ПРОТЕОГЛИКАНЫ: СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В протеогликана являются гликозилированными белками, как правило , связан с гликозаминогликаны (ГАГ заместителей) анионным. Обычно они находятся на внешней стороне клеточной мембраны или «заполняют» внеклеточное пространство, поэтому они являются частью многих соединительных тканей.

Из этих сложных макромолекул наиболее изученными и проанализированными были макромолекулы хрящевых клеток позвоночных животных, поскольку внеклеточный матрикс в них составляет более 90% сухого веса ткани, которую они составляют, где они, помимо прочего, влияют на устойчивость к сжатию.

Структура внеклеточного матрикса, из которого состоит гиалиновый хрящ (Источник: см. Страницу автора / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) через Wikimedia Commons)

Структурно протеогликаны способствуют организации внеклеточного матрикса, который придает многим отдельным тканям или клеткам их наиболее отличительные физические свойства. Кроме того, они важны для многих событий межклеточной коммуникации и передачи сигналов.

Это чрезвычайно распространенные, повсеместные (они присутствуют в различных типах клеток) и сложные белки, биологические функции и биохимические свойства которых основаны на характеристиках их углеводных компонентов, которые обладают большой способностью к гидратации.

Они активно участвуют в межклеточной коммуникации, в процессах адгезии и миграции, а также участвуют в развитии различных тканей у животных, таких как перинейрональные сети нервной системы.

Структура и характеристики протеогликанов

Протеогликаны - это гликозилированные белки на внеклеточной поверхности, хотя некоторые из них можно найти во внутриклеточных компартментах. Как правило, это очень многочисленные молекулы, но их количество зависит от типа рассматриваемой клетки.

Обычно углеводная часть протеогликана состоит из молекул гликозаминогликанов, которые представляют собой линейные полисахариды, состоящие из повторяющихся дисахаридов, обычно из ацетилированного аминосахара, который чередуется с уроновой кислотой.

Его общая структура, таким образом, состоит из белкового «ядра», которое может ассоциироваться с более чем 100 неразветвленными цепями гликозаминогликана, связанными посредством О-гликозилирования.

Это довольно разнообразные молекулы с точки зрения структуры, формы и функции. В клетках позвоночных животных, например, было идентифицировано несколько комбинаций различных типов белков и разных классов гликозаминогликанов, а именно:

белка

- Трансмембранные белки клеточной поверхности (внеклеточный матрикс)

- белки, ковалентно связанные с якорями гликозилфосфатидилинозитола (GPI))

Глюкозаминогликаны

- Гиалуронан (HA)

- Хондроитинсульфат (CS)

- Кератансульфат (КС)

- Дерматансульфат (DS)

- Гепарансульфат (HS)

Схема протеогликанов и некоторых комбинаций гликозаминогликанов (Источник: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) через Wikimedia Commons)

Некоторые протеогликаны, такие как синдеканы, которые являются трансмембранными белками, присоединены к 2 цепям гепарансульфата и 1 цепям хондроитинсульфата; Между тем, другой протеогликан, аггрекан (специфичный для хряща), содержит около 100 цепей хондроитинсульфата и 30 цепей кератансульфата.

Из вышеизложенного понятно, что характеристики гликозилирования каждого белка, а также тип клетки, к которой он принадлежит, определяют идентичность каждого протеогликана на поверхности клетки.

Функция

Их функции зависят от структурных характеристик протеогликанов. Это особенно верно для тех характеристик, которые связаны с гликозаминогликановой частью, поскольку именно эти молекулы позволяют белку взаимодействовать с другими элементами на поверхности клетки.

Эти белки, богатые остатками гепарансульфата, могут относительно легко связываться с различными факторами роста, с другими компонентами внеклеточного матрикса, с ферментами, ингибиторами протеаз, хемокинами и т. Д., Поэтому они играют фундаментальную роль в трансдукции сигналы во внутриклеточную среду.

Таким образом, протеогликаны могут выполнять структурные функции в матрице или они могут иметь более специфические функции по передаче сообщений из внеклеточной среды в цитозольное пространство.

