Природные соединения, в состав которых входят гетерополисахариды представлены гликопротеинами и гликозаминогликанами

ГЛИКОПРОТЕИНЫ, СТРОЕНИЕ ОЛИГОСАХАРИДНОГО КОМПОНЕНТА, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ.

Класс под названием гликопротеины или, более корректно,  гликоконъюгаты – это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе. Содержание углеводов в них варьирует от 1 до 85% по массе.

Выделяют два подкласса белков, содержащих углеводы: протеогликаны и гликопротеины. Между этими подклассами имеются существенные отличия

Д ля собственно гликопротеинов характерно низкое содержание углеводов. Углеводный остаток является олигосахаридом, имеет нерегулярное строение и содержит маннозу, галактозу, глюкозу, и их аминопроизводные, также N-ацетилнейраминовую кислоту. Олигосахаридные цепи участвуют в гликопротеинах в образовании высокоспецифичных участков узнавания и центров связывания. Они присоединены к аминокислотам белков либо N-гликозидной связью  - к амидному азоту аспарагина, либо О-гликозидной связью - к гидроксигруппе остатков серина, треонина, гидроксилизина.

Функции:

1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс, например, коллаген, эластин.

2. Защитная – например, антитела, интерферон, факторы свертывания крови (протромбин, фибриноген).

Способы присоединения углевода к белку

3. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ.

4. Гормональная – гонадотропный, адренокортикотропный и тиреотропный гормоны.

5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза.

6. Транспортная – перенос веществ в крови и через мембраны, например, трансферрин, транскортин, альбумин, Na⁺,К⁺-АТФаза.

Функции олиго­сахаридных цепей в составе гликопротеинов:

1) модулируют физико-химические свойства белков, такие, как ра­створимость, вязкость, заряд и денатурируемость;

2) осуществляют защиту белков от протеолиза внутри клетки и во внеклеточном пространстве (особенно это относится к ферментам пристеночного пищеварения энтероцитов);

3) влияют на протеолитический процессинг белков-предшественников с образованием продуктов меньшего размера;

4) участвуют в проявлении биологической активности, например, хорионического гонадотропина.

5) влияют на процессы проницаемости мембран, внутриклеточную миграцию, сортировку и секрецию;

6) влияют на различные стадии эмбрионального развития и процесс дифференцировки;

7) могут влиять на выбор мест метастазирования раковых клеток.

С ИАЛОВЫЕ КИСЛОТЫ, СТРОЕНИЕ, ПРЕДСТАВИТЕЛИ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ.

Сиаловые кислоты – аминосахар, производное нейраминовой кислоты. Входит в состав компонентов гликопротеинов. Широко распространена в тканях животных. У человека в норме наибольшее кол-во сиаловых кислот обнаруживается в сыворотке крови, где их содержание резко повышается при рядя заболеваний. Обнаруживается в слюнных железа, в секретах различных слизистых оболочек. Содержание сиаловой кислоты в сыворотке крови здорового человека 620-730 мг/л.

ГЛИКОЗАМИНОГЛИКАНЫ И ПРОТЕОГЛИКАНЫ. СТРОЕНИЕ, ПРЕДСТАВИТЕЛИ, ФУНКЦИИ.

Гликозаминогликаны являются линейными отрицательно заряженными гетерополисахаридами, ранее называемыми мукополисахаридами. Это название объясняется тем, что мукополисахариды были обнаружены в мукозе (слизистом секрете) и, связывая большое количество воды, приобретали желеобразный характер.

Протеогликаны  высокомолекулярные соединения, состоящие из белка (510 %) и гликозаминогликанов (9095 %). Это основное вещество межклеточного матрикса соединительной ткани. Белковая часть в протеогликанах различается молекулярной массой. Полисахаридные компоненты также различны в разных протеогликанах.

Протеогликаны

Другая группа гликоконъюгатов, протеогликаны состоят из белковой части, к которой ковалентно присоединено несколько десятков полисахаридных цепей, состоящих из повторяющихся дисахаридных остатков.

Дисахариды включают в себя какую-либо уроновую кислоту и аминосахар. Многократно дублируясь, дисахариды образуют олиго- и полисахаридные цепи – гликаны. Для углеводной части встречаются другие названия – кислые гетерополисахариды (т.к. имеют много кислотных групп), гликозаминогликаны (содержат аминогруппы). Избыток анионных групп (сульфатных, карбоксильных) придает молекулам гликозаминогликанов высокий отрицательный заряд.

