Биохимия Р.Марри

значительно обогатили наши знания о том, каким

образом вновь синтезированные белки достигают специфических органелл, в данном случае лизосом.

АНТИГЕНЫ ГРУПП КРОВИ

Антигены группы крови- это олигосахариды, представляющие особый интерес для медицины. Их

структуру и синтез следует рассмотреть подробно.

В 1900 г. Ландштейнер описал группы крови АВО. На

сегодняшний день известно более 20 систем групп крови, экспрессирующих более 160 различных анти­

генов. В наибольшей степени изучены группы крови АВН(О) и система Льюиса (Le). Эти антигены связа­

ны в эритроцитах со специфическими мембранными

белками О-гликозидными связями; самым прокси­

мальным сахарным остатком является при этом

GalNAc. Специфические олигосахариды, образую­ щие данные антигены, присутствуют в 3-х формах: 1) в виде гликосфинголипидов и гликопротеинов на по­

верхности эритроцитов и других клеток; 2) в виде

олигосахаридов в молоке и моче и 3) в виде олигоса­

харидов, связанных с муцинами, секретируемыми

вжелудочно-кишечном, мочеполовом и дыхатель­

ном трактах.

Существуют 4 независимые системы генов,

связанные с экспрессией этих олигосахаридных анти­

генов (табл. 54.7); здесь будут рассмотрены только

3 из них.

Н-ЛОКУС

Н-локус кодирует в гематопоэтических тканях фукозилтрансферазу, присоединяющую остаток фу­

козы через а-l, 2-связь к остапсу Gal, который в свою

очередь присоединяется к олигосахариду при помо­

щи Р 1,4-или Р 1,3-связи. Фукозилтрансфераза ката­

лизирует реакцию

GDP-p-Fuc + Gal-p-R -+ Fuc-al,2-Gal-p-R + GDP.

Таблица 54.7. Четыре независимые системы генов, обу­ словливающие экспрессию антигенов групп крови АВН(О) и Льюиса (Le)

-служит предшественником как А-, так и В-олиго­

сахаридных антигенов эритроцитов. Аллель h Н­

локуса кодирует неактивную фукозилтрансферазу;

следовательно, у лиц с генотипом hh этот необходи­

мый предшественник не образуется и они имеют груп­

пу крови О, хотя гены i:1КТИВНЫХ А- или В-гликозил­ трансфераз у таких индивидов могут присутство­

вать.

сЕкрЕторныlй ЛОКУС

Секреторный локус (Se) кодирует специфическую Fuс-трансферазу в секреторных органах, таких, как

экзокринные железы, но не в эритроцитах. В соответ­

ствии с этим, например, у лиц с генотипом SeSe или

Sese в слюнных экзокринных железах будет синтези­

роваться предшественник А- и В-антшенов и при на­ личии специфических А- или В-трансфераз у них бу­

дут секретироваться антигены А или В (или те и дру­

гие) (табл. 54.8). У лиц с генотипом sese секреция А­ или В-антигенов не будет иметь места, но при нали­ чии Н-аллеля и аллелей А или В их эритроциты смо­

гут экспрессировать А, В или оба антиrена.

ЛОКУС АВО

Локус АВО кодирует 2 специфические трансфе­

разы, функция которых состоит впереносе опреде­

леЮIЫХ компонентов GalK олитосахаридному предше­ ственнику Fuc-a1,2-Gal-p - R, образующемуся при действии фукозилтрансферазы, кодируемой аллеля­ ми Н или Se. А-специфическая трансфераза осу­

GalNAc-аl,3-(Fuс-аl,2)Gаl-р-R + UDP.

В-специфическая трансфераза катализирует реакцию

UDP-a-Gal + Fuc-al,2-Gal-p-R--

Gal-al,3-(Fuc-al,2) Gal-p-R + UDP.

Таблица 54.8. Экспрессия антигенов А,В

Генотипы Фенотипы

В соответствии с этим у лиц, имеющих в генотипе

А-аллель, компонент GalNAc будет присоединяться к предшественнику, генерируемому Fuс-трансферазой, а у индивидов, несущих В-аллель, на тот же самый предшественник будет переноситься компонент Gal. Лица, в генотипе которых присут­ ствуют оба аллеля, способны синтезировать оба

олигосахарида: один с GalNAc, а другой-с Gal-

остатками на невосстанавливающем конце. У лиц,

лишенных и А-. и В-аллелей (гомозиготы 00), не бу­

дет происходить присоединения к предшественнику

Пути образования полисахаридных цепей полно­

стью идентичны путям, по которым происходит

рост олигосахаридных цепей гликопротеинов. UDP- Хуl-трансфераза присоединяет Хуl нуклеотидного сахара к Ser с возникновением Хуl-

