PROTEOGLIKANI: ZGRADBA, ZNAČILNOSTI, FUNKCIJA, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

V proteoglikani so glikoziliranih proteinov, običajno povezane z glikozaminoglikan substituentov (GAG) anionskega. Običajno jih najdemo na zunanji strani celične membrane ali "napolnijo" zunajcelični prostor, zato so del mnogih vezivnih tkiv.

Od teh zapletenih makromolekul so bile najbolj raziskane in analizirane tiste hrustančne celice pri vretenčarjih, saj zunajcelični matriks v teh obsega več kot 90% suhe mase tkiva, ki ga sestavljajo, pri čemer med drugim vplivajo na oz. odpornost na stiskanje.

Struktura zunajcelične matrike, ki tvori hialinski hrustanec (Vir: Glej stran za avtorja / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prek Wikimedia Commons)

Strukturno proteoglikani prispevajo k organizaciji zunajceličnega matriksa, ki daje številnim posameznim tkivom ali celicam njihove najbolj značilne fizične lastnosti. Poleg tega so pomembni za številne medcelične komunikacijske in signalne dogodke.

So izredno obilne, vseprisotne (so v številnih vrstah celic) in zapletene beljakovine, katerih biološke funkcije in biokemijske lastnosti v bistvu izhajajo iz lastnosti njihovih sestavin ogljikovih hidratov, ki imajo veliko sposobnost hidracije.

Aktivno sodelujejo pri medcelični komunikaciji, v adhezijskih in migracijskih procesih in so vključeni tudi v razvoj različnih tkiv pri živalih, kot so perinevronalne mreže živčnega sistema.

Sestava in značilnosti proteoglikanov

Proteoglikani so glikozilirani proteini na zunajcelični površini, čeprav jih lahko najdemo v medceličnih oddelkih. Običajno so zelo obilne molekule, vendar je njihova številčnost odvisna od vrste obravnavane celice.

Običajno del proteoglikana ogljikovih hidratov sestavljajo molekule glikozaminoglikana, ki so linearni polisaharidi, sestavljeni iz ponavljajočih se disaharidov, običajno iz acetiliranega amino sladkorja, ki se izmenjuje z uronsko kislino.

Njegova splošna struktura je torej sestavljena iz beljakovinskega "jedra", ki se lahko poveže z več kot 100 nerazvejenimi verigami glikozaminoglikana, ki so povezane z O-glikozilacijo.

So zelo raznolike molekule glede na strukturo, obliko in delovanje. Na primer v celicah vretenčarjev je bilo ugotovljenih več kombinacij različnih vrst beljakovin in različnih razredov glikozaminoglikanov, in sicer:

Beljakovine

- celični površinski transmembranski proteini (zunajcelični matriks)

- Beljakovine, ki so kovalentno povezane s sidri glikozilfosfatidilinozitola (GPI)

Glukozaminoglikani

- hialuronan (HA)

- hondroitin sulfat (CS)

- Keratan sulfat (KS)

- Dermatan sulfat (DS)

- heparan sulfat (HS)

Shema proteoglikanov in nekatere kombinacije glikozaminoglikanov (Vir: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prek Wikimedia Commons)

Nekateri proteoglikani, kot so sindekani, ki so transmembranski proteini, so pritrjeni na 2 verigi heparan sulfata in 1 na hondroitin sulfat; Medtem ima še en proteoglikan, agrekan (specifičen za hrustanec) približno 100 verig hondroitin sulfata in 30 keratan sulfata.

Iz zgornjega je razvidno, da so lastnosti glikozilacije vsakega proteina in vrsta celice, ki mu pripada, tiste, ki določajo identiteto vsakega proteoglikana na celični površini.

Funkcija

Njihove funkcije so odvisne od strukturnih značilnosti proteoglikanov. To še posebej velja za tiste lastnosti, ki so povezane z deležem glikozaminoglikana, saj te molekule omogočajo interakcijo beljakovin z drugimi elementi na celični površini.

Te beljakovine, bogate z ostanki heparan sulfata, se lahko relativno enostavno vežejo na različne rastne faktorje, na druge sestavine zunajceličnega matriksa, na encime, zaviralce proteaze, hemokine itd., Zato igrajo temeljno vlogo pri transdukciji signali v medcelično okolje.

