Протеогликаны и гликозаминогликаны

Протеогликаны представляют собой сложные макромолекулы, состоящие из белковой сердцевины, к которой ковалентно присоединены гликозаминогликаны (ГАГ). Они являются важнейшими компонентами внеклеточного матрикса и мембранных структур, выполняя структурные, биохимические и регуляторные функции.

Структура протеогликанов

Белковая часть протеогликана формирует сердцевину, на которую присоединяются цепи ГАГ через специфические сериновые остатки. Эти цепи могут насчитывать десятки до сотен дисахаридных звеньев, образующих полисахаридные «щетки».

Гликозаминогликаны представляют собой линейные полисахариды, состоящие из повторяющихся дисахаридных единиц, включающих аминозахар (например, глюкозамин или галактозамин) и кислотный сахар (например, глюкуроновая или идуроновая кислота). ГАГ характеризуются высокой отрицательной зарядностью за счёт сульфатных и карбоксильных групп, что обеспечивает их способность связывать воду, катионы и белки.

Основные типы гликозаминогликанов

1. Гепарансульфат (HS) – присутствует в мембранных и внеклеточных протеогликанах; участвует в координации роста клеток и регуляции коагуляции.
2. Хондроитинсульфат (CS) – формирует хрящевую ткань, придаёт механическую прочность и эластичность; способен связывать ростовые факторы.
3. Дерматансульфат (DS) – участвует в структурной организации кожи и сосудистых стенок, регулирует клеточную адгезию.
4. Кератансульфат (KS) – встречается в роговице и хряще, участвует в поддержании прозрачности тканей и гидратации.
5. Гиалуроновая кислота (HA) – не сульфатированный ГАГ, образующий длинные линейные цепи; обеспечивает вязкость синовиальной жидкости, участвует в клеточной миграции и заживлении ран.

Биосинтез протеогликанов

Синтез начинается с трансляции белковой сердцевины в эндоплазматическом ретикулуме. На этапе гликозилирования к определённым сериновым остаткам присоединяются тетрасахаридные «якоря», формирующие точку старта для удлинения ГАГ-цепей в аппарате Гольджи. Удлинение дисахаридных последовательностей сопровождается их модификацией: сульфатированием, эпимеризацией, что определяет функциональные свойства готового протеогликана.

Функциональные свойства

• Гидратация и поддержка объёма тканей: высокоотрицательно заряженные ГАГ притягивают воду, создавая гидрофильный гель, который обеспечивает тургор тканей и амортизацию механических нагрузок.
• Молекулярный фильтр: плотные сети протеогликанов в базальных мембранах ограничивают диффузию макромолекул, формируя селективный барьер.
• Модуляция сигналинга: протеогликаны связывают ростовые факторы, цитокины и протеазы, регулируя клеточную пролиферацию, миграцию и дифференцировку.
• Структурная поддержка: взаимодействуют с коллагеновыми и эластиновыми фибриллами, стабилизируя внеклеточный матрикс.

Распределение в тканях

Протеогликаны имеют тканеспецифическое распределение:

• Хрящ – аггрекан, богатый CS и KS, обеспечивает упругость.
• Кожа – дерматан- и хондроитсульфаты, поддерживающие эластичность и гидратацию.
• Сосудистая стенка – перлекан и декорин, регулирующие проницаемость и связывающие липиды.
• Нервная ткань – нейрогликан и бракакан, влияющие на рост аксонов и пластичность синапсов.

Патологические аспекты

Нарушения синтеза или деградации протеогликанов приводят к заболеваниям:

• Мукополисахаридозы – генетические дефекты ферментов, расщепляющих ГАГ, вызывают накопление полисахаридов в тканях и органах.
• Остеоартроз – деградация аггрекана снижает упругость хряща.
• Фиброз и склероз – аномальное накопление протеогликанов изменяет структуру и механические свойства соединительной ткани.

Методы исследования

• Гистохимия и иммуногистохимия – выявление ГАГ и белковой сердцевины протеогликанов.
• Хроматография и масс-спектрометрия – идентификация дисахаридных компонентов и степени сульфатирования.
• Ядерный магнитный резонанс и рентгеноструктурный анализ – изучение пространственной структуры и конформации макромолекул.

Протеогликаны и гликозаминогликаны формируют ключевой функциональный каркас внеклеточного матрикса, обеспечивая механическую, гидратирующую и регуляторную роль в тканях. Их структурная разнообразность и химическая модификация делают их универсальными биомолекулами, критически важными для гомеостаза и адаптивных процессов организма.