Sеr-О-гликозидной связи. Образование 0-

гликозидной связи между GalNAc и Ser (или Thr), ве­ роятно, осуществляется аналогичной UDPGalNAc- трансферазой. N-гликозидная связь между GlcNAc и амидным азотом Asn почти наверняка образуется

при участии липид-связанного полисахарида, доли­

ни GaINAc, ни Gal. Анти-А-антисыворотка, впервые

описанная Ландштейнером, распознает специфиче­

ский олигосахарид, содержащий GalNAc на невос­ станавливающем конце. Анти-В-антисыворотка ра­ спознает близкородственный олигосахарид, содер­ жащий на невосстанавливающем конце остаток Gal. При отсутствии на невосстанавливающем конце олш-осахарида обоих остатков (и GalNAc. и Gal) он не будет идентифицирован ни одной из указанных

антисывороток, и антиген группы крови классифи­

цируют как тип о. Очевидно, что для лиц с геноти­ пом hh, исключающим присоединение остатка Fuc к соответствующему Gаl-Р-R-олигосахариду, ха­

рактерна неспособность к экспрессии А- или В­ антигенных детерминант, и они также обладают

группой крови о.

ПРОТЕОГЛИКАНЫ И ГЛИКОЗАМИНОГЛИКАНЫ

Протеогликаны и гликопротеины-это молеку­ лы, состоящие из белков с ковалентно присоединен­

ными к ним олигосахаридными или полисахаридны­

ми цепями. Различие между протеогликанами и гли­

копротеинами состоит в химической природе при­

соединенных к белку полисахаридов. В протеоглика­

нах каждый полисахарид состоит из повторяющихся

дисахаридных единиц, в которых всегда присут­

ствуют Д-глюкозамин или Д-галактозамин. Каждый

дисахаридный компонент протеогликановых поли­

сахаридов (за исключением кератансульфата) содер­

жит уроновую кислоту- L-rлюкуроновую кислоту

(GkUA) или ее 5-эпимер. L-идуроновую кислоту

(IdUA). За исключением гиалуроновой кислоты, все по­

лисахариды протеогликанов содержат сульфатные

группы в виде или О-эфиров. или N-сульфата (в гепа­

рине или гепаринсульфате).

Существуют 3 типа связей протеогликановых по­

лисахаридов с их полипептидной цепью:

1) О-гликозидная связь между Xyl и Ser, характерная только для протеогликанов; 2) О-гликозидная связь между GalNAc и Ser(Thr), присутствующая в кера­ тансульфате 11; 3) N-гликозиламиновая связь между GlcNAc и амидным азотом Asn.

хол-Р- Р-полисахарида, который, как отмечалось

выше, ответствен за транспорт предобразованного олигоили полисахарида в процессе образования гликопротеинов. Однако детали этой реакции в ходе

синтеза протеогликанов пока не установлены.

Процесс элонгации цепи протекает при участии

нуклеотидсахаров, действующих в качестве доноров,

Реакции регулируются в первую очередь субстрат­ ной специфичностью отдельных гликозилтрансфе­ раз. Здесь вновь проявляется принцип «один фер­

мент - одна связь». Специфичность реакций зависит

от нуклеотидсахарного донора, акцепторного олиго­

сахарида и от аномерной конфигурации и положения

связи. Ферментативные системы, участвующие

в элонгации цепи, обладают способностью очень

точно воспроизводить сложные полисахариды.

Завершение роста полисахаридной цепи является

результатом следующих феноменов: 1) кэпирующе­ го эффекта сиалилирования специфическими сиалил­ трансферазами; 2) сульфирования, в особенности в 4-м положении сахаров; 3) удаления данного поли­ сахарида с того места на мембране. где протекает ка­

тализ.

После образования полисахаридной цепи проис­ ходят многочисленные химические модификации, такие, как включение сульфатных групп в GalNAc- компоненты хондроитинсульфата и деРМdтансуль­

фата и эпимеризация остатка GlcUA в остаток IdUA

в гепарине и гепарансульфате.

Важным аспектом метаболизма протеогликанов является их деградация. Наследственные дефекты де­

градации полисахаридных цепей протеогликанов ле­

жат в основе группы заболеваний, известных как му­ кополисахаридозы и муколипидозы. которые обсу­ ждаются ниже и в гл. 14. Эти нарушения катаболиз­ ма способствовали изучению специфических фермен­ тов деградации и их субстратов. Существует ряд

экзогликозидаз, осуществляющих ступенчатое отще­

пление сульфатных компонентов игликозильных

групп. Кроме того, имеются эндогликозидазы, кото­ рые присутствуют в нормальных условиях и обла­ дают различной специфичностью. Например, широ­ ко распространенный фермент гиалуронидаза расще­ пляет N-ацетилгексозаминовые связи в гиалуроно­ вой кислоте и хондроитинсульфатах.

Известно 7 типов полисахаридов (гликозамино-

и локализации сульфатных заместителей.

