3 Гетерогликаны

Гетерополисахариды (гетерогликаны; устар. мукополисахариды) – сост из многократно повторяющихся нескольких различных остатков моносах. Среди природных гетерогликанов встречаются, например, D-глюко-D-маннаны (сост из остатков D-глюкозы), D-ксиланы, D-фруктаны и др. По особенностям орг-ции первич стр-ры, т.е. последовательности чередования остатков моносахаридов, полисахариды подразделяются на регулярные и нерегулярные. Значительную часть гетерогликанов сост гликозаминогликаны – кислые биополимеры, распространенные у животных. Обязательными повторяющимимся стр-рными элементами гликозаминогликанов являются какой-либо моносахарид и N-ацетил-производные аминосахара. Обычно гликозаминогликаны существуют в виде ковалентных соединений с белками – так называемых протеогликанов.

Хондроитинсульфаты – полимеры D-глюкуроновой кислоты, N-ацетил-D-галактозамин-4-сульфата и N-ацетил-D-галактозамин-6-сульфата соединенных (13)- и (14)-связями.

Дерматансульфат – важнейший гетерогликан кожи, не расщепляющийся гиалуронидазой. Содержит остатки редкой L-идуроновой кислоты и N-ацетил-D-галактозамин-4-сульфата соединенных (13)- и (14)-связями.

Кератансульфаты – один из ключевых углеводов глаза, построен из повторяющихся остатков D-галактозы и различных N-ацетил-D-галактозаминсульфатов с (13)- и (14)-связями.

Гиалуроновая кислота – истинный гетерополисахарид с молекулярной массой около 10⁵-10⁷, состоит из повторяющихся остатков D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина соединенных (13)- и (14)-связями. В составе соединительной ткани молекулы гиалуроновой кислоты сворачиваются с образованием огромных (по меркам биомолекул) глобулярных стр-р с диаметром около 200 нм. Объем такой частицы в 75000 раз (!) больше объема, занимаемого жесткой молекулой коллагена с такой же молекулярной массой. Глобулы гиалуроновой кислоты контактируя друг с другом несколько сжимаются и взаимопроникают, формируя вязкую и эластичную внеклеточную среду соединительной ткани. Они весьма прочно связывают катионы (Na⁺, K⁺, Ca²⁺) и воду. Таким образом, все эти особенности стр-рной организации гиалуроновой кислоты позволяют ей служить уникальным смазочным материалом в суставах, в серозных оболочках, создавать эластичность соединительной ткани, регулировать проницаемость межклеточного матрикса, ограничивая перемещение крупных биомолекул. Состояние гиалуроновой кислоты в тканях регулируется ферментом гиалуронидазой, который осуществляет гидролиз гетерогликана.

Гепарин и гепаринсульфаты – природные антикоагулянты, в отличие от большинства внеклеточных гетерогликанов гепарины локализуются внутри и на поверхности клеток. Состоят из остатков -D-глюкуроновой кислоты, -L-идуроновой кислоты и производных -D-глюкозамина (сульфатированных и N-ацетилированных). Нативные природные гепарины связаны гликозидной связью через L-Тре и L-Асн с полипептидом. Гепарины специфически связываются с белком крови антитромбином III, усиливая его ингибирующее действие по отношению к протеолитическим ферментам (например, к тромбину), участвующим в реакции свертывания крови.

Пептидогликаны клеточных стенок бактерий (муреины) представляют собой сложные смешанные биополимеры с молекуляр-ной массой до 10¹¹! По стр-ре муреины пред-ставляют собой сополимеры N-ацетил--D-глюкозамина N-ацетил-мурамовой кисло-ты, соединенные друг с другом поперечными пеп-тидными мостиками. Муре-ины формируют жесткий и порой весьма объемный каркас клеточных стенок бактерий. Наиболее развит толстый и плотный слой муреина у так называемых грамположительных бактерий в отличие от грамотрицательных бактерий, где муреиновая сеть рыхлая и тонкая. В клеточную стенку грамположительных бактерий вплетены также тейхоевые кислоты (гетерополимеры глицерина и рибита с остатками разных моносахаридов). Гидролиз гетерогликана и, следовательно, разрушение бактер кл осущ-тся ферментом лизоцимом, который обнаруживается с слюне, слезной жидкости, крови и др.

Камеди также относятся к гетерогликанам. Это сложные гетеро-гликаны раст, к-рые выделяются в ответ на повреждение растит тканей.

Протеогликаны составляют около 30% сухого веса соединительной ткани организма высших животных и человека. Они отличаются от гликопротеинов тем, что в их стр-ре доминирует углеводный компонент (всегда гликозаминогликан), составляя до 95% стр-ры протеоглика-на, а аминокислотный состав белковой части крайне упрощен с преобладанием глицина и серина. Протеогликаны – это полианионные, очень сложные макромолекулярные соеди-нения, которые содержат боль-шое количество полисахарид-ных боковых цепей, связанных ковалентно с полипептидным остовом. Гликозидная связь между углеводной и белковой частью реализуется через ОН-группу серина или амидный азот аспарагина. Протеогликаны формируют еще более крупные агрегаты. Биосинтез протеогликанов протекает весьма интенсивно и время полуобновления различных протеогликанов варьирует от 7 до 45 суток. Нарушение естественного баланса между реакциями биосинтеза и деградации протеогликанов, включая полное отсутствие некоторых ферментов, лежит в основе ряда тяжелых заболеваний человека. Протеогликаны принимают участие в образовании кожи, хрящей, сухожилий, связок, роговицы, стекловидного тела глаза, спинальных дисков, сердечных клапанов, сосудистой стенки, слизистых жидкостей, плазматических мембран и др. Конструирование всего удивительного разнообразия элементов и стр-р соединительной ткани достигается путем регулируемого сочетания различных белков и гетерогликанов. Варьирование соотношением и стр-рным состоянием протеогликанов позволяет создавать такие анатомические стр-ры, как, например, глаз, где высокая степень упорядоченности и однообразия макромолекулярных комплексов белков и гетерогликанов создает уникальную оптически прозрачную среду.