糖脂

糖脂廣泛存在於各種生物體中，自然界中的糖脂可按其組分中的醇基種類而分為兩大類：甘油糖脂及鞘糖脂。糖基化的甘油醇脂類稱為甘油糖脂，存在於動物的神經組織、植物和微生物中，是植物中的主要糖脂，亦是某些細菌，尤其是革蘭氏陽性細菌菌膜的常見組成成分。

基本介紹

• 中文名：糖脂
• 外文名：glycolipid
• 分類：甘油糖脂和鞘糖脂
• 特點：分布甚廣，但含量較少
• 屬性：脂類化合物
• 性質：兩親性

簡介

糖脂是指含有糖基配體的脂類化合物。它是一類兩親性分子，在生物體內廣泛存在。

依脂質部分的不同，糖脂可分為4類：

（1）含鞘氨醇(sphingosine)的鞘糖脂；

（2）含油脂的甘油糖脂；

（3）磷酸多萜醇衍生的糖脂；

（4）類固醇衍生的糖脂。

甘油糖脂

結構

甘油糖脂（glycosylacylglycerid），糖基醯甘油結構與磷脂相類似，主鏈是甘油，含有脂肪酸，但不含磷及膽鹼等化合物。糖類殘基是通過糖苷鍵連線在1，2-甘油二酯的C-3位上構成糖基甘油酯分子。已知這類糖脂可由各種不同的糖類構成它的極性頭。不僅有二醯基油酯，也有1-醯基的同類物。

自然界存在的糖脂分子中的糖主要有葡萄糖、半乳糖，脂肪酸多為不飽和脂肪酸。根據國際生物化學名稱委員會的命名：單半乳糖基甘油二酯和二半乳糖基甘油二酯的結構分別為1，2-二醯基-3-O-β-D-吡喃型半乳糖基-甘油和1，2-二醯基-3-O-（α-D-吡喃型半乳糖基（1→6）-O-β-D吡喃型半乳糖基）-甘油。

此外，還有三半乳糖基甘油二酯，6-O-醯基單半乳糖基甘油二酯等。

自然界分離到的甘油糖脂化合物大致可分為以下幾類：

（1）酯鍵型甘油糖脂；

（2）醚型甘油糖脂糖脂甘油部分的羥基被烷基化，形成醚鍵，而非酯鍵；

（3）糖基上的羥基發生脂醯化的甘油糖脂；

（4）糖醛酸型甘油糖脂；

（5）糖基位胺基化的甘油糖脂；

（6）糖基6位磺酸化的甘油糖脂；

（7）甘油的的兩個羥基都被糖苷化的甘油糖脂。

生物活性

甘油糖脂具有抗氧化、抗病毒、抗菌、抗腫瘤、抗炎、抗動脈粥樣硬化等多種生物活性，存在於動物的神經組織、植物和微生物中。

（1）抗氧化活性

實驗發現甘油糖脂M874B還能夠保護由於加熱和外部的H₂O₂所引起的細胞死亡，能夠消除由H₂O₂釋放的羥基自由基，這說明MGDG(如M874B)是一種新型的氧自由基清除劑，能夠清除某些活性氧分子。M874B之所以具有清除羥自由基和過氧化氫自由基的活性，跟它含有的半乳糖基結構有關，增加一個或減少一個半乳糖基，即使醯基不同，都會失去活性。

（2）對酶的抑制作用

20世紀80年代以來，人們發現從不同生物中分離的硫代異鼠李糖甘油二酯(SQDG)能強烈抑制哺乳動物DNA聚合酶α，DNA聚合酶β和末端脫氧核苷轉移酶(TdT)的活性，中度抑制人類免疫缺陷病毒反轉錄酶HIV-RT活性，並且這些抑制效應是劑量依賴的；抑制效應還與脂肪酸鏈長和SQDG上的磺酸基團有關。然而硫脂並不抑制原核生物明DNA聚合酶。

（3）抗病毒

Reshef等從五種藍藻中分離到的26種糖脂化合物，11種為SQDG 6種為DGDG，9種為MGDG。這些化合物能不同程度的抑制HIV-l逆轉酶活性，其中四種能有效抑制HIV-1和HIV-2逆轉錄酶活性的糖脂均為SQDG，終濃度為10μmol/L時，幾乎100%抑制逆轉錄酶的DNA聚合酶活性，但對RNA酶(RnaSeH)抑制活性很低或沒有。隨後，Loya等對在上述四種能有效抑制HIV逆轉錄酶活性的硫化糖脂的構效關係作了進一步的研究。發現如果糖環上的2，3位羥基被軟脂醯殘基代替，則化合物抑制逆轉錄酶活性的能力大幅下降，可能因為分子中醯基通過空間位阻防礙了抑制作用。磺酸基團和脂肪酸側鏈對其抗病毒能力起決定性作用，去掉磺酸基團時，將減弱四種被測天然硫化糖脂的抑制效果，而側鏈脂肪酸的水解將失出大部分抑制HIV RT活性，推測親脂基團與酶的疏水核心反應，而帶負電荷的磺酸部分與酶帶正電荷的側鏈相互作用。