Tako lahko proteoglikani izpolnjujejo strukturne funkcije v matrici ali pa imajo bolj specifične funkcije pri prenosu sporočil iz zunajceličnega okolja v citosolni prostor.

V zadnjih letih je zanimanje za proučevanje proteoglikanov močno naraslo, kar je povezano z odkritjem pomena teh molekul v nekaterih patoloških stanjih pri ljudeh.

Primer tega je Simpson-Simpsonov-Golabi-Behmelov sindrom (GBSS), za katerega je značilna pretirana rast pred in po porodu, rojstne napake in dovzetnost za nastanek tumorjev, povezanih z mutacijami v proteoglikanu, bogatem s heparan sulfatom. zasidran in GPI.

Glavni proteoglikani arterij in krvnih žil. Moleška teža beljakovinskega jedra je prikazana (Vir: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prek Wikimedia Commons)

Funkcije celic

Skoraj vsi celični procesi, ki vključujejo molekularne interakcije na celični površini, kot so interakcije med celico-matriki, celicami in ligandi-receptorji, se na tak ali drugačen način nanašajo na proteoglikane, saj se lahko vežejo na velike količine drugih molekul in jih je na površini precej obilno.

Med razvojem živčnega sistema in tudi med invazijo tumorja in metastaz, to je dogodkov, ki so povezani z gibanjem in podaljšanjem ali podaljšanjem celic, proteoglikani izvajajo zelo aktivne funkcije.

Ti glikozilirani proteini sodelujejo tudi v procesih adhezije, proliferacije in vzpostavljanja oblike celic, tisti, ki so transmembranski proteini s citosolno domeno, pa sodelujejo pri kaskadi transdukcije in signalizacije.

Primeri proteoglikanov

Aggrecano

Aggrecan je glavni proteoglikan, prisoten v hrustančnem tkivu, ki je povezan z drobci glikozaminoglikana "hialuronan" (HA) v zunajceličnem matriksu hondrocitov.

Hialuronan je linearni glikozaminoglikan, sestavljen iz izmeničnih ostankov glukuronske kisline in N-acetilglukozamina, ki jih najdemo tako na celični površini kot v zunajceličnem matriksu in znotraj celic.

Vezava hialuronana na agrekan se zgodi s pomočjo "vezivnega proteina", ki tvori pomembne agregate z molekulsko maso do nekaj milijonov daltonov.

Mnoge bolezni, povezane s starostjo, so povezane s povečano agregacijo agregana in hialuronana.

Pelecano

V ledvičnih glomerulih je kletna membrana sestavljena večinoma iz proteoglikana, znanega kot pelecan, ki je povezan z deli heparan sulfata. Ta proteoglikan ima pomembne funkcije kot mesto za selektivnost anionskega naboja med glomerularno filtracijo.

Ta proteoglikan ima največje beljakovinsko jedro, ki so ga opazili v kateri koli od teh molekul, in domneva se, da lahko ta beljakovinska domena medsebojno deluje z drugimi makromolekuli, ki so prisotne v kletni membrani.

Dekorin

Dekorin je majhen intersticijski proteoglikan, za katerega je značilno, da ima eno glikozaminoglikansko verigo in majhno proteinsko jedro. Je pomemben sestavni del mnogih vezivnih tkiv, veže se na kolagena vlakna tipa I in sodeluje pri sestavljanju zunajceličnega matriksa.

Reference

1. Godfrey, M. (2002). Zunajcelični matriks. V astmi in KOPB (str. 211-218). Akademski tisk.
2. Iozzo, RV in Schaefer, L. (2015). Oblika in delovanje proteoglikanov: celovita nomenklatura proteoglikanov. Matrix Biology, 42, 11–55.
3. Muncie, JM, & Weaver, VM (2018). Fizikalne in biokemijske lastnosti zunajceličnega matriksa uravnavajo usodo celic. V Aktualne teme v razvojni biologiji (letnik 130, str. 1–37). Akademski tisk.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, april). Celične funkcije proteoglikanov - pregled. Na seminarjih iz celične in razvojne biologije (letnik 12, št. 2, str. 65–67). Akademski tisk.
5. Petty, RE in Cassidy, JT (2011). Struktura in delovanje. V Učbenik otroške revmatologije (str. 6–15). WB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Delovanje proteoglikanov v zunajceličnem matriksu. Pathology International, 43 (6), 283–293.