碳水化合物环的畸变是由生物学还是晶体学决定的？实验条件对结构数据的影响

碳水化合物是参与广泛生物学过程的重要分子。由于其高度多样且具有柔性的特性，碳水化合物在蛋白质数据库（PDB）中的结构表征一直受到限制；然而，X射线晶体学和冷冻电子显微镜技术的发展正在加速其结构解析，从而有助于进一步分析其结构性质，例如其非椅式构象在生物学过程中的作用。在此背景下，本研究通过对单糖和聚糖链进行分类、定量与表征，并结合Cremer–Pople环褶皱坐标评估吡喃糖构象，对PDB中的碳水化合物结构进行了全面且最新的综述。研究结果表明，尽管包含更复杂寡糖的冷冻电子显微镜结构数量大幅增加，碳水化合物数据仍主要集中于较短的聚糖链中；在分辨率最高的结构中，约有4%的构象为非椅式构象。对吡喃糖环在有或无9种不同结合蛋白（包括酶和非酶蛋白）存在条件下的自由能景观分析进一步证实，椅式构象具有更高的稳定性，而结合诱导构象变化的情况较为罕见。

碳水化合物是参与广泛生物过程的 essential 分子。由于其结构具有高度多样性和柔性，碳水化合物在蛋白质数据库（Protein Data Bank，PDB）中的结构表征一直受到限制。然而，随着X射线晶体学和冷冻电子显微镜（CryoEM）技术的发展，碳水化合物实验结构的获取速度不断加快，进而推动了对其结构性质的深入分析，例如其非椅式构象在生物过程中的作用。在此背景下，本研究通过对单糖和聚糖链进行分类、定量与表征，并结合Cremer–Pople环折叠坐标评估吡喃糖构象，全面且及时地概述了PDB中的碳水化合物结构。研究结果表明，尽管包含更复杂寡糖的冷冻电镜结构数量大幅增加，碳水化合物结构数据仍主要集中于较小的聚糖链；在分辨率最高的结构中，约有4%呈现非椅式构象。对九种不同结合蛋白（包括酶和非酶蛋白）存在与不存在条件下吡喃糖环自由能景观的分析进一步证实，椅式构象具有更高的稳定性，而结合诱导构象变化的情况较为罕见。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.30.755651v1?rss=1

🏷️ 碳水化合物结构 吡喃糖环构象 Cremer–Pople环褶皱坐标 X射线晶体学 冷冻电子显微镜 蛋白质-糖结合