Биосинтез гликозиламинов

06 Августа в 18:23 2196 0


Помимо отмеченных процессов синтеза коллагена, в фибриллогенезе существенное значение имеет сложный комплекс взаимодействий коллагена с гликозаминогликанами (ГАГ), прогпеогликанами и гликопротеинами, регулирующими окончательную стабилизацию фибрилл и формирующими волокна коллагена. Считается, что эти соединения регулируют фибриллогенез внеклеточного компонента соединительной ткани, благодаря полианионным свойствам обеспечивая трофические свойства образуемых тканей. Этими свойствами объясняют транспорт воды, солей, аминокислот и липидов внутрь и из клеток. Особое значение при этом придают пространственному строению протеин-полисахаридных комплексов (ППК), которые образуют своеобразное молекулярное сито, регулирующее диффузию воды и низкомолекулярных веществ (Гладких, Сернов, 2002).

Состав полисахаридных цепей ГАГ сходен. Они содержат повторяющиеся неразветвленные дисахаридные остатки, причем один из мономеров всегда является аминосахаром (N-ацетилглюкозамин или N-ацетилгалактозамин, часто — сульфатированные), а второй — глюкуроновой или идуроновой кислотой (рис. 1).

Мономеры полиоз протеогликанов

Рис. 1. Мономеры полиоз протеогликанов

Наличие сульфатных и карбоксильных групп придает цепи ГАГ отрицательный заряд. Это обусловливает прочность связи ГАГ с катионами, а также способность даже в небольшой концентрации образовывать объемные гели. Благодаря высокой способности к гидратации гиалуроновая кислота и другие ГАГ при образовании гелей связывают объем воды, 10000-кратно превышающий их собственный вес.

От состава и структуры Г1ПК, а также способа их взаимосвязи с волокнами коллагена зависят механические свойства соединительной ткани, ее прочность, упругость, занимаемый ею объем. По типу углеводных остатков гликозаминогликаны разделяют па группы: (1) Гиалуроновая кислота. Единственный несульфатированный ГАГ, не связанный ковалентно с белком. В стекловидном теле глаза стабилизацию геля обеспечивает всего 1% гиалуроновой кислоты.

(2) Сульфатированные ГАГ, связанные с коллагеном ковалентно;

(2а) Хондроитин- и дерматансульфаты;

(26) Гепарансульфат и гепариy;

(2в) Кератинсульфат.

ГАГ 2а, 2б и 2в связаны с белком в виде протеогликанов (табл. 1).

Таблица 1. Гликозамииогликаны (ГАГ)

Гликозаминогликан

Повторяющиеся дисахариды

Распределение

Взаимодействие с коллагеном


Гексуроковая кислота

Гексозамин



Гиалуроновая кислота

D-глюкуроновая кислота

D-глюкозамин

Пупочный канатик, синовиальная жидкость, стекловидное тело, хрящ

Нет

Хондроитин-4-ульфат и Хондроитин-6-ульфат

D-глюкуроновая

кислота

D-галактозамин

Хрящ, кости, роговица, кожа, хорда, аорта

Сильные взаимодействия, в основном с типом II

Дерматансульфат

D-глюкуроновая или D-идуроновая кислота

D-галактозамин

Сухожилия, кожа, аорта

Слабые взаимодействия, в основном с типом I

Гепарансульфат

D-глюкуроновая или D-идуроновая кислота

D-галактозамин

Легкие, печень, базальные мембраны, аорта

Средний уровень взаимодействий, в основном с типами III и IV

Кератансульфат (роговица)

D-галактоза

D-галактозамин

Роговица

Нет

Кератансульфат (скелет)

D-галактоза

D-глюкозамин

Хрящ, студенистое ядро, фиброзное кольцо

Нет

Характерной особенностью нормального состояния этих полисахаридов является ацетилированное состояние обоих аминов обеих альдогексоз. Ацетилирование аминов осуществляет генетически детерминированная и постоянно синтезируемая N-ацетилтрансфераза (N-AT), от активности которой зависит общая картина патологических процессов в соединительной ткани. Ацетилированные молекулы легче вступают в дальнейшие реакции синтеза (как альдогексозы), или катаболизма (как другие субстраты).

N-AT переносит ацетильную группу с ацетил-КоА на первичные аминогруппы разных субстратов, в основном ариламинов. Этот фермент локализован в клетках системы мононуклеарных фагоцитов. Реакция, осуществляемая ферментом, заключается в ацетилировании первичной и вторичной аминогрупп у эндо- и экзогенных циклических соединений, например, у молекул апрессина и тубазида (рис. 2). По скорости ацетилирования сульфаниламидов среди людей по определенной методике выделяют быстрых и медленных ацетиляторов.