Все гликозаминогликаны являются полианиона­ ми благодаря присутствию в и.х структурах кислых

сульфатных гр)'пп или карбоксильных групп уроно­

вых кислот. С этой особенностью гликозаминогли­ KdHOB связаны многие их функциональные свойства.

Структуры 7 гликозаминогликанов, входящих

всостав ПРОlеогликановых молекул, представлены

на рис. 54.9.

Гиалуроновая кислота

ГиаЛуfюновая кислота представляет собой неразветв­

ленную цепь из повторяющихся дисахаридных ком-

ХОНДРОИТИНСУ.11ьфаты

Хондроитинсульфаты -это протеогликаны. яв­

ляющиеся важнейшим компонентом хряща. Поли­ сахарид связывается с белком О-гликозидной связью Xyl-Ser. Данные о структуре хондроитинсульфатов суммированы на рис. 54.9. Повторяющийся дисаха­

ридный компонент очень сходен с таковым в гиалу­

роновой кислоте. за тем исключением, что гексоза­

мин представлен GalNAc, а не GlcNAc. Однако и

в хондроитинсульфатах, и в гиалуроновой кислоте

уроновая кислота представлена GlcUA, а положения

связей и аномерные конфигурации у них одни и те

же. GalNAc ХОНДРОИТИllсульфатов содержит суль-

Рис. 54.10. Электронная микрофотография протеогликано-

80ГО агрегата средней величины; особенно хорошо видны

субъединицы протеогликана и волокнистая основа. (Repгo­

duccd, with permission. Rosenberg L.. W.• Kleinschmidt А. К. Electгon microscopic studies of pгoteogly­ сап aggregates {'гот bovine articular cartilage. J. Biol. Chem.,

1975, 250, 1877.)

фаТIIЫЙ заместитель в положении 4 или 6. Как пра­ вило, оба заместителя присутствуют в одной и той

же молекуле, 110 при разных моносахаридных остат­

Рис. 54.11. Схематическое изображение протеогликаново­

Хондроитинсульфаты содержат 6 типов межсаха­ ридных связей, и их синтез поэтому протеКdет с уча­ стием б различных гликозилтрансфераз - по одно­

му ферменту для каждого типа связей. Кроме того,

имеются 2 вида сульфатных эфиров с сульфатными

группами в 4- или б-м положениях. Процсссы эсте­

рификации осуществляются двумя сульфотрансфе­

разами. сульфат-содержащим субстратом которых служит 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (ФдФС).

КератаНСУ.ТJьфат 1 и кератансулъфат 11

ках. На дисахаридную единицу приходится в сред­

нем примерно один сульфатный заместитель. Каж­ дая полисахаридная цепь содержит около 40 повто­

ряющихся дисахаридных компонентов и имеет мо­

лекулярную массу, близкую к 20000. В результате связывания множества таких цепей с одной белковой

молекулой образуются высокомолекулярные про­ теогликаны. Молекулярная масса хондроитинсуль­

фата носового хряща составляет около 2,5 х 106. Хондроитинсульфаты прочно связываются с гиа­

луроновой кислотой при помощи двух связывающих

белков, образуя в соединительной ткани очень боль­ вше агрегаты. Эти агрегаты можно наблюдать в электронном микроскопе (рис. 54.1 О); на рис. 54.11 дано их схематическое изображение.

Связывающие белки обладают сильной гидро­ фобностью и взаимодействуют и с гиалуроновой ки­

Как показано на рис. 54.9, кератансульфаты со­

стоят из повторяющихся дисахаридных компонен­

тов Gal-GlсNАс и солержат сульфаты в 6-м положе­ нии остатков GlcNAc и иногда- Gal. Полисахарид

в кератансульфате 1 присоединен к полипептидной

цепи связью GlcNAc-АsD. Большие количества этого

кератаllсульфата присутствуют в роговице.

Кератансульфат II-протеогликан скелета, со­ держащийся в нем вместе с ХОllдриотинсульфатом.

связан с гиалуроновой кислотой рьvС'юй соеДШIИтель­ ной ткани. Его полисахаридные цепи присоеди­

няются к полипептидной цепи с помощью связи Gal-

NАс-Тhr(Ser).

Гепарин

Гепарин представляет собой классический про­

пей связаны с общим белковым ядром. Он обнару­

живается в гранулах тучных клеток и, таким обра­

зом, локализован внутриклеточно. Гепарин обладает и друтими структурными И функциональными осо­

бенностями, и некоторые из них имеют значение

для медицины. Характерные особенности структуры

гепарина представлены на рис. 54.12. Повторяю­

щийся дисахаридный компонент содержит ГJПOкоза­

мин (GlcN) и урововую кислоту. Большинство ами­

ногрупп остатков GlcN присутствует в N- сульфированной форме, но имеется и небольшое ко­ личество ацетилировавных аминогрупп. GlcN содер­

жит также С6-сульфатный эфир.

