现代糖生物学进展

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现代糖生物学进展

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什么是糖生物学，简单地说就是研究多糖及其衍生物的结构、生物合成及生物学功能的科学。多糖是生物高分子家族中一个最丰富多彩的成员，广泛存在于各种植物、动物、微生物组织中，具有免疫调节、抗肿瘤、降血糖等多种生物活性。其最大优点是毒副作用小，来源广泛，资源丰富。尤其是来源于中草药的植物多糖，受到许多国家的重视。20世纪末，糖生物学开始蓬勃发展而引起世人注意，它是糖化学和生物学研究相结合的新兴学科，主要研究糖类化合物的结构、生物合成和生物学功能。本专题旨在介绍糖生物学的历史，糖生物学研究的内容，糖缀合物中糖链的结构及其生物学功能，天然多糖的组成及结构，天然多糖的生物学功能，以及糖生物学研究的发展等。

1 糖生物学的历史

“糖生物学”起初由糖化学开始，而后是糖生物化学。20世纪初期，糖类化合物的化学、生物化学和生物学曾引起科学界很多人的关注。当糖生物化学研究积累了大量的资料，发现糖类化合物的研究与生物学的诸多领域出现了交叉，这就孕育了糖生物学的出现。1988年，一篇以“糖生物学”为题目的综述刊登在当年的“生物化学年评”，由此宣告了糖生物学这一分支学科的正式诞生。然而，当时由于糖类化合物自身结构的复杂性，使之难于测序，致使糖类化合物的研究远远滞后于蛋白质、核酸和脂类的研究。因此，人们为研究这些糖类化合物建立了一些新的工艺方法，这也为分子生物学研究领域开辟了另一个新的前沿，称为“糖生物学（glycobiology）”。20世纪末期，糖基转移酶转基因细胞的产生，钙粘素N-CD1单晶三维结构的阐明，肝素抗凝血五糖模拟物的合成，这些研究的出现极大地推动了糖生物学学科的发展。随后，科学家将糖化学和生物化学的传统原则与现代细胞和分子生物学对聚糖的研究相结合，而创用了“糖生物学”一词。如今“糖生物学”已经得到了广泛的认可，并创立专门的生物学杂志，日益壮大的科学学会和著名的戈登研讨会议，这些都是以“糖生物学”来命名的。

目前糖生物学广义地被定义为，研究自然界中广泛分布的糖类（糖链或聚糖）的结构、生物合成和生物学功能的一门科学。实际上，糖生物学的研究焦点是糖类与其他分子的关系。糖生物学的研究包括对糖类化合物的命名，对其生物合成、结构和化学合成以及生物学功能的研究，还涉及部分分子遗传学、细胞生物学、生理学和生物化学这些基础学科方面的研究。

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2 糖生物学研究的主要内容

近年来，糖生物学研究的主题主要基于如下问题： （1） 糖类化合物与其受体之间相互作用的分子机制如何 （2） 应以何种功能实验来阐明糖类化合物的生物学角色 （3） 如何将糖类化合物更好地应用于医疗保健中

若要完全解决糖生物学的这些基本问题，尚需数十年的努力。然而，迄今为止，人们已经揭示出糖类化合物的部分生物学功能，将在下述内容中加以介绍。

3 糖生物学研究领域中的常见术语

人们将糖定义为多羟基醛或多羟基酮的化合物，或者能水解出上述单体的化合物。而单糖是一类不能水解为更简单的糖单位的化合物。单糖在其碳链末端有一个羰基（即醛基），或者在碳链内部的一个碳原子上有一个羰基（即酮基）。这两种单糖称为醛糖或酮糖。游离的单糖可以以直链或环状形式存在 。

图2-1 单糖的存在形式

一般来说，碳水化合物含有多个单糖(monosaccharide)，它们连在一起成为寡聚体或多聚体，又叫做寡糖或多糖。

糖苷键是将一个单糖和另一个残基相连的共价键，特别是通过异头碳上的羟基和另一个残基相连。按照氧与异头碳的关系又可分为α连接或β连接。尽管其顺序和组成一样，但这两种类型的连键各具有不同的结构性质和生物功能。

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