Glykosaminoglykany a proteoglykany
Ponořte se do role glykosaminoglykanů a proteoglykanů včetně pěti typů glykosaminoglykanových řetězců a jejich struktury, biosyntézy, degradace a funkcí. Projděte si také produkty z oblasti glykosaminoglykanů a proteoglykanů pro váš výzkum.
Přečtěte si více o
Struktury GAG
Glykosaminoglykany (GAG) jsou velké lineární polysacharidy složené z opakujících se disacharidových jednotek s primární konfigurací obsahující aminocukr (buď GlcNAc, nebo GalNAc) a kyselinu uronovou (buď kyselinu glukuronovou, nebo kyselinu iduronovou). Existuje pět identifikovaných glykosaminoglykanových řetězců (obrázek 1):
Hyaluronan není sulfátovaný, ale ostatní glykosaminoglykanové řetězce obsahují sulfátové substituenty v různých polohách řetězce. Sulfátové skupiny stejně jako uronové kyseliny mají za následek, že glykosaminoglykanové řetězce mají záporný náboj. Polymery GAG jsou výrazně větší než N-glykany nebo O-glykany a řetězce jsou spíše lineární než rozvětvené jako u N-glykanů.
Obrázek 1. Sacharidové sekvence pěti typů glykosaminoglykanových řetězců s použitím monosacharidových symbolů: (A) Hyaluronan, (B) Chondroitin, (C) Dermatan, (D) Heparin a (E) Keratan. Je uvedena možná přítomnost sulfatace a její umístění (2S, 4S nebo 6S).
Hyaluronan
Hyaluronan (HA; kyselina hyaluronová) se skládá ze střídajících se zbytků β-D-(1→3) kyseliny glukuronové (GlcA) a β-D-(1→4)-N-acetylglukosaminu (GlcNAc) (obrázek 2). Na rozdíl od ostatních glykosaminoglykanů se hyaluronan neváže na proteiny a nevytváří proteoglykany.
Obrázek 2.Kyselina hyaluronová se skládá ze střídajících se zbytků β-D-(1 3) kyseliny glukuronové a β-D-(1 4)-N-acetylglukosaminu.
Obrázek 3.Chondroitin sulfát A se skládá ze střídavého kopolymeru β-glukuronové kyseliny a (1 3)-N-acetyl-β-galaktosamin-4 sulfátu.
Obrázek 4.Chondroitin sulfát B (dermatan sulfát) se skládá ze střídavého kopolymeru β-iduronová kyselina-(1 3)-N-acetyl-β-galaktosamin-4 sulfát.
Obrázek 5.Chondroitinsulfát C se skládá ze střídavého kopolymeru β-glukuronové kyseliny-(1 3)-N-acetyl-β-galaktosamin-6 sulfátu.
Heparan a heparin
Glykosaminoglykany heparan a heparin jsou složité heterogenní směsi opakujících se disacharidových jednotek sestávajících z kyseliny uronové (D-glukuronové nebo L-iduronové) a D-glukosaminu nebo N-acetyl-Dglukosaminu (obrázek 6). Na každé monosacharidové jednotce se vyskytují různé stupně sulfatace (na skupinách obsahujících kyslík a/nebo dusík), od nulové po trojnásobnou sulfataci. Heparan je méně sulfátovaný než heparin.
Obrázek 6.Heparan a heparin glykosaminoglykan se skládají z heterogenních směsí opakujících se jednotek D-glukosaminu a L-iduronových kyselin nebo D-glukuronových kyselin, sulfatace v jednotlivých zbytcích se může lišit.
Keratan
Keratan sulfát se od ostatních glykosaminoglykanových řetězců liší tím, že neobsahuje zbytky kyseliny uronové. Keratan se skládá z podjednotek nazetyllaktosaminu (βGal-β(1→4)-GlcNAc). Může být připojen k páteři proteinu buď prostřednictvím N-vazby, nebo O-vazby.
