結構生物化學/碳水化合物/聚糖
多糖和寡糖也被稱為聚糖。聚糖通常在單糖之間具有 O-糖苷鍵。例如，纖維素是一種具有 β-1,4-連線的 D-葡萄糖的聚糖。幾丁質是另一種具有 β-1,4-連線的 N-乙醯-D-葡萄糖胺的聚糖。聚糖可以是單糖殘基的同多聚物或雜多聚物。它們可以具有線性或分支特徵。聚糖也可以指糖蛋白、糖脂或蛋白聚糖的碳水化合物部分。聚糖也可以被各種不同的取代基修飾，例如硫酸化和乙醯化。聚糖的各種修飾增強了它們在自然界中的多樣性，並且通常充當特定生物學功能的介質。例如，由於許多聚糖位於細胞和分泌的大分子的外表面，因此它們負責細胞間、細胞-基質和細胞-分子相互作用中多種事件，這些事件在細胞的發育和功能中很重要。這些聚糖的另一個功能是充當不同生物體之間相互作用的介質。
人乳寡糖是可以在母乳中發現的複雜聚糖。母乳是嬰兒飲食中最重要的因素之一，它包含一組最複雜的寡糖，稱為人乳寡糖 (HMO)。它們存在於三、四、五甚至六鏈糖中。例如，一些 HMO 包括棉子糖、2'-巖藻糖基乳糖、3'-巖藻糖基乳糖、3'-唾液酸基乳糖、6'-唾液酸基乳糖和乳-N-四糖。這些 HMO 在大小、結構和特定連線方面有所不同。迄今為止，已鑑定出 150 多種不同的人乳寡糖結構。此外，這些 HMO 在結構、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間的連線形成的。HMO 的最終結構取決於乳糖骨架是巖藻糖基化還是唾液酸化，無論是 β 型還是 α 型構型，或在不同的碳上。例如，2'-巖藻糖基乳糖在乳糖的葡萄糖單糖的 α-1-3 位置具有巖藻糖基團。唾液酸化意味著新增唾液酸基團並形成酸性 HMO。
化學糖生物學涉及聚糖是如何形成和分解的。它涉及聚糖在沉降時的生物學作用是什麼，以及這些作用如何被修改。為了理解這些問題，科學家們採用了詢問和擾動相結合的策略。詢問策略的主要目的是研究和了解天然聚糖及其結合互補物之間的內源反應和相互作用。能夠擁有天然形成的和特殊的聚糖將使研究人員能夠研究蛋白質-聚糖和酶-聚糖相互作用。由糖綴合物組成的排列，也稱為凝集素，是用於找出有關蛋白質結合特異性或細胞糖基化模式的更多資訊的實用工具。除了擾動方法外，使用非天然的抑制劑、類似物和底物可以發現有關生物合成和聚糖在生物學上的功能的更多資訊。非天然的各種寡糖和合成產生的糖綴合物可以阻止或促進細胞和生物體內的某些生物分子相互作用。此外，已發現某些化合物封閉了聚糖生物合成途徑過程中的重要步驟。
另一個需要涵蓋的重要主題是碳水化合物類似物，它們是結構相似但取代基不同的碳水化合物。碳水化合物類似物以許多不同的方式與聚糖一起使用。一個例子是成像聚糖。另一個是將它們交聯到結合夥伴。使用這些工具和化學策略，可以更好地理解涉及聚糖功能的分子機制。
精確定位和定義寡糖和糖綴合物對於理解聚糖如何運作和發揮作用至關重要。從天然來源獲取這些物質非常困難，因為當這些物質產生時，它涉及多個轉運蛋白和酶的相互作用。這使得整個過程非常複雜。正如真核糖蛋白合成途徑所示，它非常複雜。形成糖類的物質需要被生產，然後被送到正確的細胞位置。這個地方是它們被用於糖基轉移酶的地方。製作某些聚糖的速度和最佳化取決於這些物質的濃度、糖基轉移酶的型別和不同的生物合成酶，以及這些物質的 Km 值，這些物質負責使用它們的糖基轉移酶。建立 N-糖蛋白、O-糖蛋白、糖脂、糖基磷脂醯肌醇錨、蛋白聚糖和多糖的途徑受到核苷酸供體的獲得難易程度的影響。然而，控制這些途徑管理的機制目前正在被弄清楚。因此，從其生物來源獲得足夠的聚糖量以進行檢查和研究極其困難。
現在正在利用化學策略來解決這個問題。處理這個問題的策略是提供生產越來越多的各種聚糖的方法。可以像衍生物一樣合成天然存在的聚糖。這意義重大，因為可以進一步檢查結構和活性之間重要的關係。合成寡糖的兩種基本策略是化學和酶促。[1]