Функции:

1) являются структурными компонентами межклеточного матрикса;

2) специфически взаимодействуют с белками межклеточного матрикса (коллагеном, эластином);

3) являясь полианионами, присоединяют воду и катионы, участвуют в формировании тургора клеток;

4) препятствуют проникновению патогенных микроорганизмов через соединительные покровы;

5) выполняют рессорную функцию в суставных хрящах;

6) способствуют созданию фильтрационного барьера в почках;

7) обеспечивают прозрачность роговицы;

8) являются компонентами плазматических мембран клеток, участвуя в клеточной адгезии и межклеточных 9)взаимодействиях связывают воду, большие количества катионов (Na+, K+, Са2+) и формируют тургор тканей;

10)играют роль «молекулярного сита» в межклеточном матриксе, препятствуют распространению патогенных микроорганизмов;

11)выполняют рессорную функцию в суставных хрящах;

12)обеспечивают прозрачность роговицы;

13)гепарин – антикоагулянт;

14)гепарансульфаты – компоненты плазматических мембран клеток, участвуют в клеточной адгезии и межклеточных взаимодействиях

Основными представителями структурных гликозаминогликанов являются гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и дерматансульфаты. Эти молекулы входят в состав протеогликанов, функцией которых является заполнение межклеточного пространства и удержание здесь воды, также они выступают как смазочный и структурный компонент суставов и других тканевых структур.

Строение гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата Схема строения протеогликанов межклеточного вещества

Углеводная часть, аналогично с гликопротеинами, связывается с белком через остатки серина, треонина и аспарагина.

По функции структурные протеогликаны значимы для межклеточного пространства, особенно соединительной ткани, в которое погружены коллагеновые волокна. При помощи электронной микроскопии выяснено, что они имеют древовидную структуру – в центре находится гиалуроновая кислота, которая через связующие белки присоединяет многочисленные "веточки" из хондроитинсульфатов, кератансульфатов, дерматансульфатов.  Молекулы гликанов весьма гидрофильны, создают сетчатый желеподобный матрикс и заполняют пространство между клетками, являясь преградой для крупных молекул и микроорганизмов.

Еще одним компонентом протеогликанов является гепарин, представлящий из себя полимерную сульфатированную цепь гетерополисахарида, связанную с белковым ядром через остатки серина. В крови гепарин, взаимодействуя с антитромбином III, образует комплекс, блокирующий факторы свертывания крови IIа, IХа, Ха, XIa и ХIIа, что применяется для профилактики тромбозов у больных различного профиля.

ПРИНЦИП КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛИКОПРОТЕИНОВ В СЫВОРОТКЕ КРОВИ. ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.

Гликопротеины – сложные белки, простетической группой которых являются олигосахара, связанные ковалентно с белком. В состав олигосахаридов входят гексозы, гексозамины, фруктоза, сиаловые кислоты. Основными представителями являются различные ферменты, гормоны, группоспецифические субстанции крови, муцины и т. д. Метод основан на гидролитическом расщеплении гликопротеинов сыворотки крови при нагревании с концентрированной серной кислотой. Продукты гидролиза в присутствии триптофана дают сине-фиолетовое окрашивание, интенсивность которого пропорциональна количеству гликопротеинов. Исследование идет в 3 этапа: 1) осаждение гликопротеинов; 2) гидролитическое расщепление олигосахаров; 3) колориметрическое определение продуктов гидролиза.

В норме содержание гликопротеинов составляет 120-160 мг% или 1,2-1,6 г/л.

Диагностическое значение имеет повышение уровня гликопротеинов. Оно встречается при туберкулезе, плевритах, пневмонии, диабете, инфаркте, злокачественных новообразованиях и др. Исследования в динамике позволяют судить о течении болезни и терапевтическом эффекте.

ПРИНЦИП КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИАЛОВЫХ КИСЛОТ В СЫВОРОТКЕ КРОВИ. ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.

Нейраминовая кислота и ее ацилированные производные (сиаловые кислоты) – нормальные компоненты тканей и биологических жидкостей. Они присутствуют как в свободном виде (кровь, ликвор, слизистая оболочка желудка, щитовидная железа и др.), так и в составе олигосахаридных остатков гликопротеинов, где они занимают концевое положение и легко отщепляются под действием ферментов. При инфекционных, аллергических и некротических процессах нарушается метаболизм, что приводит к деполимеризации гликопротеинов и сопровождается резким возрастанием содержания сиаловых кислот. Метод основан на способности сиаловых кислот в присутствии концентрированных кислот при нагревании давать буровато-фиолетовую окраску, интенсивность которой пропорциональна содержанию сиаловых кислот. Исследование идет в 3 этапа:

1) осаждение белков;

2) гидролиз безбелкового фильтрата с высвобождением сиаловых кислот из олигосахаридов;

3) колориметрия.

В норме концентрация сиаловых кислот в сыворотке крови колеблется в пределах 620-730 мг/л (135-200 уе)

Диагностическое значение имеет увеличение количества сиаловых кислот, оно бывает при опухолях головного мозга, инфаркте миокарда, туберкулезе, поражениях печени и других заболеваниях, протекающих с деструкцией соединительной ткани. Снижение содержания сиаловых кислот характерно для дегенератив-ных процессов в центральной нервной системе, анемии, болезни Вильсона.