Реакция ацетилирования

Рис. 2. Реакция ацетилирования

Все ГАГ, кроме гиалуроновой кислоты, ковалентно связаны с белковой сердцевиной в форме протеогликанов. Они выполняют функцию наполнителя, основного вещества межклеточного матрикса, связывающего катионы и основную часть воды. Молекулы протеогликанов очень крупные, размером более 2х106 Да. Их состав — около 5% белка и 95% полисахаридов. По форме они напоминают очень пушистую нить или ершик для мытья колб и бутылок.

Сердцевинный белок (коллаген) секретируется из рибосом и проходит с помощью сигнальных пептидов в эндоилазматический ретикулум (ЭР). После поступления белка в аппарат Гольджи он присоединяет цепи гликозаминогликанов. Первыми в этом процессе к остатку серина присоединяются 4 сердцевинных сахара ксилоза-(галактоза)2-глюкуроиовая кислота. Поскольку серии связывается через атом кислорода, их еще называют О-связанными. К тетрасахаридному ядру с помощью специфических гликозилтрансфераз присоединяются углеводные мономеры. Так как возможно множество сочетаний повторяющихся дисахаридных единиц и различных сердцевинных белков, размер и состав протеогликанов оказываются чрезвычайно разнообразными. Поэтому они выполняют различные функции.

В частности, в виде гелей протеогликаны могут регулировать прохождение небольших молекул через внеклеточный матрикс. Они могут участвовать в межклеточной сигнализации, связываясь с факторами роста (например, фибробластов) и регулируя их активность. Они могут связывать другие секретируемые белки (протеазы и ингибиторы) и регулировать их активность, например, при воспалительных реакциях, репарации раневой поверхности, метастазировании опухолей.

Протеогликаны находятся не только во внеклеточном матриксе, но и в плазматической мембране, где выполняют функции рецепторов. Например, синдеканы имеют трансмембранный домен и функционируют как рецепторы коллагена и адгезивного белка фибронектина. Цитоплазматические концы этих протеогликанов могут связывать внеклеточный матрикс с корковым актиновым цитоскелетом, взаимодействуя с кадгеринами и интегринами.

Белки, находящиеся на наружной поверхности мембран, являются гликопротеинами. Они часто оканчиваются остатками сиаловой кислоты, что придает всей наружной поверхности клетки отрицательный заряд. Углеводные остатки этих белков осуществляют межклеточные контакты и, являясь поверхностными антигенами, обеспечивают высокую иммуногенностъ поверхности мембран. Поверхностные антигены у каждого человека специфичны и отличаются от таковых любого другого человека.

Свойство клеток и тканей не отторгаться другим организмом называется гистосовместимостью. Оно осуществляется антигенами главного комплекса гистосовместимости (HLA - антигены: HLA - human leucocyte antigens - антигены тканевой совместимости, синоним: МНС - major histocompatibility complex - главный комплекс гистосовместимости). HLA-антигены позволяют распознавать собственные и чужие клетки (бактерии, вирусы, раковые клетки и т.д.) и запускать иммунный ответ, то есть выработку специфических антител и уничтожение чужеродных агентов. Кроме HLA-антигенов, присутствующих на поверхности всех клеток организма, имеются антигенные белки второго класса, которые имеются на клетках иммунной системы, макрофагах и клетках эпителия. Простейшие показатели гистосовместимости - неиндивидуальные 4 группы крови, резус-фактор и рецепторы на мембранах эритроцитов. Определение этих показателей является обязательным перед переливанием крови, пересадкой органов и искусственным оплодотворением ЭКО.

Влияние ионов металлов, в частности, токсикантов 1 группы (Pb, Hg, Cd) приводит к упрощению структуры внешних поверхностей мембран. Подвергнутые воздействию металлов мембраны под микроскопом выглядят как бы сглаженными, «подстриженными». Их функционирование извращается.

В здоровых организмах, как у быстрых, так и у медленных ацетиляторов, процессы биосинтеза и катаболизма всех внеклеточных компонентов соединительной ткани находятся в динамическом равновесии. При заболеваниях, вызванных внешними (микроорганизмы, грибки, вирусы, ранения, лекарственные препараты, загрязнение среды, однообразное питание) или внутренними (генные и иммунные нарушения) факторами, оно может нарушиться. Ошибки обменных процессов соединительной ткани проявляются, прежде всего, изменениями синтеза коллагена и эластина, вызывающими нарушения проницаемости и активности оболочек клеток с последующей разбалансировкой МЛГ и связанных с ним обменных процессов.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74697 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19437 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17301 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы