和C₆位均带有硫酸。肝素合成时都是葡糖醛酸，然后差向异构化为艾杜糖酸酸，并随之进行C₂位硫酸化。肝素所连接的核心蛋白质几乎仅由丝氨酸和甘氨酸组成。肝素分布于肥大细胞内，有抗凝作用。硫酸类肝素是细胞膜成分，突出于细胞外。
透明质酸的二糖单位为葡糖醋酸和N-乙酰葡糖胺。一分子透明质酸可由50000个二糖单位组成，但它所连的蛋白质部分很小。透明质酸分布于关节滑液、眼的玻璃体及疏松的结缔组织中。

核心蛋白质均含有结合糖胺聚糖的结构域

与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心蛋白质。核心蛋白质均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白聚糖通过核心蛋白质特殊结构域锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。
核心蛋白质最小的蛋白聚糖称为丝甘蛋白聚糖(serglycan), 含有肝素，主要存在于造血细胞和肥大细胞的贮存颗粒中，是一种典型的细胞内蛋白聚糖。
饰胶蛋白聚糖(decorin)的核心蛋白质分子质量为3.6万，富含亮氨酸重复序列的模体，它能与胶原相互作用，调节胶原纤维的形成和细胞外基质的组装。
黏结蛋白聚糖(syndecan)的核心蛋白质分子质量为3.2万，含有胞质结构域、插入质膜的疏水结构域和胞外结构域。细胞外结构域连接有硫酸肝素和硫酸软骨素，是细胞膜表面主要蛋白聚糖之一。
蛋白聚糖聚合体(aggrecan)是细胞外基质的重要成分之一，由透明质酸长聚糖两侧经连接蛋白而结合许多蛋白聚糖而成，由于糖胺聚糖上羧基或硫酸根均带有负电荷，彼此相斥，所以在溶液中蛋白聚糖聚合物呈瓶刷状。

蛋白聚糖合成时在多肽链上逐一加上糖基

在内质网上，蛋白聚糖先合成核心蛋白质的多肽链部分，多肽链合成的同时即以0-连接或N-连接的方式在丝氨酸或天冬酰胺残基上进行聚糖加工。聚糖的延长和加工修饰主要是在高尔基体内进行，以单糖的UDP衍生物为供体，在多肽链上逐个加上单糖，而不是先合成二糖单位。每一单糖都有其特异性的糖基转移酶，使聚糖依次延长。聚糖合成后再予以修饰，糖胺的氨基来自谷氨酰胺，硫酸则来自“活性硫酸＂，即3'-磷酸腺苷-5'-磷酰硫酸。差向异构酶可将葡糖醛酸转变为艾杜糖醛酸。

蛋白聚糖是细胞间基质重要成分

蛋白聚糖最主要的功能是构成细胞间基质

在细胞基质中各种蛋白聚糖以特异的方式与弹性蛋白、胶原蛋白相连，赋予基质特殊的结构。基质中含有大量透明质酸，可与细胞表面的透明质酸受体结合，影响细胞与细胞的黏附、细胞迁移、增殖和分化等细胞行为。由于蛋白聚糖中的糖胺聚糖是多阴离子化合物，可结合Na⁺、K⁺,从而吸收水分子；糖的羟基也是亲水的，所以基质内的蛋白聚糖可以吸引、保留水而形成凝胶，容许小分子化合物自由扩散但阻止细菌通过，起保护作用。
细胞表面也有众多类型的蛋白聚糖，大多数含有硫酸肝素，分布广泛，在神经发育、细胞识别结合和分化等方面起重要的调节作用。有些细胞还存在丝甘蛋白聚糖，它的主要功能是与带正电荷的蛋白酶、羧肽酶或组织胺等相互作用参与这些生物活性分子的贮存和释放。

各种蛋白聚糖有其特殊功能

肝素是重要的抗凝剂，能使凝血酶失活；肝素还能特异地与毛细血管壁的脂蛋白脂肪酶结合，促使后者释放入血。在软骨中硫酸软骨素含量丰富，维待软骨的机械性能。角膜的胶原纤维之间充满硫酸角质素和硫酸皮肤素，使角膜透明。在肿瘤组织中各种蛋白聚糖的合成发生改变，可能与肿瘤增殖和转移有关。