结构生物化学/碳水化合物/聚糖
多糖和寡糖也被称为聚糖。聚糖通常在单糖之间具有 O-糖苷键。例如，纤维素是一种具有 β-1,4-连接的 D-葡萄糖的聚糖。几丁质是另一种具有 β-1,4-连接的 N-乙酰-D-葡萄糖胺的聚糖。聚糖可以是单糖残基的同多聚物或杂多聚物。它们可以具有线性或分支特征。聚糖也可以指糖蛋白、糖脂或蛋白聚糖的碳水化合物部分。聚糖也可以被各种不同的取代基修饰，例如硫酸化和乙酰化。聚糖的各种修饰增强了它们在自然界中的多样性，并且通常充当特定生物学功能的介质。例如，由于许多聚糖位于细胞和分泌的大分子的外表面，因此它们负责细胞间、细胞-基质和细胞-分子相互作用中多种事件，这些事件在细胞的发育和功能中很重要。这些聚糖的另一个功能是充当不同生物体之间相互作用的介质。
人乳寡糖是可以在母乳中发现的复杂聚糖。母乳是婴儿饮食中最重要的因素之一，它包含一组最复杂的寡糖，称为人乳寡糖 (HMO)。它们存在于三、四、五甚至六链糖中。例如，一些 HMO 包括棉子糖、2'-岩藻糖基乳糖、3'-岩藻糖基乳糖、3'-唾液酸基乳糖、6'-唾液酸基乳糖和乳-N-四糖。这些 HMO 在大小、结构和特定连接方面有所不同。迄今为止，已鉴定出 150 多种不同的人乳寡糖结构。此外，这些 HMO 在结构、酸度和功能方面也有所不同。人乳寡糖的骨架是二糖乳糖，它是由半乳糖和葡萄糖糖之间的连接形成的。HMO 的最终结构取决于乳糖骨架是岩藻糖基化还是唾液酸化，无论是 β 型还是 α 型构型，或在不同的碳上。例如，2'-岩藻糖基乳糖在乳糖的葡萄糖单糖的 α-1-3 位置具有岩藻糖基团。唾液酸化意味着添加唾液酸基团并形成酸性 HMO。
化学糖生物学涉及聚糖是如何形成和分解的。它涉及聚糖在沉降时的生物学作用是什么，以及这些作用如何被修改。为了理解这些问题，科学家们采用了询问和扰动相结合的策略。询问策略的主要目的是研究和了解天然聚糖及其结合互补物之间的内源反应和相互作用。能够拥有天然形成的和特殊的聚糖将使研究人员能够研究蛋白质-聚糖和酶-聚糖相互作用。由糖缀合物组成的排列，也称为凝集素，是用于找出有关蛋白质结合特异性或细胞糖基化模式的更多信息的实用工具。除了扰动方法外，使用非天然的抑制剂、类似物和底物可以发现有关生物合成和聚糖在生物学上的功能的更多信息。非天然的各种寡糖和合成产生的糖缀合物可以阻止或促进细胞和生物体内的某些生物分子相互作用。此外，已发现某些化合物封闭了聚糖生物合成途径过程中的重要步骤。
另一个需要涵盖的重要主题是碳水化合物类似物，它们是结构相似但取代基不同的碳水化合物。碳水化合物类似物以许多不同的方式与聚糖一起使用。一个例子是成像聚糖。另一个是将它们交联到结合伙伴。使用这些工具和化学策略，可以更好地理解涉及聚糖功能的分子机制。
精确定位和定义寡糖和糖缀合物对于理解聚糖如何运作和发挥作用至关重要。从天然来源获取这些物质非常困难，因为当这些物质产生时，它涉及多个转运蛋白和酶的相互作用。这使得整个过程非常复杂。正如真核糖蛋白合成途径所示，它非常复杂。形成糖类的物质需要被生产，然后被送到正确的细胞位置。这个地方是它们被用于糖基转移酶的地方。制作某些聚糖的速度和优化取决于这些物质的浓度、糖基转移酶的类型和不同的生物合成酶，以及这些物质的 Km 值，这些物质负责使用它们的糖基转移酶。创建 N-糖蛋白、O-糖蛋白、糖脂、糖基磷脂酰肌醇锚、蛋白聚糖和多糖的途径受到核苷酸供体的获得难易程度的影响。然而，控制这些途径管理的机制目前正在被弄清楚。因此，从其生物来源获得足够的聚糖量以进行检查和研究极其困难。
现在正在利用化学策略来解决这个问题。处理这个问题的策略是提供生产越来越多的各种聚糖的方法。可以像衍生物一样合成天然存在的聚糖。这意义重大，因为可以进一步检查结构和活性之间重要的关系。合成寡糖的两种基本策略是化学和酶促。[1]