PROTEOGLIKĀNI: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, FUNKCIJA, PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

The proteoglikānu ir glikozilēts olbaltumvielas, kas parasti saistīta ar glikozaminoglikāna aizvietotāju (GAG) anjonu. Parasti tie atrodas šūnu membrānas ārpusē vai "aizpilda" ārpusšūnu telpu, tāpēc tie ir daļa no daudziem saistaudiem.

No šīm sarežģītajām makromolekulēm visvairāk tika pētītas un analizētas mugurkaulnieku skrimšļu šūnas, jo tajās esošā ārpusšūnu matrica satur vairāk nekā 90% no to sastādīto audu sausā svara, kur tie, cita starpā, ietekmē izturība pret saspiešanu.

Āršūnu matricas, kas veido hialīna skrimšļus, struktūra (Avots: autoru lapu skatiet / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Strukturāli proteoglikāni veicina ārpusšūnu matricas organizāciju, kas daudziem atsevišķiem audiem vai šūnām piešķir to raksturīgākās fizikālās īpašības. Turklāt tie ir svarīgi daudziem starpšūnu komunikācijas un signalizācijas notikumiem.

Tie ir ārkārtīgi bagātīgi, visuresoši (tie ir daudzu veidu šūnās) un sarežģīti proteīni, kuru bioloģiskās funkcijas un bioķīmiskās īpašības galvenokārt izriet no to ogļhidrātu sastāvdaļu īpašībām, kurām ir liela mitrināšanas spēja.

Viņi aktīvi piedalās starpšūnu komunikācijā, adhēzijas un migrācijas procesos, kā arī ir iesaistīti dažādu dzīvnieku audu, piemēram, nervu sistēmas perineuronālo tīklu, attīstībā.

Proteoglikānu struktūra un īpašības

Proteoglikāni ir glikozilēti proteīni ārpusšūnu virsmā, kaut arī ir daži, kas atrodami starpšūnu nodalījumos. Tās parasti ir ļoti bagātīgas molekulas, taču to pārpilnība ir atkarīga no aplūkojamo šūnu veida.

Parasti proteoglikāna ogļhidrātu daļu veido glikozaminoglikāna molekulas, kas ir lineāri polisaharīdi, kas sastāv no atkārtotiem disaharīdiem, parasti no acetilēta aminos cukura, kas mijas ar uronskābi.

Tāpēc tā vispārējo struktūru veido olbaltumvielu "kodols", kas var saistīties ar vairāk nekā 100 nesazarotām glikozaminoglikāna ķēdēm, kas savienotas ar O-glikozilācijas palīdzību.

Tās ir diezgan dažādas molekulas pēc struktūras, formas un funkcijas. Piemēram, mugurkaulnieku šūnās ir identificētas vairākas dažādu veidu olbaltumvielu kombinācijas un dažādas glikozaminoglikānu klases, proti:

Olbaltumvielas

- Šūnas virsmas transmembranālie proteīni (ārpusšūnu matrica)

- olbaltumvielas, kas ir kovalenti saistītas ar glikozilfosfatidilinozīta (GPI) enkuriem)

Glikozaminoglikāni

- hialuronāns (HA)

- hondroitīna sulfāts (CS)

- keratāna sulfāts (KS)

- Dermatāna sulfāts (DS)

- heparāna sulfāts (HS)

Proteoglikānu un dažu glikozaminoglikānu kombināciju shēma (Avots: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Daži proteoglikāni, piemēram, sintikāni, kas ir transmembranālie proteīni, ir pievienoti 2 heparāna sulfāta un 1 hondroitīna sulfāta ķēdēm; Tikmēr citā proteoglikāna agrekānā (specifiski skrimšļiem) ir aptuveni 100 hondroitīna sulfāta un 30 keratāna sulfāta ķēžu.

No visa iepriekšminētā ir saprotams, ka katra proteīna glikozilācijas īpašības, kā arī šūnu tips, pie kura tie pieder, ir tie, kas nosaka katra proteoglikāna identitāti uz šūnas virsmas.

Funkcija

Viņu funkcijas ir atkarīgas no proteoglikānu strukturālajām īpašībām. Tas jo īpaši attiecas uz tām īpašībām, kuras ir saistītas ar glikozaminoglikāna daļu, jo šīs molekulas ļauj proteīnam mijiedarboties ar citiem elementiem uz šūnas virsmas.

Šīs olbaltumvielas, kas bagātas ar heparāna sulfāta atlikumiem, var relatīvi viegli saistīties ar dažādiem augšanas faktoriem, ar citiem ārpusšūnu matricas komponentiem, ar fermentiem, proteāzes inhibitoriem, kemokīniem utt., Tāpēc tiem ir būtiska loma signāli intracelulārajai videi.

Tādējādi proteoglikāni var pildīt matricas strukturālās funkcijas vai arī tiem var būt specifiskākas funkcijas ziņojumu pārraidīšanā no ārpusšūnu vides uz citozīnu.

