Основы биохимии Том 1 - А. Ленинджер 1985

Биомолекулы
Углеводы: строение и биологические функции
Гликозаминогликаны и протеогликаны - важные компоненты соединительной ткани

Еще одну группу структурных и защитных полисахаридов составляют гликозаминогликаны, или кислые мукополисахариды. Обычно они присоединяются к белкам, образуя протеогликаны (рис. 11 -24), т. е. такие состоящие из полисахаридов и белков соединения, в которых на долю полисахарида приходится основная часть молекулы - обычно более 95%. В отличие от протеогликанов в гликопротеинах, также состоящих из полисахаридов и белков, большую часть молекулы составляет белковая часть.

Гликозаминогликаны образуются из повторяющихся дисахаридных остатков, каждый из которых представляет собой производное аминогексозы - обычно D-глюкозамина или D-галактозамина. По меньшей мере один из двух сахаров в повторяющемся дисахаридном остатке гликозаминогликана содержит кислотную группу, несущую при pH 7 отрицательный заряд; как правило, это карбоксильная или сульфатная группа. Примером кислой гексозы может служить D-глюкуронат, образующийся из D-глюкозы путем ее окисления по шестому атому углерода (рис. 11-25). Гликозаминогликаны относятся таким образом к гетерополисахаридам, поскольку они состоят из чередующихся остатков моносахаридов двух разных типов (табл. 11-2). В названии «мукополисахариды» приставка муко - указывает на то, что эти полисахариды были получены впервые из муцина - скользкого смазывающего протеогликана, содержащегося в выделяемой слизи. Впоследствии термин «кислые мукополисахариды» стал использоваться применительно к кислым полисахаридам различных тканей позвоночных. Протеогликаны присутствуют в гелеобразном основном веществе («межклеточном цементе»), заполняющем в большинстве тканей пространство между клетками. Кроме того, они содержатся в хрящах, сухожилиях и коже, а также в синовиальной жидкости, выполняющей функцию смазки в суставах.

Гиалуроновая кислота - это гликозаминогликан межклеточного основного вещества тканей животных, состоящий из многократно чередуюшихся остатков D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина (рис. 11-26). Гиалуроновая кислота образует очень вязкие, гелеобразные растворы. Она часто встречается в сочетании с другими гликозаминогликанами. Секретируемый некоторыми патогенными бактериями фермент гиалуронидаза способен гидролизовать гликозидные связи гиалуроновой кислоты и тем самым облегчать проникновение бактерий в ткани. Гиалуронидаза позвоночных в процессе оплодотворения гидролизует состоящую из гликозаминогликанов внешнюю оболочку яйцеклетки, делая ее проницаемой для сперматозоида. Хондроитин, основной полисахарид протеогликанов хряща, содержит чередующиеся остатки D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-галактозамина. Дерматансульфат кожи также содержит чередующиеся остатки двух разных сахаров (табл. 11-2).

Таблица 11-2. Моносахаридные компоненты кислых полисахаридов характерных для соединительной ткани

Рис. 11-24. Схематическое изображение протеогликана, состоящего из разветвленного белкового каркаса, к которому присоединены многочисленные боковые цепи гликозаминогликанов. Вся структура сильно гидратирована.

Рис. 11-25. D-глюкуронат. Красным выделена карбоксильная группа в положении 6, диссоциирующая при pH, близких к 7.

Еще один важный гликозаминогликан - гепарин; он образуется лишь в определенных клетках, присутствующих главным образом в выстилающем слое стенок артерий. В состав гепарина входят повторяющиеся единицы из остатков шести сахаров, каждая из которых представляет собой последовательность чередующихся остатков сульфопроизводных N-ацетил-D-глюкозамина и D-идуроната. Гепарин - мощный ингибитор свертывания крови; он предотвращает образование тромбов в циркулирующей крови. Выделенный из легочной ткани гепарин используется в медицине для предотвращения свертывания донорской крови, а также для предупреждения свертывания крови в сосудах при различных патологических состояниях, например после приступов стенокардии.

Рис. 11-26. Повторяющаяся единица гиалуроната - линейного полимера, содержащего тысячи таких дисахаридных единиц. При pH 7 карбоксильная группа остатка D-глюкуроната полностью ионизирована.

В протеогликанах хрящей молекулы гликозаминогликанов ковалентно связаны с белком. Типичный протеогликан хрящевой ткани содержит около 150 полисахаридных цепей с молекулярной массой 20000 каждая; они (в виде боковых цепей) ковалентно присоединены к «сердцевинным» полипептидам. Такие протеогликаны представляют собой сильно гидратированные структуры (рис. 11-24).