Около 90% уроновой кислоты-это IdUA и ЛШIIЬ 10% приходится на GlcUA. Первоначально остатки уроновой кислоты представлены в виде GlcUA, но

вдальнейшем, после образования полисахарида 5-

эпимераза превращает почти 90% остатков GlcUA

востатки IdUA, последние часто подвергаются суль­

фированию во 2-м положении.

Белковая молекула протеогликана гепарина уни­

кальна в том отношении, что она состоит только из

сериновых и глициновых остатков. Приблизительно

две трети сериновых остатков соединены с полисаха­

ридными цепями; их молекулярная масса составляет

обычно 5000-15000, но иногда достигает 100000.

Полисахаридные цепи гепариновых протеоглика­

нов после полимеризации претерпевают ряд моди­

фикаций:

1) первичный продукт не сульфируется, но полно­

стью N-ацетилируется с образованием полимера

(GlcUA-GlсNАс)п; 2) около 50% остатков GlcNAc

подвергаются N-деацетилированию; 3) свободные

аминогруппы GlcN сульфируются; затем происхо­

дит дальнейшее деацетилирование примерно поло­

вины остальных групп GlcNAc; 4) N-суль­

фированный полимер становится субстратом для 5-

эпимеразы. которая превращает около 90% остат­

ков GlcUA в IdUA; 5) вновь образованные остатки IdUA далее подвергаются О-сульфированию в поло­ жениях С-2; 6) модификация завершается 0- сульфированием компонентов GlcN в G-

6-положениях.

Гепарансулъфат

Гепарансульфат присутствует на клеточных по­ верхностях, представляя собой внеклеточный про­ теогликан. fIолипептидный остов гепарансульфат­

ного протеогликана содержит дополнительный ами­ нокислотный компонент, отличный от такового в ге­

парине. В процессе модификации его полисахарид­

ных цепей деацетилирование остатков GlcNAc про­

исходит слабее. и поэтому он содержит меньше N- сульфатов. Поскольку 5-эпимераза (как отмечалось выше при описании модификаций гепарина) исполь­ зует в качестве субстрата N-сульфатные заместите­

ли, гепарансульфат отличается от гепарина мень­ шим количеством остатков IdUA и большим содер­

жанием GlcUA. В соответствии с этим преобладаю­

щей уроновой кислотой в гепарансульфате является

GlcUA, а в гепарине-IdUА.

Дерматансулъфат

Дерматансульфат представляет собой протео­

гликан, широко распространенный в тканях живот­

ныl•. По структуре он сходен и с хондроитинсульфа­

том, и с гепарансульфатом. Его отличие от хондрои­ тинсульфата состоит в том, что вместо GlcUA. со­ единенной с GalNAc ~-l.З-связью, он содержит

IdUA, соединенную с GalNAc a-l,З-связью. Образо­ вание IdUA, как и в случае гепарина и гепарансуль­

фата, происходит путем 5-эпимеризации GlcUA. Как

и при образовании гепарина, реакция эпимеризации

тесно сопряжена с сульфированием гексозамина. Та­ ким образом, дерматансульфат содержит 2 вида

повторяющихся дисахаридных единиц: IdUAGalNAc и GlcUA-GаlNАс.

ДЕГРАДАЦИЯ ПОЛИСАХАРИДНЫХ

КОМПОНЕНТОВГЛИКОПРОТЕИНОВ

И ПРОТЕОГЛИКАНОВ

Выяснению путей деградации (раСП~l1а) глико­

протеинов, протеогликанов и гликозаминогликанов

в большой степени способствовало открытие недо­

статочности отдельных ферментов при врожденных

жидкости

Метаболиты

в моче

дс, ГС

де, ГС

ГС(±)

ГС

ГС

КС

КС

ДС

де ГС (±)

ГС,КС

ФГ

ФГ

ФГ

дс, ГС

ФГ

нарушениях обмена веществ у человека. Значитель­ ный вклад в понимание этой проблемы внесло изуче­

ние двух групп болезней- мукополисахаридозов и муколипидозов (соединения, которые мы теперь

называем протеогликанами, многие годы носили на­

звание «мукополисахаРИДЬJ»). В табл. 54.9 перечи­

слены биохимические нарушения при мукополиса­

харидозах, муколипидозах и сходных заболеваниях.

Деградация полисахаридных цепей осуществляет­ ся эндогликозидазами, экзогликозидазами и сульфа­

тазами. Каждая из этих групп ферментов обладает субстратной специфичностью, что позволяет пред­ сказать, какая из полисахаридных цепей явится объ­

ектом разрушающего действия данной гликозидазы

или сульфатазы.

