Протеогликаны и гликозаминогликаны

Протеогликаны и гликопротеины – это сложные молеку­лы, состоящие из белков с ковалентно связанными с ними олигосахаридными или полисахаридными цепями. Различие между гликопротеинами и протеогликанами состоит в химической природе углеводов связанных с белком. Важнейшую группу структурных полисахаридов составляют гликозаминогликаны, или кислые мукополисахариды. Чаще всего они присоединяются к белкам, образуя протеогликаны – соединения, в которых на долю полисахарида приходится основная часть молекулы – обычно более 95%. В противоположность в гликопротеинах большую часть молекулы составляет белковая часть. В протеогликанах каждый полисахарид состоит из повторяющихся дисахаридных единиц, в которых всегда присут­ствуют глюкозамин или галактозамин. Каждый дисахаридный компонент протеогликановых поли­сахаридов (за исключением кератансульфата) содер­жит также уроновые кислоты – L‑глюкуроновую кислоту (GlcUA) или L-идуроновую кислоту (IdUA). За исключением полисахарида гиалуроновой кислоты, все полисахариды протеогликанов содержат сульфатные группы в виде или О-эфиров, или N-сульфатов (в гепарине или гепаринсульфате).

В протеогликанах обнаружено три типа связей между протеогликановыми по­лисахаридами и их полипептидной цепью:

1. O-гликозидная связь между Хуl и Ser, характерная только для протеогликанов;

2. O-гликозидная связь между GalNAc и Ser (Thr), присутствующая в кератансульфате II;

3. N-гликозиламиновая связь между GlcNAc и амидным азотом Asn.

Биосинтез полисахахаридов протеогликанов. Пути образования полисахаридных цепей полностью идентичны путям, по которым происходит рост олигосахаридных цепей гликопротеинов. UDP–Xyl-трансфераза присоединяет остатки Хуl нуклеотидного сахара к Ser с образованием Хуl–Ser-О-гликозидной связи. Образование О-гликозидной связи между GalNAc и Ser (или Thr) осуществляется аналогичной UDP–GalNAc-трансферазой. N-гликозидная связь между GlcNAc и амидным азотом Asn образуется при участии липид-связанного полисахарида, долихол-Р–Р-полисахарида, который, как отмечалось выше, ответствен за транспорт предобразованного олиго- или полисахарида в процессе образования гликопротеинов. Однако детали этой реакции в ходе синтеза протеогликанов пока не установлены.

Процесс элонгации цепи протекает при участии нуклеотидсахаров, действующих в качестве доноров моносахаридных звеньев. Реакции регулируются в первую очередь субстрат­ной специфичностью отдельных гликозилтрансфераз. Ферментативные системы, участвующие в элонгации цепи, обладают способностью очень точно воспроизводить сложные полисахариды.

Завершение роста полисахаридной цепи является результатом проявления следующих феноменов:

1. кэпирующего эффекта сиалилирования специфическими сиалилтрансферазами;

2. сульфирования, в особенности по 4-м положениям сахаров;

3. удаления данного поли­сахарида с того места на мембране, где протекает ка­тализ.

После образования полисахаридной цепи проис­ходят многочисленные химические модификации, такие, как включение сульфатных групп в GalNAc-компоненты хондроитинсульфата и дерматансульфата и эпимеризация остатка GlcUA в остаток IdUA в гепарине и гепарансульфате.

В настоящее время известно 7 основных типов гликозаминогликанов, соединяющихся с белками в составе протеогликанов. Шесть из них обладают родственной структурой и содержат остатки уроновых кислот и гексозаминов, которые перемежаются в повторяю­щихся дисахаридных звеньях; исключение со­ставляет кератансульфат, лишенный уроновой ки­слоты. Все гликозаминогликаны, кроме гиалуроновой кислоты, содер­жат сульфированные сахара и ковалентно присоеди­нены к белкам. Указанные 7 типов полисахаридов могут различаться по составу входящих в них моно-меров, типу гликозидных связей, а также по количеству и локализации сульфатных заместителей.

Все гликозаминогликаны являются полианиона­ми благодаря присутствию в их структурах кислых сульфатных трупп или карбоксильных групп уроновых кислот. С этой особенностью гликозаминогликанов связаны многие их функциональные свойства.