PROTEOGLYKÁNY: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, FUNKCIA, PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto proteoglykánmi sú glykozylované proteíny, zvyčajne spojené s glykozaminoglykanovej substituentmi (GAG) aniónové. Zvyčajne sa nachádzajú na vonkajšej strane bunkovej membrány alebo „vyplňujú“ extracelulárny priestor, takže sú súčasťou mnohých spojivových tkanív.

Z týchto komplexných makromolekúl boli najviac študované a analyzované tie, ktoré boli chrupavkových buniek u stavovcov, pretože extracelulárna matrica v nich obsahuje viac ako 90% suchej hmotnosti tkaniva, ktoré tvoria, kde ovplyvňujú okrem iného: odolnosť proti stlačeniu.

Štruktúra extracelulárnej matrice, ktorá tvorí hyalínovú chrupavku (Zdroj: Pozri stránku autora / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Štruktúrne proteoglykány prispievajú k organizácii extracelulárnej matrice, ktorá dáva mnohým jednotlivým tkanivám alebo bunkám najvýraznejšie fyzikálne vlastnosti. Ďalej sú dôležité pre mnohé medzibunkové komunikačné a signalizačné udalosti.

Sú extrémne bohaté, všadeprítomné (vyskytujú sa v mnohých druhoch buniek) a komplexné proteíny, ktorých biologické funkcie a biochemické vlastnosti sa v zásade odvodzujú od charakteristík ich uhľohydrátových zložiek, ktoré majú veľkú hydratačnú kapacitu.

Aktívne sa zúčastňujú na medzibunkovej komunikácii, na procesoch priľnavosti a migrácie a podieľajú sa tiež na vývoji rôznych tkanív zvierat, ako sú perineuronálne siete nervového systému.

Štruktúra a vlastnosti proteoglykánov

Proteoglykány sú glykozylované proteíny na extracelulárnom povrchu, aj keď sú niektoré, ktoré sa nachádzajú v intracelulárnych kompartmentoch. Všeobecne sa jedná o veľmi početné molekuly, ale ich množstvo závisí od typu uvažovanej bunky.

Sacharidová časť proteoglykánu zvyčajne pozostáva z glykozaminoglykánových molekúl, ktoré sú lineárnymi polysacharidmi zloženými z opakujúcich sa disacharidov, zvyčajne z acetylovaného amino cukru, ktorý sa strieda s kyselinou urónovou.

Jeho všeobecná štruktúra preto pozostáva z proteínového „jadra“, ktoré sa môže asociovať s viac ako 100 nerozvetvenými glykozaminoglykánovými reťazcami, ktoré sú spojené pomocou O-glykozylácie.

Sú to dosť rozdielne molekuly, čo sa týka štruktúry, tvaru a funkcie. Napríklad v bunkách stavovcov bolo identifikovaných niekoľko kombinácií rôznych typov proteínov a rôznych tried glykozaminoglykánov, a to:

proteín

- Transmembránové proteíny bunkového povrchu (extracelulárna matrica)

- Proteíny kovalentne spojené s glykozylfosfatidylinozitolovými (GPI) kotvami)

glukozaminoglykánov

- Hyaluronan (HA)

- Chondroitín sulfát (CS)

- keratan sulfát (KS)

- Dermatan sulfát (DS)

- Heparan sulfát (HS)

Schéma proteoglykánov a niektorých kombinácií glykozaminoglykánov (Zdroj: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Niektoré proteoglykány, ako sú syndekany, ktoré sú transmembránovými proteínmi, sú pripojené k 2 reťazcom heparan sulfátu a 1 chondroitín sulfátu; Medzitým má ďalší proteoglykán, agrekan (špecifický pre chrupavku) asi 100 reťazcov chondroitín sulfátu a 30 keratán sulfátu.

Z vyššie uvedeného je zrejmé, že glykozylačné charakteristiky každého proteínu, ako aj typ bunky, ku ktorej patrí, sú tie, ktoré definujú identitu každého proteoglykánu na povrchu bunky.

funkcie

Ich funkcie závisia od štruktúrnych charakteristík proteoglykánov. To platí najmä pre tie vlastnosti, ktoré súvisia s glykozaminoglykánovou časťou, pretože tieto molekuly umožňujú proteínom interagovať s inými prvkami na bunkovom povrchu.

Proteíny bohaté na zvyšky heparan sulfátu sa môžu relatívne ľahko viazať na rôzne rastové faktory, na ďalšie zložky extracelulárnej matrice, na enzýmy, inhibítory proteáz, chemokíny atď., Preto hrajú zásadnú úlohu pri transdukcii signály do vnútrobunkového prostredia.