（4）抗菌作用

從菊科植物的根莖中分離得到三種甘油糖脂，活性檢測表明它們對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌三種菌株具有明顯的抑制作用。

（5）溶血活性

從兩種有毒的海洋甲藻中分離到一些甘油糖脂，包括MGDG、DGDG，它們都具有溶血活性。從亞熱帶水域的海洋深處收集到的9種甲藻實驗發現對小鼠具有較高的致死率、魚毒性和溶血性，其中從卡特前溝藻中分離到的溶血性物質為MGDG和DGDG。

（6）其他

其他生物活性還包括抗炎、抗癌、免疫活性等。

糖鞘脂

結構

鞘脂類鞘脂類分子由 3個基本結構成份組成：一是鞘氨醇，是長鏈的帶有氨基的二醇，鏈長約18碳原子左右；二是長鏈脂肪酸，鏈長約18～26碳原子，以醯胺鍵與鞘氨醇相結合，稱為神經醯胺；三是極性基團的頭部，通常聯接在鞘氨醇第一個碳原子的羥基上。因極性基團不同，形成不同類型的鞘脂，如：含有磷酸的稱為鞘磷脂，含有糖基的，稱為鞘糖脂。鞘糖脂分子中的糖基數目不等。僅含一個糖基的鞘糖脂統稱腦苷脂。含多個糖基的鞘糖脂又分為兩大類：不含唾液酸的中性鞘糖脂和含有唾液酸的酸性鞘糖脂。由於闡明結構的鞘糖脂愈益增多，又依據接近神經醯胺的幾個核心糖基的組成和結構，將鞘糖脂進一步分為4個系列：球(globo-)系列，粘(muco-)系列，乳(lacto-)系列,節(ganglio-)系列（表1）。每個系列內還分成若干小的類群。

作用

又稱鞘糖脂。糖鞘脂分子母體結構是神經醯胺。脂肪酸連線在長鏈鞘氨醇的C-2氨基上，構成的神經醯胺糖類是糖鞘脂的親水極性頭。含有一個或多箇中性糖殘基作為極性頭的糖鞘脂類稱為中性糖鞘脂或糖基神經醯胺，其極性頭帶電荷，最簡單的腦苷脂是在神羥基上，以β糖苷連線一個糖基（葡萄糖或半乳糖）。

重要的糖鞘脂有腦苷脂和神經節苷脂。腦苷在腦中含量最多，肺、腎次之，肝、脾及血清也含有。腦中的腦苷脂主要是半乳糖苷脂，其脂肪酸主要為二十四碳脂酸；而血液中主要是葡萄糖腦苷脂神經節苷脂是一類含唾液酸的酸性糖鞘酯。唾液酸又稱為N-乙醯神經氨酸它通過α-糖苷鍵與糖脂相連。神經節苷脂分子由半乳糖（Gal）、N-乙醯半乳糖（GalNAc）、葡萄糖（Glc）、N-脂醯鞘氨醇（Cer）、唾液酸（NeuAc）組成。神經節苷脂廣泛分布於全身各組織的細胞膜的外表面，以腦組織最豐富。

鞘糖脂的血型決定功能。紅細胞質膜上的糖鞘脂是ABO血型系統的血型抗原，血型免疫活性特異性的分子基礎是糖鏈的糖基組成。A、B、O三種血型抗原的糖鏈結構基本相同，只是糖鏈末端的糖基有所不同。A型血的糖鏈末端為N-乙醯半乳糖；B型血為半乳糖；AB型兩種糖基都有，O型血則缺少這兩種糖基。

糖脂是構成細胞膜的成分之‘，在細胞黏附、生長、分化、信號傳導等過程中發揮著重要作用：尤其值得注意的是，糖脂不參與細胞識別、免疫成捺等重要生理過程.

其他糖脂

糖脂相連

糖基醯基甘油的分子中，糖基和甘油的一個羥基以糖苷鍵相連，甘油的其他兩個羥基各與一個脂肪酸相連；這類糖脂在動植物組織中均有發現。植物中還曾發現極少量的固醇糖苷。細菌中，除大分子脂多糖外，常產生各種結構的糖脂。包括：糖基甘油──糖和脂肪酸形成的脂類，其糖基部分多為D-甘露糖和D-葡萄糖；含糖磷脂──和通常的磷酸甘油脂混在一起，只是以糖基代替鹼基和醇的位置；以及糖和脂肪酸形成的酯類，含苯酚末端的羥基烴所形成的糖苷等等。從分枝桿菌的莢膜中分離出一種有毒的糖脂，是海藻糖和分枝脂肪酸形成的雙酯。它能促使分枝桿菌連線成索狀長鏈，稱為索狀因子(cord factor)。 分枝桿菌中還有一些長鏈脂酸或烴基衍生物的糖苷，其糖基部分常為二糖或三糖，包含一些稀有的單糖。

葡萄糖醛酸糖脂

氮、磷、鉀是植物生長必需的三大元素，缺磷會導致植物矮小，果實不飽滿。日本科學家發現植物體內一種糖脂可使它們在缺磷的環境下維持生長，並確定了指導合成這種糖脂的基因。這將幫助科學家培育耐缺磷環境的農作物。

