Структура и функции протеогликанов

Основную межклеточное вещество соединительной ткани образуют протеогликаны, состоящие из небольшой белковой части, в которой ковалентными связями присоединены полисахаридные цепи (несколько десятков, а иногда более 100). Молекулярная масса протеогликанов может достигать десятков миллионов. В отличие от гликопротеинов, в протеогликанов основная часть массы приходится на углеводную часть (до 93-97%).

Гликозаминогликаны (или кислые мукополисахариды) – это полисахариды, которые построены из большого числа одинаковых дисахаридного единиц. Поскольку в состав дисахаридного единиц входят два разных мономеры, гликозаминогликаны относятся к гетерополисахаридов. Конечно дисахаридного единица состоит из аминосахара (N-ацетилглюкозамина или N-ацетилгалактозамину) и уроновой кислоты (глюкуроновой или идуроновои). В аминоцукрив в 4-или 6-м положении часто присоединен остаток сульфата.
Известны 7 типов гликозаминогликанов, которые отличаются по мономерами, типу гликозидных связей, а также по количеству и местом присоединения сульфатных групп.

В состав кератансульфатов вместо уроновой кислоты входит галактоза. Из всех типов только гиалуроновая кислота не содержит остатков сульфатов. В гепарине часть глюкозаминних остатков содержит N-сульфатные группы, а не N-ацетильных. Гепарансульфат имеет меньше, чем гепарин, N- и О-сульфатных групп. Кроме того, в гепарансульфат преобладает глюкуроновая кислота, а в гепарине – идуронова.
Количество дисахаридного единиц и, соответственно, молекулярная масса различных гликозаминогликанов разная. Наибольшие молекулы гиалуроновой кислоты (молекулярная масса 105-107). Благодаря наличию отрицательно заряженных при физиологических значениях рН карбоксильных групп и сульфогруппы все гликозаминогликаны полианионом, что имеет важное значение для их функций. В частности, они связывают и удерживают катионы натрия. Гликозаминогликаны хорошо растворимые в воде с образованием вязких растворов. Размер вязкости зависит от формы и размеров молекул. Наибольшая вязкость характерна для растворов гиалуроновой кислоты, длинные цепи которой заключаются неупорядоченным образом и занимают большое пространство, заполненное в основном молекулами воды. Высокое содержание гиалуроновой кислоты найдено в стекловидном теле глаза, слизистой ткани пупочного канатика зародыша, синовиальной жидкости. Желеобразная структура раствора гиалуроновой кислоты обеспечивает функцию синовиальной жидкости в суставах в качестве смазки, уменьшающей трение суставных поверхностей. Вязкость синовиальной жидкости у пациентов с ревматизмом или артритом низкая, что связано с деполимеризацию гиалуроновой кислоты.

Гепарин отличается от других гликозаминогликанов по локализации в тканях и функциями.
Синтезируется он тканевыми базофилами (иначе тучными клетками) и находится в гранулах. Эти клетки часто локализуются по ходу кровеносных сосудов микроциркуляторного русла. При дегрануляции тканевые базофилы выбрасывают гепарин в межклеточное пространство. Гепарин участвует в регулировании свертывания крови. Он повышает увольнения в плазму фермента липопротеинлипазы, связанной с стенками капилляров, и, таким образом, способствует гидролизу триглицеридов хиломикронов и ЛПОНП. Антикоагуляционный эффект гепарина заключается в усилении действия ингибитора факторов коагуляции антитромбина ИИИ. Гепарин используется в клинической практике как антикоагулянт.

Основную межклеточное вещество составляют протеогликаны агрегаты с гиалуроновой кислоты, низкомолекулярных белков и большого количества мономерных субъединиц протеогликанов. На долю последних приходится до 99% массы агрегатов. Мономеры протеогликанов построены из белка (так называемого “корового”) и ковалентно связанных с ним полисахаридных цепей сульфатированных гликозаминогликанов. Молекулы хондроитинсульфат присоединены О-гликозидной связью между ксилозой и серином полипептидной цепи. Ксилоза не входит в дисахаридного единиц, а выполняет функцию дополнительного компонента, который связывает полисахарид с белком. Другие гликозаминогликаны могут присоединяться гликозидными связями между N-ацетилглюкозамина или N-ацетилгалактозамином и серином или аспарагин полипептида. В типичном протеогликанов хрящевой ткани к белку присоединены около 150 молекул хондроитинсульфат и кератансульфатов.

Протеогликаны различных тканей (кожи, хрящей, сухожилий, связок, костей, стенок сосудов, внутренних органов) различаются молекулярной массой, размерами, набором гликозаминогликанов, относительным содержанием белка.
Протеогликанов мономеры с помощью низкомолекулярных белков нековалентно присоединяются к гиалуроновой кислоты, образуя протеогликаны агрегаты. Их структура напоминает веточку ели (или щетку для бутылок). Перпендикулярно к нити гиалуроновой кислоты и вдоль всей нити равномерно размещены протеогликанов мономеры. Длина молекулы гиалуроновой кислоты может быть разной (от 450 до 4200 нм) и к ней может присоединиться более 100 протеогликановых мономеров. Все составляющие протеогликановых агрегатов удерживаются вместе связями различных типов: ионными, водородными, дисульфидными.

Полисахаридные цепи гликозаминогликанов в протеогликановых агрегатах результате гидратации и отталкивание одноименно заряженных групп вытянуты и размещены не вплотную друг к другу. При внешнем давлении молекулы воды частично выдавливаются из промежутков и полисахаридные цепи сближаются. По мере сближения сопротивление давления возрастает, а при снятии давления восстанавливаются форма и объем гидратированных агрегатов. Таким образом, если коллагеновые волокна придают прочности хрящам и другим разновидностям соединительной ткани, то основная межклеточное вещество (желеобразная структура с протеогликанов) обеспечивает тургор, упруго-эластичные свойства. Кроме того, протеогликаны ограничивают диффузию, перемещения через соединительную ткань молекул, которые имеют размеры альбумина или иммуноглобулинов. Гидролиз гиалуроновой кислоты под действием гиалуронидазы увеличивает проницаемость межклеточного вещества. Многие патогенных микроорганизмов выделяют гиалуронидазу, что помогает им двигаться в тканях.

С возрастом в хрящевой ткани снижается количество протеогликанов, растет содержание коллагеновых волокон, которые могут задерживать соли кальция и звапнюватися. Все эти изменения вызывают уменьшение степени гидратации протеогликанов и потерю упругости хрящевой ткани.

Author: Олександр
Фанат своєї справи і просто крутий чувак.