Proteoglykány tak môžu plniť štrukturálne funkcie v matrici alebo môžu mať špecifickejšie funkcie pri prenose správ z extracelulárneho prostredia do cytosolického priestoru.

V posledných rokoch záujem o štúdium proteoglykánov značne vzrástol, čo súvisí s objavením dôležitosti, ktorú majú tieto molekuly v niektorých patologických stavoch u ľudí.

Príkladom je syndróm Simpson-Golabi-Behmel (GBSS), ktorý sa vyznačuje prehnaným pre- a postnatálnym rastom, vrodenými defektmi a náchylnosťou k tvorbe nádorov spojenými s mutáciami v proteoglykáne bohatom na heparan sulfát. a zakotvené v GPI.

Hlavné proteoglykány artérií a krvných ciev. Uvádza sa molekulová hmotnosť proteínového jadra (Zdroj: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prostredníctvom Wikimedia Commons).

Bunkové funkcie

Prakticky všetky bunkové procesy, ktoré zahŕňajú molekulárne interakcie na bunkovom povrchu, ako sú napríklad interakcie bunka-matrica, bunka-bunka a ligand-receptor, musia akýmkoľvek spôsobom súvisieť s proteoglykánami, pretože sú schopné viazať sa na veľké množstvá. iných molekúl a sú na povrchu značne bohaté.

Počas vývoja nervového systému a tiež počas invázie nádoru a metastáz, to znamená udalostí, ktoré súvisia s pohybmi a rozširovaním alebo rozširovaním buniek, majú proteoglykány veľmi aktívne funkcie.

Tieto glykozylované proteíny sa tiež zúčastňujú na procesoch adhézie, proliferácie a vytvárania tvaru buniek a tie, ktoré sú transmembránovými proteínmi, ktoré majú cytosolickú doménu, sa podieľajú na transdukčných a signálnych kaskádach.

Príklady proteoglykánov

Aggrecano

Agrekan je hlavný proteoglykán prítomný v chrupavkovom tkanive, ktorý je asociovaný s fragmentmi glykosaminoglykánu „hyaluronan“ (HA) v extracelulárnej matrici chondrocytov.

Hyaluronan je lineárny glykozaminoglykán zložený zo striedajúcich sa zvyškov kyseliny glukurónovej a N-acetylglukozamínu, ktoré sa nachádzajú tak na povrchu bunky, ako aj v extracelulárnej matrici a vo vnútri buniek.

K väzbe hyaluronanu na agrekan dochádza prostredníctvom „väzbového proteínu“, ktorý tvorí dôležité agregáty s molekulovou hmotnosťou až niekoľko miliónov daltonov.

Mnohé ochorenia kĺbov súvisiace s vekom sú spojené so zvýšenou agregáciou agrekánu a hyaluronanu.

Pelecano

V obličkových glomerulách je základná membrána tvorená hlavne proteoglykánom známym ako pelecan, ktorý je spojený s časťami heparan sulfátu. Tento proteoglykán má počas glomerulárnej filtrácie dôležité miesto ako miesto selektivity aniónového náboja.

Tento proteoglykán má najväčšie proteínové jadro, ktoré bolo pozorované v ktorejkoľvek z týchto molekúl, a predpokladá sa, že táto proteínová doména môže interagovať s inými makromolekulami prítomnými v bazálnej membráne.

dekorinu

Decorin je malý intersticiálny proteoglykán a vyznačuje sa tým, že má jeden glykozaminoglykánový reťazec a malé proteínové jadro. Je dôležitou súčasťou mnohých spojivových tkanív, viaže sa na kolagénové vlákna typu I a zúčastňuje sa na zostavovaní extracelulárnej matrice.

Referencie

1. Godfrey, M. (2002). Extracelulárnej matrix. In Astma and COPD (pp. 211-218). Academic Press.
2. Iozzo, RV & Schaefer, L. (2015). Forma a funkcia proteoglykánu: komplexná nomenklatúra proteoglykánov. Matrix Biology, 42, 11-55.
3. Muncie, JM, a Weaver, VM (2018). Fyzikálne a biochemické vlastnosti extracelulárnej matrice regulujú osud buniek. In Aktuálne témy vo vývojovej biológii (Vol. 130, s. 1-37). Academic Press.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, apríl). Bunkové funkcie proteoglykánov - prehľad. Na seminároch v bunkovej a vývojovej biológii (zväzok 12, č. 2, s. 65-67). Academic Press.
5. Petty, RE, a Cassidy, JT (2011). Štruktúra a funkcia. V učebnici pediatrickej reumatológie (s. 6-15). WB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Funkcia proteoglykánov v extracelulárnej matrici. Pathology International, 43 (6), 283-293.