Гиалуронидаза- широко распространенная

ЭIlДОГликозидаза, расщепляющая гексозаминидные

связи. Она образует из гиалуроновой кислоты тетра­

сахарид со структурой (GlcUA-~1,3-GlcNАс-~1,4>:"!.

Гиалуронидаза действует и на гиалурововую кисло­

ту, и на хоидроитинсульфат. Указанный выше тетра­

сахарид может подвергаться дальнейшей деграда­

ции под действием ~-глюкуронидазы и ~­

N-ацетилгексозаминидазы.

Il-Глюкуроиидаза представляет собой экзоглико­

зидазу, удаляющую GlcUA и ldUA с нередуцирую­

щих концов тетрасахаридов или полисахаридов

большого размера. Дисахариды, как правило, пло­

хие субстраты для ~-глюкуронидазы. Сама ~­

глюкуронндаза - это ГЛИКОПРQтеин, локализую­

щийся в лизосомах и МИКРОСОМdХ многих клеток

млекопитающих. В число ее субстратов входят дер­ матаисульфат, гепаравсульфат, хоцдронтивсульфат и гиалуроновая кислота. Ilри наследственной недо­

статочности ~-глюкуронидазы у больных отмечает­ ся выделение с мочой дерматансульфата, гепаран­ сульфата и ХОНДРОIlтинсульфата, но не гиалуроно­

вой кислоты. Очевидно, существуют другие пути, по

которым может происходить расщепление тетраса­

харида. образующегося из гиалуроновой кислоты под действием гиалуронидазы.

~-D-ацетилrексозаминидаза - экзогликозидаза,

присутствующая во многих тканях млекопитающих.

Она отщепляет от нередуцирующих концов полиса­

харидов связанные ~-связью GlcNAc и GaINAc.

Ilеречень субстратов ~-D-ацетилгексозаминидазы

включает ганглиозиды и хоцдроитинсульфаты, гиалу­

роновую кислоту, дерматансульфаты и кератансуль­

фаты I и 11. Существуют два изофермента 13-

D-ацетилгексозаминидазы. Изофермент А состоит

из двух различных субъединиц а и ~ (ap>n; в состав изофермента В входят только (3-субъединицы, <P~)n.

Ilри болезни Тея-Сакса имеет место дефект а­ субъеЛИIIИЦЫ, и поэтому неактивен только изофер­

мент А. Болl3иь Заидхоффа характеризуется дефек­

том ~-субъединицы, что обусловливает недостаточ­ ность обоих изозимов.

~-Галактозидазы присутствуют в животных тка­

нях в нескольких формах. И хондроитинсульфат, и кератансульфат содержат ~-галактозиды и поэто­

му служат субстратами для кислых галактозидаз.

Ilри недостаточности кислой ~-галактозидазы наря­

ду с Gмl-ганглиозидами накапливаются кератан­

сульфат и фрагменты гликопротеинов (см. гл. 25).

а-L-идуронидаза является лизосомной гидрола­ зой, которая удаляет остатки ldUA с нередуцирую­

щего конца полисахаридных цепей. Недостаточ­

ность этого фермента имеет место при синдроме

Хурлера.

В тканях млекопитающих содержатся специфич­ ные для гепарина и гепарансульфата эндогликозида­

зы, в первую очередь эндоглюкуронидаза, присут­

ствующая в печени, слизистой кишечника, тромбо­

цитах и лизосомах.

Существует целый ряд специфических сульфатаз, которые катализируют удаление сульфатных заме­ стителей, в том числе три арилсульфатазы: А, В и

С. Арилсульфатаза А отщепляет Gаl-З-сульфат от су­

льфатидов. Арилсульфатаза В удаляет 4-сульфат из хоидроитинсульфата и дерматансульфата. Однако

убольных с врожденной недостаточностью 4-

сульфатазы (синдром Марото-Лами) с мочой вы­ деляется только дерматансульфат. Существует так­ же отличающийся от арилсульфатаз А и В фермент, который отщепляет 6-сульфат от GalNAc- 6-сульфата. Дефицит этой сульфатазы имеет место

убольных с синдромом Моркио. В норме она отщеп­

ляет сульфатные группы от Gаl-6-сульфата и Cal-

NAc-6-сульфата, и поэтому у больных с синдромом

Моркио В моче можно обнаружить кератан­ б-сульфат и ходроитин-6-сульфат.

Недостаточность N-ацетилглюкозамии-6-суль-

фатазы наблюдается при мукополисахаридозе А. Этот фермент может использовать в качестве суб­ стратов GlcNAc-сульфат и Glc-6-сульфат.

Идуроватсульфатаза- специфический экзофер­ мент, отщепляющий С-2-сульфат от остатков IdUA с нередуцирующих концов гепарина, гепарансульфа­ та и дерматансульфата. Фермент присутствует

внорме в сыворотке, лимфоцитах, фибробластах

иамниотической жидкости. Врожденный дефицит ИДуронатсульфатазы вызывает сицдром Хавтера.

