糖链的生物学功能

一号

糖链（Glycans，聚糖）调控着大量的生物学过程，例如细胞间相互作用、病原体识别、免疫系统调节、细胞粘附、内吞作用、受体激活、信号转导或分子运输等。

该领域早期的许多工作，特别是在糖链的表征方面，依赖于基于生物化学的方法。然而，第一个哺乳动物糖基化基因的克隆提供了一个新的目标：表征哺乳动物的糖组（glycome），包括所有编码生成糖链所需的活性的基因。

许多糖类分子的具体功能仍未明确。

同一种糖类在连接到不同的非糖基部分（aglycone，蛋白质或脂质）上时，可能具有不同的功能。

糖类的生物功能大致可以分为三个广泛的类别：

结构性作用（例如，细胞壁和细胞外基质等细胞外支架、蛋白质折叠和功能）；
能量代谢（例如，作为碳源的碳水化合物，用于能量储存和操控动物行为，如传粉和种子传播）；
信息传递功能（例如，被糖结合蛋白 [GBPs] 识别的糖链结构）。

糖结合蛋白（GBPs）可以进一步细分为两类：

内源性 GBPs：识别来自同一生物体的糖类；
外源性 GBPs：识别来自其他生物体的糖类。

内源性 GBPs 通常介导细胞间相互作用或识别细胞外分子，但也可以识别同一细胞糖被膜（glycocalyx）上的糖类。而外源性 GBPs 包括病原微生物的黏附素、凝集素或毒素，这些结构是为了宿主定殖或入侵而进化出来的，但也包括那些介导共生关系或对微生物糖类发起宿主防御反应的蛋白质。

内源性与外源性糖识别也可以作为相反的选择性压力力量，同时限制并推动进化变化，这可能是自然界中糖类呈现巨大多样性的原因之一。进一步的多样性来自于病原微生物进行“分子拟态”（molecular mimicry），通过装饰自身以宿主常见糖类来逃避免疫识别，甚至进行“糖类欺骗”（glycan gimmickry），调节宿主免疫反应以提高耐受性。最后，大多数微生物自身也是其他病原体的目标，这些病原体利用微生物糖类进行附着和感染（例如，侵染细菌的噬菌体**）。

在不同系统中通过实验性改变糖基化所产生的生物学后果似乎具有高度的变异性和不可预测性。此外，同一种糖链在不同组织中、在发育的不同阶段（即生物体内在的功能）或在不同的环境条件下（即生物体外在的功能）可能会发挥不同的作用。一般来说，可以广义地认为，糖链的末端结构、不寻常的结构以及其修饰更有可能在生物体内介导特定的生物学功能。然而，这些糖链或其修饰也更可能成为病原体和毒素的攻击目标。也许正因如此，糖基化在种内和种间的变异相对常见，并且自然界中糖链的某些多样性，可能反映了当前或过去宿主–病原体或共生相互作用的“痕迹”。

虽然在培养的细胞中很容易获得糖基化缺陷，但这些缺陷在体外往往只带来有限的生物学影响。相比之下，同样的缺陷在完整生物体中往往会产生重大甚至灾难性的后果。这一现象说明，糖链的许多主要功能主要是在完整的多细胞生物体中发挥作用的。

糖链生物功能的预测

预测哪些聚糖结构可能介导生物体内更具体或更关键的生物学作用是具有挑战性的。末端糖序列、异常结构或聚糖修饰更有可能参与此类特定作用。由于此类实体也更有可能参与与微生物和其他潜在有害物质的相互作用，这一事实降低了该观察结果的预测价值。

聚糖结构的**“微观异质性”（microheterogeneity）**带来了进一步的复杂性，其中同一物种中同一蛋白质上的相同糖基化位点可以携带多种相关的聚糖结构，或者根本不携带。

接下来的挑战是预测并找出给定细胞类型和生物体中给定聚糖结构可以分配哪些不同的功能。

在病原体和宿主之间的共同进化军备竞赛中，病原体倾向于利用宿主难以改变的聚糖（受其内在宿主功能限制的聚糖），并且由于宿主的进化速度较慢，因此无法轻易改变其聚糖。由于现有聚糖的功能限制，这些聚糖的外在和内在功能必然会重叠。然而，在可能的程度上，宿主有望进化出微生物难以模仿的聚糖，例如脊椎动物特有的唾液酸 Neu5Gc 和硫酸化 GAG，原核生物似乎并没有重新发明。

O-糖基化的功能

蛋白质折叠和运输
细胞外活性：信号传导