Proteoglykany jsou specifickou skupinou glykoproteinů, které mají k proteinu připojen alespoň jeden glykosaminoglykanový řetězec; kategorizace je obvykle podle přítomného řetězce (řetězců) GAG. Heparan/heparin sulfát a chondroitin sulfát jsou nejčastější GAG obsažené v proteoglykanech. Kromě toho většina proteoglykanů obsahuje také N-vázané a O-vázané glykany.
Biosyntéza a degradace
Biosyntéza kyseliny hyaluronové (hyaluronanu) probíhá stereospecifickou enzymatickou kopolymerací N-acetylglukosaminu a kyseliny glukuronové. Syntetázy hyaluronanu, které se tohoto procesu účastní, vyžadují jako donory cukrů UDP-Nacetylglukosamin a kyselinu UDP-glukuronovou a mohou vytvořit polymer o hmotnosti 1 000 000 daltonů za méně než minutu. Hyaluronan je štěpen hyaluronidázami; testikulární hyaluronidázy degradují hyaluronan na tetrasacharidy, zatímco bakteriální hyaluronidázy degradují hyaluronan na disacharidy. V lysozomech je hyaluronan degradován na monosacharidy N-acetylglukosamin, který je recyklován, a kyselinu glukuronovou, která je dále metabolizována pentózofosfátovou cestou.
Biosyntéza sulfátovaných glykosaminoglykanů zahrnuje jak polymerační, tak sulfatační kroky. Sulfatace probíhá pomocí sulfotransferáz využívajících 3′-fosfoadenyl-5′-fosfát (PAPS) aktivovaný donorem sulfátu. Keratanové řetězce mohou mít více než 20 000 daltonů a obsahují řadu laktosaminových (βGal-β(1→4)-GlcNAc) podjednotek, které jsou nesulfátované, monosulfátované (6 poloh GlcNAc) nebo disulfátované (6 poloh Gal i GlcNAc). U živočichů dochází k degradaci prostřednictvím sulfatázou katalyzovaného odstranění terminálního sulfátu a postupného působení exoglykosidáz. Bakteriální keratanázy mohou rozkládat keratan sulfát ve specifických polohách.
Jak chondroitin sulfát, tak heparan sulfát třídy sulfátovaných glykosaminoglykanů se spojují se serinovými zbytky v jádrových proteinech prostřednictvím společné tetrasacharidové konstrukce (GlcA-Gal-Gal-Xyl-Ser). Tento proces je zahájen xylosyltransferázou katalyzovanou vazbou xylózy za použití UDP-xylózy jako donoru. Po připojení tetrasacharidu se struktura proteoglykanu rozchází, protože další sacharidová vazba určuje třídu připojeného glykosaminoglykanu. β-glykosidická vazba na N-acetylgalaktosamin vede k připojení chondroitin sulfátu k peptidu, zatímco α-glykosidická vazba na N-acetylglukosamin vede k připojení heparan sulfátu.
Funkce glykosaminoglykanů & proteoglykanů
Glykosaminoglykany a proteoglykany mají mnoho funkcí. Hyaluronan je hlavní složkou extracelulární matrix; váže a zadržuje molekuly vody a vyplňuje mezery mezi kolagenními vlákny. CD44, lidský povrchový buněčný glykoprotein, který se podílí na mnoha buněčných funkcích, se váže na hyaluronan a interakce hyaluronan-CD44 byly spojeny s invazí maligních nádorů. Interakce glykosaminoglykanů s různými ligandy souvisejí se zánětem, růstem, koagulací, fibrinolýzou, lipolýzou a biologií buněčné matrix.
Proteoglykany jsou také složkami extracelulární matrix a interagují s řadou molekul, včetně molekul buněčné adheze a růstových faktorů, jako je transformující růstový faktor-β (TGF-β) a základní fibroblastový růstový faktor (bFGF).
Další technické zdroje najdete na naší stránce rozbočovače glykobiologie.
Glukosaminoglykany
Hydrolyázy a lyázy GAG
Odkazy
Abyste mohli pokračovat ve čtení, přihlaste se nebo vytvořte účet.
Nemáte účet?