Біохімія, глікозаміноглікани - StatPearls - Книжкова полиця NCBI

Книжкова полиця NCBI. Служба Національної медичної бібліотеки, Національних інститутів охорони здоров’я.

StatPearls [Інтернет]. Острів скарбів (Флорида): видавництво StatPearls; Січень 2020 р-.

StatPearls [Інтернет].

Джарет Казале; Джонатан С. Крейн .

Автори

Приналежності

Останнє оновлення: 10 липня 2020 р .

Вступ

Глікозаміноглікани (ГАГ), також відомі як мукополісахариди, є негативно зарядженими полісахаридними сполуками. Вони складаються з повторюваних дисахаридних одиниць, які є в кожній тканині ссавців. [1] Їх функції в організмі широко поширені і визначаються їх молекулярною структурою. Історично вважалося, що функція GAG обмежується гідратацією клітин та структурними риштуваннями. Однак факти тепер свідчать про те, що GAG відіграють ключову роль у клітинній сигналізації, яка служить для модуляції величезної кількості біохімічних процесів. [2] Деякі з цих процесів включають регулювання росту та проліферації клітин, сприяння адгезії клітин, антикоагуляцію та відновлення ран серед багатьох інших. Чотири первинні групи ГАГ класифікуються на основі їх основних дисахаридних одиниць і включають гепарин/гепаран сульфат, хондроїтин сульфат/сульфат дерматану, кератан сульфат та гіалуронову кислоту. [3] Ця діяльність забезпечить короткий виклад молекулярних структур та результуючих фізіологічних функцій чотирьох основних груп GAG.

Стільниковий

Клітинні органели, що беруть участь у синтезі та модифікації ГАГ до їх остаточної, біоактивної структури, численні і відрізняються залежно від унікального синтезованого ГАГ. Цей розділ надасть огляд клітинних механізмів, що беруть участь у біосинтезі GAG. Важливо зазначити, що на відміну від білків та нуклеїнових кислот, біосинтез GAG - це процес, який не зумовлений шаблоном, що відбувається завдяки спільній дії кількох тканиноспецифічних ферментів. [2]

Процес біосинтезу GAG починається в клітинній цитоплазмі із синтезу п’яти активованих цукрів, отриманих уридиндифосфатом (UDP). Ці цукри включають UDP-глюкуронову кислоту, UDP--ацетилглюкозамін, UDP-ксилоза, UDP-галактоза та UDP--ацетилгалактозамін. [4] Потім ці цукри, активовані UDP, транспортуються з цитоплазми в апарат Гольджі через антипортерний трансмембранний транспортер для подальшої модифікації.

Примітним винятком з наступних етапів біосинтезу GAG є гіалуронова кислота (HA). Замість того, щоб зазнавати модифікації та сульфатування в апараті Гольджі, попередники HA цукри UDP-глюкуронова кислота та UDP--ацетилглюкозамін транспортується з цитоплазми до плазматичної мембрани для подальшої обробки без сульфатування, що призводить до продукування НА. [4]

Усі інші ГАГ вимагають додаткових етапів модифікації, що відбуваються в апараті Гольджі та навколо нього, включаючи сульфатування функціональних груп дією сполуки донора сульфату 3`-фосфоаденозин-5`-фосфосульфату (ПАПС). Наявність ПАПС для сульфатування ГАГ суттєво впливає на швидкість біосинтезу виробництва сульфатованих ГАГ [4]. Сульфатовані ГАГ, синтезовані в апараті Гольджі, піддаються ковалентному зв’язку з якірними білками, відомими як протеоглікани (ПГ). Процес прив'язки для GAG гепарин/гепаран сульфат, хондроїтин сульфат та дерматан сульфат відбувається через залишок амінокислоти серину, присутній на білковому ядрі, який з'єднується із загальним тетрасахаридним лінкером між GAG та PG. Кератановий сульфат - єдиний сульфатований GAG, який не зв’язаний із ядром білка PG за допомогою цього механізму, а натомість пов’язаний різними іншими сполуками, залежно від підтипу сульфату кератану, детально описаного нижче. [3]

Модифікація шляхом епімеризації отриманих полісахаридних структур ферментативною дією відповідає за виробництво різних молекулярних структур ГАГ та їх результуючі властивості. Молекулярні структури окремих ГАГ наведені в наступному розділі.

Молекулярна

Як випливає з назви, префікс "гліко-" стосується галактози або уронового цукру (глюкуронової кислоти або ідуронової кислоти), приєднаного до аміноглікану, або аміноцукру (-ацетилглюкозамін або -ацетилгалактозамін). Варіації типу моносахаридів та наявність або відсутність модифікації сульфатуванням призводять до різних основних категорій ГАГ, включаючи гіалуронову кислоту, гепарин/гепаран сульфат, хондроїтин сульфат/дерматан сульфат та кератан сульфат. Молекулярна структура кожної з основних категорій наведена нижче.

Гіалуронова кислота

Гіалуронова кислота (ГА) має найпростішу структуру з усіх ГАГ і не потребує додаткового сульфатування функціональних груп в апараті Гольджі, як це робить інші ГАГ. Натомість структура складається з послідовно зв’язаної глюкуронової кислоти та -залишки ацетилглюкозаміну. [4] Ці моносахаридні будівельні блоки синтезуються в клітинній цитоплазмі і рекрутуються в плазматичну мембрану шляхом дифузії для синтезу НА. [3] Після синтезу в плазматичній мембрані, HA змінюється з клітини у позаклітинний простір.

Гепаран сульфат/гепарин

Гепаран сульфат (HS) і гепарин (Hep) містять повторювані дисахаридні одиниці -залишки ацетилглюкозаміну та гексуронової кислоти. Залишок гексуронової кислоти глюкуронова кислота спостерігається в гепарансульфаті, тоді як ідуронова кислота присутня в гепарині. Сульфатування різних гідроксильних груп або аміногрупи, присутніх на глюкозаміновій сполуці HS/Hep, визначає її здатність взаємодіяти з різними білками, цитокінами та факторами росту, а в кінцевому рахунку - біоактивну функцію. [1] HS/Hep прив'язаний до ядра білка PG через залишок серину, підключений до тетрасахаридного лінкера, що складається з однієї ксилози, двох галактоз та одного залишку глюкуронової кислоти. [3]

Хондроїтин сульфат/сульфат дерматану

Хондроїтин сульфат (CS) та дерматансульфат (DS) за своїм структурним складом схожі на HS. Їх дисахаридний повтор складається з -ацетилгалактозамін та гексуронова кислота - ідуронова кислота в CS та глюкуронова кислота у DS. Вони прив’язані до ядра білка PG за допомогою того самого залишку серину та тетрасахаридного лінкера, що і HS. [2] Подібно до HS/Hep, модель сульфатування CS/DS, що відбувається в апараті Гольджі, визначає біологічну активність одержуваної сполуки. Полісахаридні ланцюги CS, пов’язані з білками-носіями, мають кількість повторюваних одиниць від 10 до 200 і знаходяться як на клітинних поверхнях, так і в позаклітинному матриксі. [5]