日本理化研究所和科學技術振興機構日前聯合發表新聞公報說，植物的生物膜主要由磷脂和糖脂等構成，當植物體內缺乏磷元素時，生物膜中的磷脂就會減少，與此同時，一些糖脂就會增加彌補磷脂的不足，從而維持生物膜，幫助植物正常生長。這種現象叫做膜脂質的重組，對植物在缺磷環境下生存起到重要作用。但是，具體是哪種化合物如何參與膜脂質重組，一直沒有被明確。

理化研究所植物科學研究中心的團隊藉助獨立研發的細胞內低分子代謝產物全面分析法，分析了在缺磷環境下生長的擬南芥體內的膜脂質重組，發現一種名為葡萄糖醛酸糖脂的物質在擬南芥植株的地上部分積蓄。這種糖脂之前只在部分微生物體內發現過。

研究人員還培育出和植物體內一些糖脂合成相關的基因缺損的擬南芥，發現擬南芥如果沒有SQD2基因，葡萄糖醛酸糖脂就不能積蓄，在缺磷環境下就會比正常擬南芥植株更早枯死。

公報說，磷礦石是生產化肥的重要原料，出現枯竭的跡象，正成為農業領域擔憂的大問題。在此發現基礎上，科學家們有望培育出耐磷缺乏的農作物。

相關論文已在新一期英國線上科學雜誌《自然·通訊》上發表。

分布

鞘脂類是動、植物細胞膜的重要組份，在腦和神經組織中含量很高，而在貯脂中只有極少量。鞘糖脂分布在膜脂雙層的外側層中，非極性的碳氫長鏈埋在外側脂層中，極性的糖鏈伸展到胞外水相中。用有機溶劑或去垢劑能將鞘糖脂從膜中抽提出來。另外，在細胞內有極少量糖脂，是糖鏈合成過程的中間載體。

分離技術

對糖脂化合物的分離純化，目前國內外普遍採用大孔吸附樹脂法、高效薄層層析法和柱層析色譜法。

大孔吸附樹脂法

大孔吸附樹脂法主要用來樣品的粗分離，獲得的產物是糖脂混合物，很難得到單一化合物。例如曹東旭等以鯉魚魚頭糜為糖脂原料，將90%乙醇萃取物用H P-20大孔吸附樹脂進行分離，分別用90%的乙醇和氯仿洗脫，得到的90%乙醇洗脫液物再用HP-20大孔吸附樹脂進行分離，依次用70%的乙醇和95%的乙醇洗脫，將95%乙醇的洗脫液收集、濃縮，即為糖脂濃縮物質。

高效薄層層析法

Murakami等以泰國中草藥酸橙的新鮮葉子為原料，將得到的乙酸乙酯萃取相，進行葡聚糖凝膠C-100柱層析，洗脫劑為丙酮濃度依次提高的丙酮/甲苯溶液，得到60-80%的丙酮洗脫物。然後，將洗脫物進行反相矽膠柱層析，依次以甲醇/水(9：1，v/、r)、甲醇/乙腈/水(16：4：5，v/v～)為洗脫劑，得到含甘油糖脂DLGG和LPGG的混合物，進一步進行高效薄層層析製備矽膠板分離，得到甘油糖脂單體DLGG和LPGG。高效薄層層析要分離得到糖脂單一組分通常需要大量反覆提取，而且提取量少，很難滿足糖脂結構鑑定和生物活性的進一步研究。

柱層析色譜法

近年來，柱層析色譜柱法是糖脂分離廣泛採用的一種分離方法。例如Chia-Chung Hou等，以民間昭和草為原料，將乙酸乙酯萃取相，以氯仿．甲醇為洗脫劑，進行正向矽膠柱層析得到分餾物8，取分餾物8再次進行C18反相矽膠柱層析，以95%甲醇為洗脫劑，得到富含亞麻酸的甘油糖脂成分。

柱層析色譜法雖然可以大量的處理樣品，但是存在不可逆吸附嚴重、分離效率低、耗時長且溶劑消耗量大等缺點。

由於同一類糖脂間的差別僅僅體現在醯基脂肪酸組成的不同，分子帶電性、分子極性等性質非常接近，用現有的方法很難把單個糖脂從混合糖脂中大量分離出來。所以，從化學品市場上無法購買到完全單一的天然標準糖脂，各大化學品公司以及專門提供脂類標準品的公司都僅僅能提供TLC級別的混合糖脂標準。而只有將混合糖脂中每一個成分的含量結構研究清楚，才能使有關研究(如生物活性)更為深入。因此有必要尋找一種能耗低、分離效率高、大量提取糖脂單一組分的新方法，才能適應於神經生物學研究及臨床套用研究的需要。

逆流色譜是近三十年來發展起來的一種液-液色譜技術。它的優點之一是不使用固體吸附材料，可以避免其它色譜技術中那種不可逆吸附、樣品降解等缺點；優點之二是能對樣品完全回收。作為實驗室的一種分離制各技術，逆流色譜已表現出高效液相色譜無法比擬的優點，如對樣品的純淨度要求低，進樣量大，操作簡便等。