Специфическая а-N-ацетилглюкозоаминидаза

может удалять а-связанные остатки GlcNAc, присут­

ствующие в гепарине и гепарансульфате. Фермент

в норме обнаруживается в фибробластах. но отсут­

ствует при синдроме СавфИJIИnпо В.

Гепаривсульфамидаза (гепаран-N-сульфатаза) со­

держится в селезенке, легких и подвздошной кишке.

Фермент отщепляет сульфат от GlcN-сульфатов

с нередуцирующего конца гепарина и гепарансуль­

фата. Фермент отсутствует при синдроме Санфилип­

по А. После удаления сульфатов остается а­

глюкозамин (GlcN) со свободной аминогруппой, ко-

Г:шкоnроmеrUlЫ

торый не ЯЮlяется субстратом для а­

N-ацетилглюкозаминидазы, описанной выше. Фер­ мент а-глюкозамин: N-ацетилтрансфераза осу­

ществляет реаuетилирование свободной аминогруп­

пы GlcN с нередуцирующего конца; донором ацети­

ла служит ацетил-СоА. В результате образуется про­

дукт, чувствительный к действию u-N-ацетил­

глюкозаминидазы. При синдроме Санфилиnoо С аце­

Взаимодействия

сбелками плазмы

Всостав артериальной стенки входят протеогли­

каны, содержащие гиалуронат, хондроитинсульфат,

дерматансульфат и гепарансульфаг. Из них в связь

с ЛИПOllротеинами плазмы вступает дерматансульфат. Кроме того, дерматансульфат, ПО-ВИ,lщмому, являет­

тилтрансферазная активность отсутствует.

функции гЛИКОЗАМИНОГЛИКАНОВ и ПРОТЕОГЛИКАНОВ

Связывание гликозоаминогликанов с другими

внеклеточными макромолекулами вносит значитель­

ный вклад в структурную организацию соединитель­

нотканного матрикса. Гликозоаминогликаны мо­ гут взаимодействовать с внеклеточными макромо­

лекулами, белками плазмы, компонентами клеточ­

ной поверхности и внутриклеточными макромолеку­

лами.

Связывание гликозаминогликанов имеет обычно электростатический характер, обусловленный их вы­

раженной полианионной природой, однако некото­

рые реакции связывания являются более специфич­

ными. В целом гликозаминогликаны, содержащие

IdUA, такие, как дерматансульфат и гепарансуль­

фат, связывают белки с большим сродством, чем со­

держащие GlcUA в качестве единственной уроновой

кислоты.

Взаимодействие С внеклеточными

маКРОМО.,lекулами

Все гликозаминогликаны, за исключением тех,

в которых отсутствуют сульфатные (гиалуронат) или карбоксильные группы (кератансульфаты), при нейтральных значениях рН электростатически связываются с коллагеном. Присутствие IdUA спо­ собствует более прочному связыванию, и протеогли­

каны взаимодействуют с коллагеном сильнее, чем

соответствующие гликозаминогликаны. С каждым коллагеновым мономером связывается от 2 до 5 по­

лисахаридных цепей. Все растворимые коллаl'ены

(типы 1, 11 и 111) связывают хонДРоитинсульфатные

протеогликаны.

Хондроитинсульфат и гепарансульфат специфи­

чески связываются с эластином.

Как отмечалось выше, хондроитинсульфатные

и кератансульфатные цепи в составе соответствую­

щих протеогликанов при посредстве связывающих

ся главным гликозаминогликаном, синтезируемым

гладкомышечныии клетками артерий. Поскольку именно "Эти клетки пролиферируют при атеросклеро­ тических поражениях артерий, дерматансульфат мо­ жет играть значительную роль в образовании ате­ росклеротических бляшек.

Хотя гепарин синтезируется и запасается в туч­

ных клетках. он всегда тесно связан с кровеносными

сосудами. В силу своего высокого отрицате:IЬНОГО заряда (обусловленного остатками IdUA и сульфа­

та) гепарин интенсивно взаимолействует с нското­ рыми компонентами плазмы. Он специфически

связывает факторы свертывания крови IX и XI. Бо­

лее важной для антикоагу.ilЯНТНОЙ активности гепари­

на является его способность взаимодействовать с а2-

гликопротеином плазмы, называемым антитромби­

ном 111. Стехиометрическое связывание с гепарином (1: 1) значительно усиливает инактивирующее дей­ ствие антитромбина 111 на сериновые протеазы,

в частности на тромбин. Связывание гепарина

с остатками Lys антитромбина 111, по-видимому, вы­

зывает конформационные изменения, благоприят­

ствующие взаимодействию последнего с сериновы­

ми протеазами. Эти процессы схематически изобра­ жены на рис. 54.13.

