Функции гликозамингликанов и протеогликанов

Связывание гликозоаминогликанов с другими внеклеточными макромолекулами вносит значитель­ный вклад в структурную организацию соединительнотканного матрикса. Гликозоаминогликаны мо­гут взаимодействовать с внеклеточными макромо­лекулами, белками плазмы, компонентами клеточ­ной поверхности и внутриклеточными макромолеку­лами.

Связывание гликозаминогликанов носит обычно электростатический характер, обусловленный их вы­раженной полианионной природой, однако некото­рые реакции связывания являются более специфич­ными. В целом гликозаминогликаны, содержащие IdUA, такие как дерматансульфат и гепарансульфат, связывают белки с большим сродством, чем гликозаминогликаны, со­держащие в качестве единственной уроновой кислоты GlcUA.

Взаимодействие с внеклеточными макромолекулами. Все гликозамино-гликаны, за исключением тех, в которых отсутствуют сульфатные (гиалуронат) или карбоксильные группы (кератансульфаты), при нейтральных значениях рН электростатически связываются с коллагеном. Присутствие IdUA спо­собствует более прочному связыванию, и протеогликаны взаимодействуют с коллагеном сильнее, чем соответствующие гликозаминогликаны. С каждым коллагеновым мономером связывается от 2 до 5 полисахаридных цепей. Все растворимые коллагены (I, II и III типов) связывают хондроитинсульфатные протеогликаны.

Хондроитинсульфат и гепарансульфат специфи­чески связываются с эластином.

Как отмечалось выше, хондроитинсульфатные и кератансульфатные цепи в составе соответствую­щих протеогликанов при посредстве связывающих белков образуют агрегаты с гиалуроновой кислотой. С одной молекулой гиалуроната может связываться до 100 протеогликановых молекул.

Взаимодействие с белками плазмы крови. В состав поверхности стенки артериальных сосудов входят протеогли­каны, содержащие гиалуронат, хондроитинсульфат, дерматансульфат и гепарансульфат. Из них с липопротеинами плазмы крови взаимодействует дерматансульфат. Кроме того, дерматансульфат, по-видимому, являет­ся главным гликозаминогликаном, синтезируемым гладкомышечными клетками артерий. Поскольку именно эти клетки пролиферируют при атеросклеротических поражениях артерий, дерматансульфат мо­жет играть значительную роль в образовании атеросклеротических бляшек.

Хотя гепарин синтезируется и запасается в туч­ных клетках, он всегда тесно связан с кровеносными сосудами. В силу своего высокого отрицательного заряда (обусловленного остатками IdUA и сульфа­та) гепарин интенсивно взаимодействует с некото­рыми компонентами плазмы. Он специфически связывает факторы свертывания крови IX и XI. Бо­лее важной для антикоагулянтной активности гепарина является его способность взаимодействовать с ₂-гликопротеином плазмы, называемым антитромби­ном III. Стехиометрическое связывание с гепарином (1:1) значительно усиливает инактивирующее дей­ствие антитромбина III на сериновые протеазы, в частности на тромбин.

Гепарансульфат, сходный с гепари­ном по структуре, также обладает способностью ускорять дей­ствие антитромбина III, но по эффекту значительно уступает гепарину.

Гепарин может специфически связываться с липопротеинлипазой, присутствующей в стенках капилля­ров, и вызывать высвобождение этого фермента в кровоток (антилипидемическое действие гепарина). Сходным образом связывается с гепари­ном и поступает в кровоток печеночная липаза, но это связывание происходит с меньшим сродством, чем в случае липопротеинлипазы.

Гликозаминогликаны и молекулы клеточной поверхности. Гепарин обладает способностью связываться с многими типами клеток, включая тромбоциты, клетки эндотелия артерий и гепатоциты. Хондроитинсульфат, дерматансульфат и гепарансульфат связываются с разными участками клеточ­ной поверхности, например фибробластов. Именно в этих участках гликозаминогликаны и протеогликаны подвергаются деградации.

Гиалуронат, по-видимому, участвует в процессах слипания клеток друг с другом, что играет столь важную роль в росте и развитии многоклеточных организмов.

Некоторые протеогликаны, вероятно, служат ре­цепторами и переносчиками макромолекул, в том числе липопротеинов, липаз и антитромбина. Про­теогликаны могут принимать участие в регуляции роста клеток, в межклеточных взаимодействиях и за­щите рецепторов клеточной поверхности.

Гликозаминогликаны и внутриклеточные макромолекулы. Протеогликаны и их гликозаминогликановые компоненты кроме взаимодействия с ферментами, участвующими в их биосинтезе и деградации, оказы­вают влияние на синтез белка и внутриядерные функции. В частности, гепарин может действовать на структуру хроматина и активировать ДНК-полимеразу in vitro. В какой степени эти эффекты являются физиологическими, неясно. Гликозамино­гликаны присутствуют в значительных количествах в ядрах различных типов клеток.

Хондроитинсульфаты, дерматансульфаты и гепа­рин могут активировать или ингибировать кислые гидролазы лизосом. Эти ферменты способны фор­мировать природные комплексы с гликозаминогликанами с образованием защищенных или неактив­ных форм.

Многочисленные гранулы, служащие для запаса­ния или секреции продуктов, такие, как базофильные гранулы тучных клеток, содержат сульфирован­ные гликозаминогликаны. Гликозаминогликан-пептидные комплексы, присутствующие в этих гра­нулах, могут играть роль в высвобождении биоген­ных аминов.