Pēdējos gados ir ievērojami pieaugusi interese par proteoglikānu izpēti - tas ir saistīts ar šo molekulu nozīmīguma atklāšanu dažos patoloģiskos apstākļos cilvēkiem.

To piemērs ir Simpsona-Golabi-Behmela sindroms (GBSS), kam raksturīga pārspīlēta pirms un pēcdzemdību izaugsme, iedzimti defekti un uzņēmība pret audzēju veidošanos, kas saistīta ar mutācijām proteoglikānā, kas bagāts ar heparāna sulfātu. un noenkurots ar GPI.

Galvenie artēriju un asinsvadu proteoglikāni. Parādīta olbaltumvielu kodola molekulmasa (Avots: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Šūnu funkcijas

Praktiski visiem šūnu procesiem, kas ietver molekulāru mijiedarbību uz šūnas virsmas, piemēram, šūnas-matricas, šūnas-šūnas un ligandu-receptoru mijiedarbībai, vienā vai otrā veidā ir jābūt saistītai ar proteoglikāniem, jo ​​tie spēj saistīties lielos daudzumos. citu molekulu un ir ievērojami bagātīgi uz virsmas.

Nervu sistēmas attīstības laikā, kā arī audzēja iebrukuma un metastāžu laikā, tas ir, notikumos, kas saistīti ar kustībām un šūnu paplašināšanu vai paplašināšanu, proteoglikāni veic ļoti aktīvas funkcijas.

Šie glikozilētie proteīni piedalās arī adhēzijas, proliferācijas un šūnu formas veidošanās procesos, un tie, kas ir transmembranālie proteīni, kuriem ir citosolītais domēns, piedalās transdukcijas un signalizācijas kaskādēs.

Proteoglikānu piemēri

Aggrecano

Aggrekāns ir galvenais skrimšļainā audos esošais proteoglikāns, kas ir saistīts ar glikozaminoglikāna "hialuronāna" (HA) fragmentiem hondrocītu ārpusšūnu matricā.

Hialuronāns ir lineārs glikozaminoglikāns, kas sastāv no mainīgām glikuronskābes un N-acetilglikozamīna atliekām, kuras var atrast gan uz šūnu virsmas, gan ārpusšūnu matricā, gan šūnu iekšpusē.

Hialuronāna saistīšanās ar aggrekānu notiek caur “saistošu proteīnu”, kas veido svarīgus agregātus ar molekulmasu līdz vairākiem miljoniem daltonu.

Daudzas ar vecumu saistītas locītavu slimības ir saistītas ar paaugstinātu agregānu un hialuronānu agregāciju.

Pelecano

Nieru glomerulos pagraba membrāna galvenokārt sastāv no proteoglikāna, kas pazīstams kā pelecan, kas ir saistīts ar heparāna sulfāta porcijām. Šim proteoglikānam ir svarīgas funkcijas kā anjonu lādiņa selektivitātes vieta glomerulārās filtrācijas laikā.

Šim proteoglikānam ir lielākais olbaltumvielu kodols, kāds novērots jebkurā no šīm molekulām, un tiek spekulēts, ka šis olbaltumvielu domēns var mijiedarboties ar citām makromolekulām, kas atrodas pagraba membrānā.

Decorin

Decorin ir mazs intersticiāls proteoglikāns, un to raksturo tas, ka tam ir viena glikozaminoglikāna ķēde un mazs olbaltumvielu kodols. Tā ir daudzu saistaudu svarīga sastāvdaļa, tā saistās ar I tipa kolagēna šķiedrām un piedalās ārpusšūnu matricas montāžā.

Atsauces

1. Godfrejs, M. (2002). Āršūnu matrica. Astmā un HOPS (211.-218. Lpp.). Akadēmiskā prese.
2. Iozzo, RV, & Schaefer, L. (2015). Proteoglikāna forma un funkcijas: visaptveroša proteoglikānu nomenklatūra. Matrix Biology, 42, 11–55.
3. Muncie, JM, & Weaver, VM (2018). Āršūnu matricas fizikālās un bioķīmiskās īpašības regulē šūnu likteni. Aktuālajās tēmās attīstības bioloģijā (130. sējums, 1.-37. Lpp.). Akadēmiskā prese.
4. Perrimons, N., un Bernfīlds, M. (2001, aprīlis). Proteoglikānu šūnu funkcijas - pārskats. Semināros šūnu un attīstības bioloģijā (12. sējums, Nr. 2, 65. – 67. Lpp.). Akadēmiskā prese.
5. Petty, RE un Cassidy, JT (2011). Uzbūve un funkcijas. Bērnu reimatoloģijas mācību grāmatā (6.-15. Lpp.). PB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Proteoglikānu darbība ārpusšūnu matricā. Pathology International, 43 (6), 283-293.