22.3.2. Гетерополисахариды, протеогликаны, гликопротеины

Гетерополисахариды входят в состав соединительной ткани. Их основная функция - связывание и соединение клеток в тка­ни. Гетерополисахариды иногда называют мукополисахаридами (от лат. mukus - слизь). К ним прежде всего относятся гиалуроновая кислота и хондроитинсулъфаты.

Гиалуроновая кислота - важнейшая составная часть меж­клеточного вещества тканей животных. Особенно высоко ее со­держание в коже, стекловидном теле глаза, сухожилиях, где она ковалентно связана с белками. Гиалуроновая кислота содержит в своем составе две различные структурные единицы - остатки D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, соединенные с другом B-(1->3)-гликозидной связью. Эти дисахаридные зве­нья соединяются р-(1->4)-гликозидными связями в полимер:

Гиалуроновая кислота - линейный полимер, отличается отно­сительно низким значением молекулярной массы (0,27 - 0,5) • 10⁶. Эта кислота достаточно сильна, поэтому в биологических средах (рН = 7) она существует в форме полианиона. Гиалуроновая кисло­та проявляет большую склонность к гидратации и образованию ячеистых ассоциатов из мицелл. Растворы гиалуроновой кислоты обладают высокой вязкостью и липучестью, с чем связывают ее барьерную функцию, обеспечивающую непроницаемость соединительной ткани для патогенных микроорганизмов. В то же время этот полисахарид служит своеобразной межклеточной "смазкой" и одновременно лабильным цементирующим материалом. Гиалу­роновой кислоте в тканях животных присущи не только струк­турные функции. Пронизывая ткани в качестве межклеточного вещества, этот полисахарид регулирует распределение в клетках жизненно необходимых веществ. Гиалуроновая кислота легко образует смешанный углевод - белковый полимер.

Х ондроитинсульфаты состоят из остатков D-глюкуроновой ки­слоты и D-галактозамина, этерифицированного серной кислотой по ОН-группе у С-4 (хондроитин-4-сульфат) или у С-6 (хондроитин-6-сульфат), соединенных B-(1->3)-гликозидной связью в дисахарид-ное звено. Эти звенья соединяются B-(1->4)-гликозидными связями в полимер, содержащий примерно 40 дисахаридных звеньев:

Хондроитинсульфаты, в отличие от гиалуроновой кислоты, -сильные кислоты, и в биологических средах их сульфатные и кар­боксильные группы практически полностью ионизованы. Хонд­роитинсульфаты способны образовывать смешанный биополимер с белками. Они входят в состав кожи, хрящей, кровеносных со­судов, трахеи, костной ткани. Название «хондроитин» происхо­дит от греч. chondros - хрящ. Хондроитинсульфаты способству­ют заживлению трудно заживающих ран и пролежней.

Строение остальных гетерополисахаридов (гепарин, гепари-тинсульфат, кератансульфат и др.) отличается от рассмотренных составом моносахаридных остатков.

Протеогликаны представляют собой смешанные биополиме­ры, состоящие из полисахарида и белка, в которых преобладает полисахаридный компонент (до 95 %). Полисахарид и белок соединены между собой ковалентными и межмолекулярными свя­зями, поэтому их часто называют комплексами или агрегатами. Ковалентными являются О- или N-гликозидные связи, которые со стороны белка образуются аминокислотными остатками серина, лизина, аспарагина. К образованию протеогликанов особенно склонны гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты и некото­рые олигосахариды. Протеогликаны составляют структурообра­зующую основу межклеточной жидкости, превращая ее в связно-дисперсную систему - гель - с различной подвижностью и спо­собностью поддерживать форму органов в целом. Эта способность подобных биополимеров особенно наглядно проявляется в хря­щевой ткани, где они имеют структуру «ершика для мытья бу­тылок» (рис. 22.1).

В этом протеогликане общее число пептидных цепей, с кото­рыми ковалентно связаны хондроитинсульфаты и олигосахари­ды, составляет около 140. Эти пептидные цепи не ковалентно, а с помощью межмолекулярных взаимодействий через связывающие

Рис. 22.1. Надмолекулярная структура протеогликана хрящевой ткани

белки присоединены к макромолекуле гиалуроновой кислоты. Относительная молекулярная масса такого агрегата достигает 10⁸, а длина - 10^-6 м. В целом подобный агрегат представляет собой разветвленный макроанион, способный удерживать боль­шую массу воды и катионы биометаллов (Na⁺, К⁺, Са²⁺). За счет этого протеогликаны активно участвуют в водно-солевом обмене. К протеогликанам также относится муреин - строительный материал клеточных стенок бактерий - и многие другие структурообразующие биосистемы.

Гликопротеины — соединения, молекулы которых состоят из белка и олигосахаридов, содержащих от 3 до 25 моносахаридных остатков, с преобладанием белкового компонента (до 90 %). Углеводная и полипептидная части в них связываются между собой 0-гликозидными связями с участием со стороны белка гидроксильных групп остатков серина и треонина или N-гликозидными связями, образуемыми амидной группой аспарагина. К гликопротеинам относятся белки клеточных мембран, защитные белки (иммуноглобулины), гормоны, ферменты, бел­ки плазмы, определяющие группу крови. Установлено, что олигосахаридный компонент во многих гликопротеинах выполняет роль маркера, с помощью которого биосубстраты «узнают» нуж­ные участки различных биополимеров, поверхностей клеток и других структур. Такие взаимодействия лежат в основе взаимо­действий антиген — антитело в иммунной системе, в связи с чем углеводные маркеры часто называют антигенными детерми­нантами.

Так, групповая специфичность крови определяется составом антигенных детерминантов (X и Y) гликопротеинов, сосредото­ченных на внешней поверхности мембраны эритроцитов:

Приведенный пример свидетельствует о важной информа­ционной роли углеводов в обеспечении иммунитета организма. Наружная сторона мембраны клеток животного происхождения содержит гликопротеины, образующие специфический слой -гликокаликс. Основные функции этого слоя - обеспечение тес­ного контакта клеток в тканях и защита их от неблагоприят­ных факторов среды.