糖胺聚醣和蛋白聚醣

深入了解糖胺聚糖和蛋白多糖的作用，包括五種類型的糖胺聚糖鏈及其結構、生物合成、降解和功能。此外，還可瀏覽研究用的糖胺聚糖和蛋白多糖產品。

閱讀更多資訊

• 生物合成和降解
• 相關產品

GAG 結構

糖胺聚糖 (GAG) 是由重複的二糖單位構成的大型線性多醣體，其主要結構包含一個胺基糖 (GlcNAc 或 GalNAc) 和一個尿酸 (葡萄糖醛酸和/或iduronic 酸)。有五種已識別的氨基醣鏈  (圖 1)：

• 軟骨素軟骨素和皮質素
• Heparan 和肝素
• 角叉菜胶

角叉菜胶不硫酸化，但其他糖胺聚糖链在链的不同位置含有硫酸酯取代基。硫酸基以及尿酸會使糖胺聚糖鏈帶有負電荷。GAG 聚合物的體積遠大於 N-聚糖或 O-聚糖，而且其鏈是線性的，而不是像 N-聚糖一樣是支鏈。

圖 1. 使用單糖符號的五種類型糖胺聚醣鏈的碳水化合物序列：(A) Hyaluronan、(B) Chondroitin、(C) Dermatan、(D) Heparin 和 (E) Keratan。可能的硫酸化存在和位置（2S、4S 或 6S）會被指出。

Hyaluronan

Hyaluronan (HA; hyaluronic acid)是由β-D-(1→3)葡萄糖醛酸(GlcA)和β-D-(1→4)-N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)的交替殘基所組成 (圖 2)。與其他糖胺聚醣不同，玻尿酸不會附著在蛋白質上形成蛋白多糖。

圖 2. 透明質酸是由β-D-(1 3)葡萄糖醛酸和β-D-(1 4)-N-乙酰葡萄糖胺的交替殘基所組成。

軟骨素和 Dermatan

硫酸軟骨素和硫酸真皮素（硫酸軟骨素 B）是由含有 N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）和一個尿酸的二糖單位組成，分別以β(1→4)或β(1→3)連結（圖 3、4、5）。軟骨素含有葡萄糖醛酸 (GlcA)，並經 4-O 硫酸化 (硫酸軟骨素 A) 或 6-O 硫酸化 (硫酸軟骨素 C)。Dermatan 硫酸鹽也含有 N-acetylgalactosamine (GalNAc)，但 Dermatan 中存在的尿酸是 L-iduronic acid (IdoA)。

圖 3. 硫酸軟骨素 A 由交替共聚物 β-葡萄糖醛酸-(1 3)-N- 乙酰基-β-半乳糖胺-4 硫酸酯組成。

圖 4. 硫酸軟骨素 B（硫酸硬骨素）由交替共聚物 β-iduronic acid-(1 3)-N-acetyl-β-galactosamine-4 sulfate 組成。

圖 5. 硫酸軟骨素 C 由交替共聚物 β-葡萄糖醛酸-(1 3)-N- 乙酰基-β-半乳糖胺-6 硫酸酯組成。

庚二酸和肝素

Heparan 和肝素糖胺聚醣是複雜的異質混合物，由尿酸 (D-lucuronic 或 L-iduronic acid) 和 D-葡萄糖胺或 N-acetyl-Dglucosamine (Figure 6)組成的重複二糖單位組成。每個單糖單位上會發生不同程度的硫酸化（在含氧和/或含氮基團上），從零硫酸化到三硫酸化不等。肝素的硫酸化程度比肝素低。

圖 6. Heparan 和 heparin 糖胺聚糖由 D-葡萄糖胺和 L-iduronic 酸或 D-葡萄糖醛酸的重複單元的異質混合物組成，每個殘基的硫酸化程度可能不同。

Keratan

Keratan硫酸鹽與其他糖胺聚糖鏈的不同之處在於它不含尿酸殘基。Keratan 由 Nacetyllactosamine (βGal-β(1→4)-GlcNAc) 亞基組成。

