ПРОТЕОГЛИКАНИ: СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИЯ, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На протеогликаните са гликозилирани протеини, обикновено свързани с гликозаминогликанови заместители (GAGs) анионен. Те обикновено се намират от външната страна на клетъчната мембрана или "запълват" извънклетъчното пространство, така че те са част от много съединителни тъкани.

От тези сложни макромолекули най-изследвани и анализирани са тези на хрущялните клетки при гръбначни животни, тъй като извънклетъчният матрикс в тях включва повече от 90% от сухото тегло на тъканта, която те съставят, където те влияят, наред с други неща, на устойчивост на компресия.

Структура на извънклетъчната матрица, съставляваща хиалинов хрущял (Източник: Вижте страницата за автор / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) през Wikimedia Commons)

В структурно отношение протеогликаните допринасят за организирането на извънклетъчния матрикс, който дава на много отделни тъкани или клетки техните най-отличителни физически свойства. Освен това, те са важни за много междуклетъчни комуникационни и сигнални събития.

Те са изключително изобилни, повсеместни (те са в много видове клетки) и сложни протеини, чиито биологични функции и биохимични свойства произтичат основно от характеристиките на техните въглехидратни компоненти, които имат голям капацитет за хидратация.

Те участват активно в междуклетъчната комуникация, в процесите на адхезия и миграция и също са замесени в развитието на различни тъкани при животни, като например периневроналните мрежи на нервната система.

Структура и характеристики на протеогликаните

Протеогликаните са гликозилирани протеини на извънклетъчната повърхност, въпреки че има някои, които могат да бъдат намерени във вътреклетъчните отделения. Обикновено те са много изобилни молекули, но тяхното изобилие зависи от вида на разглежданите клетки.

Обикновено въглехидратната част на протеогликана се състои от гликозаминогликанови молекули, които са линейни полизахариди, съставени от повтарящи се дизахариди, обикновено от ацетилирана амино захар, която се редува с уронова киселина.

Следователно общата му структура се състои от протеиново "ядро", което може да се свърже с повече от 100 неразклонени гликозаминогликанови вериги, свързани чрез O-гликозилиране.

Те са доста разнообразни молекули по отношение на структура, форма и функция. В клетките на гръбначни животни например са идентифицирани няколко комбинации от различни видове протеини и различни класове гликозаминогликани, а именно:

протеин

- Клетъчни повърхностни трансмембранни протеини (извънклетъчен матрикс)

- Протеини, ковалентно свързани с гликозилфосфатидилинозитол (GPI) котви)

глюкозаминогликани

- Хиалуронан (HA)

- Хондроитин сулфат (CS)

- Кератан сулфат (KS)

- Дерматан сулфат (DS)

- Хепаран сулфат (HS)

Схема на протеогликани и някои комбинации от гликозаминогликани (Източник: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) чрез Wikimedia Commons)

Някои протеогликани като синдекани, които са трансмембранни протеини, са прикрепени към 2 вериги хепаран сулфат и 1 хондроитин сулфат; Междувременно друг протеогликан, агрекан (специфичен за хрущяла) има около 100 вериги хондроитин сулфат и 30 кератан сулфат.

От гореизложеното се разбира, че характеристиките на гликозилирането на всеки протеин, както и вида на клетката, към която принадлежи, са тези, които определят идентичността на всеки протеогликан на клетъчната повърхност.

функция

Функциите им зависят от структурните характеристики на протеогликаните. Това е особено вярно за тези характеристики, които са свързани с гликозаминогликановата част, тъй като тези молекули са това, което позволява на протеина да взаимодейства с други елементи на клетъчната повърхност.

Тези протеини, богати на хепаран сулфатни остатъци, могат да се свързват относително лесно с различни растежни фактори, с други компоненти на извънклетъчната матрица, с ензимите, протеазните инхибитори, хемокините и др., Следователно те играят основна роля в трансдукцията на сигнали към вътреклетъчната среда.