Имеющийся в продаже гепарин солеРЖIIТ 2 ком­ понента - высокоаффинный и низкоаффинный, ко­

торые, вероятно, связываются с одной и той же

областью молекул антитромбина 111. Однако высо­

коаффинный гепарин обладает в 1О раз большей ан­

тикоагулянтной активностью, а также более высо­

кой константой связывания, чем низкоаффинный. N-

Десульфирование или модификация IdUA-остатков

гепарина снижает его антикоагулянтную актив­

ность.

Гепарансульфат, сходный по структуре с гепари­ ном, также обладает способностью ускорять дей­ ствие антитромбина 111, но по эффекту значительно

уступает гепарину.

Гепарин может специфически связываться с липо­

протеИНЛИП8ЗОЙ, присутствующей в стенке капилля­

ров, и вызывать высвобождение этого фермента в кровоток. Сходным образом связывается с гепари­

ном и поступает в кровоток печеночная липаза, но

это связывание происходит с меньшим сродством,

Быстрый

процесс

----.

Рис. 54.13. Схематическое изображение процесса инактива­ ции антитромбином сериновых протеаз (например, тром­

бина), участвующих в свертывании крови. Гепарин, по­

видимому, ускоряет инактивацию, связываясь с антитром­

бином и вызывая в нем такие конформационные измене­

ния, которые ускоряют взаимодействие антитромбина

стромбином. (Не исключено также связывание гепарина

стромбином.) Взаимодействие требует присутствия специ­ фического связывающего центра (------) в полисахарид­

ной цепи. (Repгoduced, with permission, [гот Lennarz

W.J. ТЬе Biochemistry of Glycopгoteins and Proteoglycans. Plenum Press, 1980.)

глilкозаминогликаны и молекулы

клеточной поверхности

Гепарин обладает способностью связываться со

многими типами клеток, включая тромбоциты, клетки ЭНДотелия артерий и печеночные клетки.

Хондроитинсульфат, дерматансульфат и гепаран­

сульфат связываются с разными участками клеточ­ ной поверхности, например фибробластов. Именно

в этих участках гликозаминогликаны и протеоглика­

ны подвергаются деградации.

Гиалуронат откладывается клетками, растущими на пластиковых подложках. Кроме того, гиалуро­

нат, по-видимому, участвует в процессах слипания

клеток друг с другом, что играет столь важную роль

в росте и развитии многоклеточных организмов.

Некоторые протеогликаны, вероятно, служат ре­

цепторами и переносчнками макромолекул, в том

числе липопротеинов, липаз и антитромбина. Про­

теогликаны могут принимать участие в регуляции

роста клеток, в межклеточных взаимодействиях и за­

щите рецепторов клеточной поверхности.

гликозаминогликаны и внутриклеточные

макромолекулы

протеогликаны и их гликозаминогликановые

компоненты кроме взаимодействия с ферментами,

участвующими в их биосинтезе и деградации, оказы-

ные, подтверждающие роль гепарансульфата в раз­

витии эмбрионов морского ежа. Хондроитинсульфаты, дерматансульфаты и гепа­

рин могут активировать или ингибировать кислые

гидролазы лизосом. Эти ферменты способны фор­

мировать природные комплексы с гликозаминогли­

канами с образованием защищенных или неактив­ ных форм.

Многочисленные гранулы, служащие для запаса­

ния или секреции продуктов, такие, как хромаффинные

гранулы мозгового слоя надпочечников, пролакти­

новые секреторные гранулы гипофиза и базофиль­ ные гранулы тучных клеток, содержат сульфирован­ ные гликозаминогликаны. Гликозаминогликан­

пептидные комплексы, присутствующие в этих гра­

нулах, могут играть роль в высвобождении биоген­

ных аминов.

ЛИТЕРАТУРА

Buckwalter J. А., Rosenberg L. С. Electron microscopic studies of cartilage proteoglycans, J. Biol. Chem., 1982. 257, 9830.

DiNatale Р., Neufeld Е. F. ТЬе biochemical diagnosis of тисо­ polysaccharidoses, mucolipidosis and related disordeгs. In: Perspectives in Inherited Metabolic Diseases, Vol. 2, Вапа В. et al. (eds.), Editiones Ermes (Milan), 1979.

Hook М. et al. Cell-surface glycosaminoglycans, Аппи. Rev. Biochem., 1984, 53, 847.

Hubbard S. с., l\'att R. J. Synthesis and processing of asparagi- ne-linked oligosaccharides, Аппи. Rev. Biochem., 1981, 50, 555.

Jagues L. В. Heparin: ап old drug with а new paradigm. Scien- се, 1979, 206, 528.

R., Korпfeld S. Assembly of asparagine-linked oligosaccharides, Аппи. Rev. Biochem., 1985. 54, 631.

Korпfeld S., Sly W. S. Lysosomal storage defects. Hosp. Pract. (Aug), 1985, 20, 71.

