文献综述

一、背景

在分子生物学时代，糖类的研究大大地落后于蛋白质和许多其他生物大分子的研究。一个重要的原因在于，DNA携带的遗传信息并不能够直接地决定糖分子的结构，而且糖分子的结构多样性也给分析带来了巨大的困难。简而言之，分子生物学的普遍研究方法#8212;依据中心法则来分析生物分子的功能和结构的手段，并不能很好地适用于糖类的研究。

有别于传统的生物化学家的关注点，糖类在生命过程中的多种功能也渐渐地得到了重视：糖蛋白的生物功能，糖基化对蛋白质结构和功能的影响，糖类分子在细胞黏附和信号传导中所主导的识别作用#8212;这些都超出了生物化学的研究范围，而进入了细胞分子生物学的领域，因此，将现代生物学研究手段引入糖类的研究，也就成为了十分迫切的需求。

为此，Rademacher，Parekh和Dwek三个人在1988年提出了”Glycobiology”（中文翻译为”糖生物学”）这个词，将传统的生物化学观点和现代的分子生物学方法结合起来，应用多种手段对糖类的分子结构、化学性质和生物功能进行系统性的研究^[1]。而糖类与蛋白质分子之间的相互作用，作为糖类分子发挥生物功能的主要生化过程，也成为了研究的热点。

二、糖-蛋白质相互作用

糖类分子和蛋白质分子之间的相互作用，是糖分子所携带的生物信息的最重要的表达途径#8212;蛋白质分子通过对特定的糖分子结构进行识别和结合，从而激活一系列下游反应：糖分子的转运，抗体识别反应，对特定类型的寡糖链的水解，介导细胞之间的黏附和迁移过程#8212;结合的蛋白质功能种类和结合方式不同，所介导的生物过程也大有不同。而对糖#8212;蛋白质相互作用加以较为精确地描述，进而能够对蛋白质的结合糖结构进行合理的预测，无疑是一项十分有意义的工作。

将分子模拟方法应用于糖类和蛋白质分子的相互作用研究中的工作，最早出现于上世纪80年代。Florante A. Quiocho 小组的综述，从实验和计算模拟建模两方面提供了相当全面的描述，尤其是较为详细地指出了氢键和范德华力在相互作用中的重要价值，并指出了糖分子形成氢键的特点^[2]。90年代初，A. Imberty 和S. Perez 对于与伴刀豆球蛋白（Concanavalin A， ConA）结合的甘露单糖，甘露二糖和甘露三糖的结构和相互作用的特点进行了十分精彩的描述，对糖分子和蛋白质糖结合域之间形成的氢键网络进行了描述，并且对氢键的形成提出了较为系统的判定方法 ^{[3] [4]}。A. B. Boraston 小组对糖结合域的结构进行了合理的分类，并且对不同的糖结合域结构对糖的识别能力的差异进行了研究^[5][6]。R. A. Bryce 的小组应用分子动力学（Molecular Dynamics）方法对于伴刀豆球蛋白和聚乙酰葡萄糖胺的相互作用进行了分析^[7]。John P. Simons小组和Robert J. Woods小组分别对糖分子在水溶剂中的构型进行了计算模拟与实验相结合的分析^[8][9]。作为广为应用的描述糖#8212;蛋白质相互作用的分子立场GLYCAM的创始人，Robert J. Woods和他的学生也对现今应用于实际模拟中的糖#8212;蛋白质相互作用力场进行了性能上的分析和比较^[10]。更多的工作对糖链的结构，糖分子和蛋白质形成的氢键，糖#8212;芳香环相互作用等相对孤立的问题进行了研究。随着计算模拟技术的不断成熟，计算机演算能力的不断提高和计算与实验技术日趋紧密的结合，分子模拟方法在糖#8212;蛋白质相互作用的研究中发挥着越来越重要，越来越广泛的作用。