По този начин, протеогликаните могат да изпълняват структурни функции в матрицата или могат да имат по-специфични функции при предаване на съобщения от извънклетъчната среда към цитозолното пространство.

През последните години интересът към изследването на протеогликани нарасна значително, факт, който е свързан с откриването на значението, което тези молекули имат при някои патологични състояния при хората.

Пример за това е синдромът на Симпсън-Голаби-Бемел (GBS), характеризиращ се с преувеличен пред- и следродилен растеж, вродени дефекти и чувствителност към туморни образувания, свързани с мутации в протеогликан, богат на хепаран сулфат. и закотвен от GPI.

Основни протеогликани на артериите и кръвоносните съдове. Молекулното тегло на протеиновото ядро ​​е показано (Източник: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) чрез Wikimedia Commons)

Клетъчни функции

Почти всички клетъчни процеси, които включват молекулни взаимодействия върху клетъчната повърхност, като взаимодействия между клетка-матрица, клетъчни клетки и лиганд-рецептори, трябва да се осъществяват по един или друг начин с протеогликани, тъй като те са способни да се свързват в големи количества от други молекули и са значително изобилни на повърхността.

По време на развитието на нервната система, а също и по време на инвазията на тумор и метастази, тоест събития, свързани с движения и разширения или разширения на клетките, протеогликаните упражняват много активни функции.

Тези гликозилирани протеини също участват в процесите на адхезия, пролиферация и установяване на клетъчната форма, а тези, които са трансмембранни протеини, притежаващи цитозолен домен, участват в каскади за трансдукция и сигнализиране.

Примери за протеогликани

Aggrecano

Агрекан е основният протеогликан, присъстващ в хрущялната тъкан, който е свързан с фрагменти от гликозаминогликановия "хиалуронан" (HA) в извънклетъчната матрица на хондроцитите.

Хиалуронанът е линеен гликозаминогликан, съставен от редуващи се остатъци от глюкуронова киселина и N-ацетилглюкозамин, които могат да бъдат открити както на клетъчната повърхност, така и в извънклетъчната матрица и вътре в клетките.

Свързването на хиалуронан с агрекан се осъществява чрез "свързващ протеин", който образува важни агрегати с молекулно тегло до няколко милиона далтона.

Много ставни заболявания на ставите са свързани с повишена агрегация на агрегани и хиалуронан.

Pelecano

В бъбречните гломерули базалната мембрана е изградена главно от протеогликан, известен като пелекан, който е свързан с части от хепаран сулфат. Този протеогликан има важни функции като анионна селективност на мястото на гломерулна филтрация.

Този протеогликан има най-голямото протеиново ядро, което е наблюдавано във всяка от тези молекули и се спекулира, че този протеинов домен може да взаимодейства с други макромолекули, присъстващи в базисната мембрана.

декорин

Декоринът е малък интерстициален протеогликан и се характеризира с това, че има една гликозаминогликанова верига и малко протеиново ядро. Той е важен компонент на много съединителни тъкани, свързва се с колагенови влакна тип I и участва в сглобяването на извънклетъчната матрица.

Препратки

1. Годфри, М. (2002). Извънклетъчна матрица. При астма и ХОББ (стр. 211-218). Академична преса.
2. Iozzo, RV, & Schaefer, L. (2015). Форма и функция на протеогликаните: изчерпателна номенклатура на протеогликани. Матрична биология, 42, 11-55.
3. Muncie, JM, & Weaver, VM (2018). Физичните и биохимичните свойства на извънклетъчната матрица регулират съдбата на клетките. В Актуални теми в биологията на развитието (том 130, стр. 1-37). Академична преса.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, април). Клетъчни функции на протеогликани - преглед. В семинари по клетъчна и развитие на биологията (том 12, № 2, с. 65-67). Академична преса.
5. Petty, RE и Cassidy, JT (2011). Структура и функция. В Учебник по детска ревматология (стр. 6-15). WB Saunders.
6. Янагишита, М. (1993). Функция на протеогликани в извънклетъчната матрица. Pathology International, 43 (6), 283-293.