Lennarz w. J. ТЬе Biochemistry of Glycoproteins and Proteoglycans, Plenum Press, 1980.

Poole А. R. е! al. Proteaglycans [roт bovine nasal cartilage: Immunochemical studies oflink protein, J. Biol. Chem., 1980, 255,9295.

Reitman М. L. е! al. Fibroblasts [roт patients with I-cell disease and pseudo-Hurler polydystrophy are deficient in uridine 5'-diphosphate-N-acetylglucosamine: glycoprotein N- acetylg1ucosaminylphosphotranspherase activity. J. Clin. Invest., 1981, 67, 1574.

Schachter Н. Biosynthetic contгols that dctermine the branching and heterogeneity of pгotein-bound oligosaccharides, Biochem. Сеll Biol., 1986, 64, 163.

Snider М. D., Rogers о. С. Transmembrane movement of oligo- saccharide-lipids during glycoprotein synthesis, СеН, 1984, 36, 753.

ВВЕДЕНИЕ

Кровь-это ткань, клетки которой циркулируют

в фактически замкнутой системе кровеносных сосу­

дов. Кровь состоит из твердых элементов - красных

(эритроцитов) и белых (лейкоцитов) кровяных кле­ ток и тромбоцитов, взвешенных в жидкой среде, на­ зываемой плазмой. В дальнейшем мы рассмотрим важнейшие функции крови (в особенности плазмы), обеспечивающие нормальную жизнедеятельность

организма.

Кровь обладает способностью свертываться (коагулировать); остающаяся при этом жидкая фаза

называется сывороткой. Плазма содержит ряд фак­

торов, которые расходуются в процессе свертывания

и поэтому в сыворотке отсутствуют. Сыворотка со­ держит продукты деградации этих факторов сверты­

вания, а в плазме этих продуктов в норме нет.

крови следующие: 1) дыхание- транспорт кислоро­ да от легких к тканям и перенос СО2 от тканей к лег­

ким; 2) питание-транспорт поглощенных пита­

тельных веществ; 3) выделение-перенос конечных

продуктов метаболизма в почки, легкие, кожу, ки­

шечник для последующего их выведения; 4) поддер­

жание в организме нормального кислотно­

щелочного равновесия; 5) регуляция водного балан­ са ~KPOBЬ влияет на обмен воды между циркулирую­ щеи жидкостью и тканевой жидкостью); 6) регуля­

ция температуры тела путем распределения тепла; 7)

защита от инфекций (осуществляется лейкоцитами и циркулирующими в плазме антителами); 8) транс­ порт гормонов и регуляция метаболизма; 9) транс­

порт различных метаболитов.

Плазма содержит воду, электролиты, метаболи­ ты, питательные вещества, белки и гормоны. Содер­

жание воды и электролитов в плазме практически та­

кое же, как и во всех внеклеточных жидкостях.

БИОМЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Фундаментальная роль крови, состоящая в под­

держании гомеостаза, а также доступность этой тка­ ни для исследований- сделали кровь важнейшим

объектом биохимии. Наиболее изученные компонен­ ты крови-это гемоглобин, альбумин, иммуногло­ булины, а также разнообразные факторы свертыва­ ния. При различных заболеваниях наблюдаются из­ менения в уровне белков в плазме; эти изменения мо­ жно обнаружить при электрофорезе. Важным диаг­

ностическим признаком при некоторых патологиче­

ских состояниях (см. приложение) является наруше­

ние активности ряда ферментов. Лечение больных

страдающих геморрагиями и тромбозами, требуе;

ясного понимания процессов свертывания крови

и фибринолиза.

ФУНКЦИИ КРОВИ

Почти все функции крови (за исключением специ­ фических клеточных, таких, как перенос кислорода или иммунологическая защита) осуществляются

плазмой или ее компонентами. Основные функции

БЕЛКИ ПЛАЗМЫ

Общее количество белков в плазме-7-7 5 г/дл

(г%). Таким образом, белки составляют осн~вную

часть твердых веществ плазмы. Белки плазмы- это

очень сложная смесь, включающая не только про­

стые белки, но и смешанные или конъюгированные

молекулы, например гликопротеины и различные

типы липопротеинов.

Разделение сложной смеси белков на индиви­ дуальные белки осуществляется при помощи раство­ рителей и (или) электролитов; при этом выделяют различные белковые фракции в зависимости от их растворимости. Это свойство белков лежит в основе

так называемых методов высаливания, часто исполь­

зуемых в клинических лабораториях. Белки плаз­ мы осаждают при различных концентрациях сульфа­ та натрия или сульфата аммония. При этом белки разделяют на три основные группы: фибриноген, альбумин иглобулин.

Плазма крови- это по определению внутрисосу­ дистая жидкость. В артериальной области крово-