В последние годы интерес к изучению протеогликанов значительно вырос, что связано с открытием важности, которую эти молекулы имеют при некоторых патологических состояниях человека.

Примером этого является синдром Симпсона-Голаби-Бемеля (GBSS), характеризующийся преувеличенным пре- и постнатальным ростом, врожденными дефектами и предрасположенностью к опухолевым образованиям, связанным с мутациями протеогликана, богатого гепарансульфатом. и закреплен GPI.

Основные протеогликаны артерий и сосудов. Показана молекулярная масса белкового ядра (Источник: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) через Wikimedia Commons)

Функции клеток

Практически все клеточные процессы, которые включают молекулярные взаимодействия на поверхности клетки, такие как взаимодействия клетка-матрица, клетка-клетка и лиганд-рецептор, так или иначе связаны с протеогликанами, поскольку они способны связываться с большими количествами. других молекул и значительно обильны на поверхности.

Во время развития нервной системы, а также во время инвазии опухоли и метастазов, то есть событий, связанных с движениями и расширениями или расширениями клеток, протеогликаны проявляют очень активные функции.

Эти гликозилированные белки также участвуют в процессах адгезии, пролиферации и формирования клеточной формы, а те, которые являются трансмембранными белками, которые обладают цитозольным доменом, участвуют в трансдукционных и сигнальных каскадах.

Примеры протеогликанов

Aggrecano

Аггрекан является основным протеогликаном, присутствующим в хрящевой ткани, который связан с фрагментами гликозаминогликана «гиалуронан» (НА) во внеклеточном матриксе хондроцитов.

Гиалуронан - это линейный гликозаминогликан, состоящий из чередующихся остатков глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина, которые можно найти как на поверхности клетки, так и во внеклеточном матриксе и внутри клеток.

Связывание гиалуронана с аггреканом происходит через «связывающий белок», который образует важные агрегаты с молекулярной массой до нескольких миллионов дальтон.

Многие возрастные заболевания суставов связаны с повышенной агрегацией аггрекана и гиалуронана.

Пелекано

В почечных клубочках базальная мембрана состоит в основном из протеогликана, известного как пелекан, который связан с частями гепарансульфата. Этот протеогликан выполняет важные функции в качестве сайта селективности анионного заряда во время клубочковой фильтрации.

Этот протеогликан имеет самое большое белковое ядро, которое наблюдалось в любой из этих молекул, и предполагается, что этот белковый домен может взаимодействовать с другими макромолекулами, присутствующими в базальной мембране.

Декорин

Декорин представляет собой небольшой интерстициальный протеогликан, который характеризуется наличием единственной цепи гликозаминогликана и небольшого белкового ядра. Это важный компонент многих соединительных тканей, он связывается с коллагеновыми волокнами I типа и участвует в сборке внеклеточного матрикса.

Ссылки

1. Годфри, М. (2002). Внеклеточный матрикс. При астме и ХОБЛ (стр. 211-218). Академическая пресса.
2. Иоццо, Р., и Шефер, Л. (2015). Форма и функция протеогликанов: полная номенклатура протеогликанов. Матричная биология, 42, 11-55.
3. Манси, Дж. М. и Уивер, В. М. (2018). Физические и биохимические свойства внеклеточного матрикса регулируют судьбу клеток. В «Актуальные темы биологии развития» (Том 130, стр. 1-37). Академическая пресса.
4. Перримон Н. и Бернфилд М. (2001, апрель). Клеточные функции протеогликанов - обзор. В семинарах по клеточной биологии и биологии развития (Том 12, № 2, стр. 65-67). Академическая пресса.
5. Петти, Р. Э. и Кэссиди, Дж. Т. (2011). Структура и функции. В Учебнике детской ревматологии (с. 6-15). У. Б. Сондерс.
6. Янагишита, М. (1993). Функция протеогликанов во внеклеточном матриксе. Патология Интернэшнл, 43 (6), 283-293.