蛋白聚糖是指至少有一條糖胺聚糖鏈附著在蛋白質上的特定糖蛋白群；分類方式通常是依據存在的 GAG 鏈。硫酸肝素和硫酸軟骨素是蛋白多糖中最常見的 GAG。此外，大多數蛋白多糖還包含 N-linked 和 O-linked 糖。

生物合成和降解

透明質酸（hyaluronan）的生物合成是 N-acetylglucosamine 和葡萄糖醛酸的立體特異性酵素共聚。參與此過程的透明質酸合成酶需要 UDP-Nacetylglucosamine 和 UDP-glucuronic acid 作為供糖體，可在一分鐘內生成 1,000,000 Dalton 的聚合物。透明質酸會被透明質酸酶分解；睪丸透明質酸酶會將透明質酸降解為四糖，而細菌透明質酸酶會將透明質酸降解為二糖。在溶酶體中，透明質酸會被降解為單糖 N-乙酰葡萄糖胺（N-acetylglucosamine）和葡萄糖醛酸（glucuronic acid），N-乙酰葡萄糖胺會被回收利用，而葡萄糖醛酸則會透過磷酸戊糖途徑進一步代謝。

硫酸化的糖胺聚糖的生物合成包括聚合和硫酸化兩個步驟。硫酸化是由硫轉移酶利用 3′-phosphoadenyl-5′-phosphate（PAPS）活化的硫酸鹽供體進行的。Keratan 鏈可以超過 20,000 Dalton，包含一系列乳糖胺 (βGal-β(1→4)-GlcNAc)亞基，這些亞基有非硫酸化、單硫酸化 (6 位 GlcNAc) 或二硫酸化 (6 位 Gal 和 GlcNAc)。在動物中，降解是透過硫酸鹽酶催化移除末端硫酸鹽以及外糖苷酶的相繼作用而發生。

硫酸軟骨素和硫酸天冬醯胺類的硫酸化氨基聚醣都是透過共同的四糖結構 (GlcA-Gal-Gal-Xyl-Ser) 來連結核心蛋白中的絲氨酸殘基。這個過程是由木糖轉移酶（xyosyltransferase）以 UDP-xylose 為供體催化木糖的附著所啟動。在四糖附著之後，蛋白多糖的結構會分化，因為下一個碳水化合物連結決定了所附著的糖胺多糖類別。N-acetylgalactosamine 上的β-糖苷鍵會導致硫酸軟骨素附著在肽上，而 N-acetylglucosamine 上的α-糖苷鍵則會導致硫酸肝素附著在肽上。

糖胺聚糖 & 蛋白聚糖的功能

糖胺聚糖和蛋白聚糖有許多功能。透明質酸是細胞外基質的主要成分；它能結合和保留水分子，並填充膠原纖維間的空隙。CD44 是一種人類細胞表面糖蛋白，可參與多種細胞功能，它可與透明質酸結合，透明質酸與 CD44 的互作與惡性腫瘤的入侵有關。糖胺聚糖與多種配體的互作與發炎、生長、凝血、纖維蛋白溶解、脂肪溶解和細胞基質生物學有關。

蛋白多糖也是細胞外基質的組成物，它們與多種分子互動，包括細胞黏附分子和生長因子，例如轉化生長因子-β (TGF-β) 和基本成纖維生長因子 (bFGF)。

在我們的Glycobiology hub page上尋找更多技術資源。

相關產品

氨基葡萄糖

氨基葡萄糖

Loading

GAG 羥化酶和裂解酶

GAG 羥化酶和裂解酶

Loading

參考資料

1. Trowbridge JM, Gallo RL. 2002. Dermatan sulfate: new functions from an old glycosaminoglycan. Glycobiology. 12(9):117R-125R. https://doi.org/10.1093/glycob/cwf066

2. Salmivirta M, Lidholt K, Lindahl U. 1996. Heparan sulfate: a piece of information. FASEB j.. 10(11):1270-1279. https://doi.org/10.1096/fasebj.10.11.8836040

3. Funderburgh JL. 2000. MINI REVIEW Keratan sulfate: structure, biosynthesis, and function. Glycobiology. 10(10):951-958. https://doi.org/10.1093/glycob/10.10.951