醣生物學 I


資料出自:台大生化科學研究所數位學習系統 http://140.112.72.50/ezLMS/news/list.php
原始文章請閱:http://140.112.72.50/MEBC2003/Lecture/9Xnew/Glycobiology-01.htm




1. 醣生物學與其結構特徵入門須知


1.1 醣質的基本組成:單醣

一般泛指的醣質除了源自醣蛋白之外,還包括醣脂、脂多糖、蛋白多醣和多醣體等,有多樣化的結構與功能上變異。就結構組成中常見的單醣而言,可分為六碳醣(Hexose, Hex)、N-乙醯胺基六碳醣(N-Acetyl-Hexosamine, HexNAc)、去氧六碳醣(deoxyhexose)、五碳醣(Pentose)、及唾液酸(sialic acid)等。就單醣的立體結構而言又可細分為表異構物(epimer)、α/β光學異構物(α/β anomer)、鏡像異構物(D/L diastereomer)或五/六員環狀(pyranose/furanose)(圖一)。


圖1 單醣的立體結構


1.2 醣質的立體結構與分類

而就整體醣類結構定序的角度來考量,醣質的結構中除了單醣組成外,還需考量還原端 (reducing end) 與非還原端(nonreducing end)的方向性,尚有分支的特性而造成其結構的複雜性(見圖二),不像核酸和胜肽的定序大多均為單純的線性結構分析,因此定分支點是醣質定序與結構分析中非常主要的考量。


圖2 醣質結構之複雜性

我們以醣蛋白上的醣為例,因其醣鏈與蛋白質鍵結的方法與位置不同,可分為兩大類,一為 N-linked,另一為 O-linked,以醣質生合成(biosynthesis)的角度來考量,醣質結構的生成乃由還原端往非還原端的方向進行,還原端通常存在幾種普遍的核心結構,而向非還原端的方向以各種不同的序列作延伸。因此若從整體來考量,對於鍵結於醣蛋白上的 N- 及 O-醣鏈或鞘醣脂類(Glycosphingolipid,GSL)而言,主要需鑑定其有何核心結構?核心結構有無修飾?分支的數量及型式為何?而最重要莫過於有何種末端結構(如 Lewis X、Lewis Y 等),經由這些特徵的檢視來分析各種可能的結構變化(見圖三)。分析者對這些結構組成須有一定的認識,才能有效的將測得的分子量數據推論成某一可能的結構。


圖3 不同型態之醣質結構


1.3 醣化現象的多樣性

另外我們在探討生物巨分子的醣化現象時,需了解醣生物學上一個普遍的現象為多變異性(heterogeneity),即有所謂 "glycoform" 的存在,此乃指單一蛋白有一至數個醣化位置(glycosylation site),而每一個醣化位置可存在一至數十個不同的醣鏈結構。其中每一個醣鏈結構又可存在些微差異,如增減一個岩藻糖(Fucose)的差異,或 Fucose 鍵結在不同的位置上,甚或同樣的醣質組成及分子量卻有不同的分支異構物,此類結構異構物皆有相近的物化性質,故要完整的將所有微量的 glycoform 純化並一一解析鑑定在現行實驗技術及儀器偵測的極限下乃是非常困難且耗時費力的工作。綜上所述,一般處理醣質樣品時,須先了解自己的實驗目的為何評定所需的結構訊息,再根據自己樣品數量的多寡而選擇最實際、可行性最高的實驗分析方法。

分析者應以下列的問題漸層去思考,作為實驗規劃的導引:

一. 純化或萃取得到的生物樣品是否帶醣?亦及我手上的蛋白或脂類樣品是否為醣蛋白或醣脂肪?
二. 其醣質的單醣組成,是否具有特殊醣抗原決定子,可供外源凝集素(lectin)或單株抗體辨識?可否以此作為偵測或純化的依據?
三. 若為醣蛋白,是為 N-linked?或 O-linked?若為 N-linked,是為 high mannose,hybrid 或 complex type?
四. 其醣鏈的核心結構與末端修飾為何種類?其整體性的異質性(Heterogeneity)程度為何?可有幾個較明顯的主要成份?
五. 其主要醣鏈的序列為何?有無分支點?
六. 其主要醣鏈序列的鏈結法為何?及鏈結位置及光學(α/β)及鏡像(D/L)異構為何?
七. 其醣鏈鍵結在蛋白上的哪個位置?分佈如何?每個 glycoform 的多寡?