2.2.3. Протеогликаны

Образуют основную субстанцию клеточного матрикса соединительной ткани. На долю протеогликанов приходится до 30 % сухой массы соедини­тельной ткани.

По характеру простетической группы их можно разделить на:

1) содержащие серную кислоту

1. хондроитинсульфаты;

2. кератансульфаты;

3. дерматансульфаты;

4. гепарансульфаты;

5. гепарин.

2) не содержащие серную кислоту

1. хитин;

2. гиалуроновая кислота;

3. специфические МПС.

Структура и биологическая роль отдельных представителей

Хондроитинсульфаты. По положению сульфо-группы различают: хондроитин-4-сульфаты и хондроитин-6-сульфаты.

Несмотря на незначительное различие в структуре, они отличаются физико-химическими свойствами и локализацией в разных видах соединительной ткани.

β-D-глюкуроновая кислота

N-ацетил-β-галактозамин-

-4-сульфат

Содержится в хрящах, костной ткани, роговице глаза.

Хондроитин-6-сульфат содержится в связках, сухожилиях, пупочном канатике, сердечных клапанах. Хондроитинсульфаты в коже, костях, сухожилиях и связках определяют их прочность, в хрящах суставных поверхностей – рессорные свойства. Кроме того, хондроитин-4-сульфат способствует отложению кальция на коллагеновую матрицу костной ткани.

Биологическую роль рассмотреть на примере протеогликановго комплекса: «ершика» и «ершика из ершиков».

Кератансульфаты

β-D-галактозид

N-ацетил-β-галактозамин-

-4-сульфат

Находятся в хрящах, костной ткани, роговице глаза.

Кератансульфаты вместе с хондроитинсульфатами составляют основное вещество роговицы. Набухая в воде, они обеспечивают прозрачность роговицы.

Наивысшая концентрация кератансульфатов свойственна хрящу межпозвоночных дисков и костям.

Биологическую роль рассмотреть на примере протеогликановго комплекса: «ершика» и «ершика из ершиков».

Дерматансульфаты. Впервые обнаружены в коже (дерме). Они резистентны к действию гиалуронидазы бактерий и вирусов, и тем самым препятствуют их проникно­вению в организм.

В аорте дерматансульфаты обладают антикоагулирующим свойством (препятствуют образованию тромбов).

β-L-идуроновая кислота

N-ацетил- β-галактозамин-

-4-сульфат

Строение протеогликана из хряща – «ершик» (рис. 8):

Белок 5-10%

Хондроитинсульфаты (~100 цепей)

Кератансульфаты (~60 цепей)

Олигосахариды

Р ис.8. Схема строения протеогликана из хряща – «ершик».

Компонент структуры соединительной ткани.

Гепарин и гепаратансульфаты. Блики по строению. Не являются компонентами межклеточного вещества. Присутствуют на клеточных мембра­нах. Гепарин в изобилии имеется в артериальных стенках, легких, печени, мастоцитах. Гепарин и гепаратансульфаты вырабатываются тучными клетками соединительной ткани кровеносных сосудов. В крови нековалентно связываются специфическими белками.

Комплекс гепарина с гликопротеином плазмы проявляет противосвер­тывающую активность, а комплекс гепарина с ферментом липопротеинлипазой расщепляет липиды в составе хиломикронов.

N-сульфатированный-α- β-L-идуроновая кислота-

-глюкозамин—глюкозамин- -2-сульфат

-6-сульфат

Гиалуроновая кислота. Впервые была обнаружена в стекловидном теле глаза. Имеет самую боль­шую молекулярную массу – 10⁵–10⁷. На долю белка приходится 1–2 % от общей массы.

Гиалуроновая кислота присутствует во многих органах и тканях. Много ее содержится в коже, пуповине, хрящах и синовиальной жидкости суставов.

β-D-глюкуроновая N-ацетил- β-

кислота -D-глюкозамин

Она служит биологическим цементом, заполняя пространства между клетками.

Гелевая сетка гиалуроновой кислоты является биологическим фильтром. Она задерживает микробы и другие молекулы, попадающие в организм.

Межклеточная проницаемость регулируется с помощью фермента гиалуронидазы, который может расщеплять β-гликозидную связь. Это приводит к деполимеризации гиалуроновой кислоты.

Фермент вырабатывается в клетках, и под воздействием регуляторных систем попадает в межклеточное пространство. Гиалуронидаза сперматозоидов способствует оплодотворению яйцеклетки.

Ферменты типа гиалуронидазы бактерий и вирусов помогают им проникать из крови в клетки. Например, возбудители газовой гангрены, гнойной инфекции. Этим определяется патогенность многих микроорганизмов. Благодаря активной гиалуронидазе они способны к пенетрации через аморфное вещество соединительной ткани. Следовательно, целостность гликозаминогликанов можно рассматривать, как одно из условий неспецифического иммунитета.

β -гиалуронидазу называют фактором проницаемости.

В межклеточном веществе (матриксе) гликозамингликаны находятся в составе комплексов, содержащих гиалуроновую кислоту, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и белок (коллаген и эластин). Строение напоминает «ершик из ершиков». Одна молекула гиалуроновой кислоты может присоединить до 150 молекул сульфатированных протеогликанов (ершиков) (рис. 9).

Белок

Центр связывания протеогликана с гиалуроновой кислотой (связывающие белки)

Гиалуроновая кислота

Рис. 9. Схема строения гликозаминогликана

Таким образом, межклеточный матрикс (соединительная ткань) построен в основном из соединений четырех классов – коллагена, протеогликанов, неколлагеновых структурных гликопротеинов и эластина.

Молекулы протеогликанов в растворе «распушены» вследствие отталкивания одноименно заряженных сульфатированных цепей гликозамингликанов, а также вследствие их гидратации.

Следовательно, отдельные молекулы расположены не вплотную друг к другу, а занимают большой объем.

При механическом давлении на ткани, объем, занимаемый молекулами протеогликанов, уменьшается, вода из промежутков выдавливается, и молекулы сближаются. Если снять давление, молекулы быстро принимают «распушенную» форму. Поскольку цепи одноименно заряжены, то, следовательно, они могут выполнять роль рессор, например, в суставах.

Гликозаминогликаны как поливалентные анионы, способны связывать большие количества ионов Na. Это определяет их участие в водно-солевом обмене.

Гиалуроновая кислота встречается и в свободном виде. Например, в стекловидном теле глаза, в суставной жидкости, в пупочном канатике.

В суставной жидкости гиалуроновая кислота играет роль смазки.

Специфические мукополисахариды входят в состав капсул различных патогенных микроорганизмов, принимают участие в формировании группы крови.

Мукополисахаридозы

Катаболизм гликозаминогликанов (МПС) происходит при участии набора специфических гликозидаз в лизосомах. Мукополисахаридозы – это наследственные заболевания, вызванные дефектом каких-либо из ферментов, гидролизующих гликозамингликаны.

Это тяжелые заболевания, проявляющиеся в резком нарушении развития ребенка и уменьшении продолжительности жизни.

Таблица 6.

Название	Продукты накопления	Дефект фермента
Болезнь Гурлер	Дерматансульфат Гепарансульфат	α-L-идуронидаза
Болезнь Моркио	Кератансульфат Хондроитин-6-сульфат	Хондроитин-N-ацетил-галактоз- амин-6-сульфат-сульфатаза
Болезнь Слая	Хондроитинсульфаты	β-глюкуронидаза