PROTEOGLIKANY: BUDOWA, CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJA, PRZYKŁADY - BIOLOGIA

W proteoglikany glikozylowanych białek, na ogół związanych z podstawników glikozaminoglikanów (GAG) anionowej. Zwykle znajdują się na zewnątrz błony komórkowej lub „wypełniają” przestrzeń zewnątrzkomórkową, są więc częścią wielu tkanek łącznych.

Spośród tych złożonych makrocząsteczek najbardziej zbadane i przeanalizowane były komórki chrząstki kręgowców, ponieważ macierz zewnątrzkomórkowa w nich stanowi ponad 90% suchej masy tkanki, z której się składają, gdzie wpływają między innymi na: odporność na ściskanie.

Struktura macierzy zewnątrzkomórkowej tworzącej chrząstkę szklistą (Źródło: patrz strona dla autora / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) przez Wikimedia Commons)

Strukturalnie proteoglikany przyczyniają się do organizacji macierzy zewnątrzkomórkowej, która nadaje wielu poszczególnym tkankom lub komórkom ich najbardziej charakterystyczne właściwości fizyczne. Ponadto są one ważne dla wielu zdarzeń związanych z komunikacją międzykomórkową i sygnalizacją.

Są to niezwykle obfite, wszechobecne (występują w wielu typach komórek) i złożone białka, których funkcje biologiczne i właściwości biochemiczne wynikają zasadniczo z właściwości ich składników węglowodanowych, które mają dużą zdolność nawadniania.

Aktywnie uczestniczą w komunikacji międzykomórkowej, w procesach adhezji i migracji, a także biorą udział w rozwoju różnych tkanek u zwierząt, takich jak sieci okołonerwowe układu nerwowego.

Struktura i charakterystyka proteoglikanów

Proteoglikany to glikozylowane białka na powierzchni zewnątrzkomórkowej, chociaż są takie, które można znaleźć w przedziałach wewnątrzkomórkowych. Są to generalnie bardzo liczne cząsteczki, ale ich liczebność zależy od typu rozważanej komórki.

Zwykle węglowodanowa część proteoglikanu składa się z cząsteczek glikozoaminoglikanów, które są liniowymi polisacharydami złożonymi z powtarzających się disacharydów, zwykle z acetylowanego aminokwasu, który występuje na przemian z kwasem uronowym.

Jego ogólna struktura składa się zatem z „rdzenia” białka, które może łączyć się z ponad 100 nierozgałęzionymi łańcuchami glikozoaminoglikanów, połączonych za pomocą O-glikozylacji.

Są to cząsteczki dość zróżnicowane pod względem budowy, kształtu i funkcji. Na przykład w komórkach kręgowców zidentyfikowano kilka kombinacji różnych typów białek i różnych klas glikozaminoglikanów, a mianowicie:

Białko

- Białka transbłonowe na powierzchni komórki (macierz zewnątrzkomórkowa)

- Białka kowalencyjnie połączone z kotwicami glikozylofosfatydyloinozytolu (GPI))

Glukozaminoglikany

- Hialuronian (HA)

- Siarczan chondroityny (CS)

- siarczan keratanu (KS)

- siarczan dermatanu (DS)

- siarczan heparanu (HS)

Schemat proteoglikanów i niektórych kombinacji glikozaminoglikanów (źródło: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) przez Wikimedia Commons)

Niektóre proteoglikany, takie jak syndekany, które są białkami transbłonowymi, są przyłączone do 2 łańcuchów siarczanu heparanu i 1 siarczanu chondroityny; W międzyczasie inny proteoglikan, agrekan (specyficzny dla chrząstki), ma około 100 łańcuchów siarczanu chondroityny i 30 siarczanu keratanu.

Z powyższego należy rozumieć, że charakterystyka glikozylacji każdego białka, a także typ komórki, do której ono należy, określają tożsamość każdego proteoglikanu na powierzchni komórki.

Funkcjonować

Ich funkcje zależą od cech strukturalnych proteoglikanów. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku tych cech, które są związane z częścią glikozaminoglikanu, ponieważ te cząsteczki umożliwiają białku interakcję z innymi elementami na powierzchni komórki.

Te białka bogate w reszty siarczanu heparanu mogą stosunkowo łatwo wiązać się z różnymi czynnikami wzrostu, innymi składnikami macierzy zewnątrzkomórkowej, enzymami, inhibitorami proteazy, chemokinami itp., Dlatego odgrywają fundamentalną rolę w transdukcji sygnały do środowiska wewnątrzkomórkowego.

Zatem proteoglikany mogą pełnić funkcje strukturalne w macierzy lub pełnić bardziej specyficzne funkcje w przekazywaniu informacji ze środowiska zewnątrzkomórkowego do przestrzeni cytozolowej.

W ostatnich latach zainteresowanie badaniami proteoglikanów znacznie wzrosło, co jest związane z odkryciem znaczenia, jakie te cząsteczki odgrywają w niektórych stanach patologicznych u ludzi.

Przykładem tego jest zespół Simpsona-Golabiego-Behmela (GBSS), charakteryzujący się przesadnym wzrostem przed- i pourodzeniowym, wadami wrodzonymi i podatnością na powstawanie nowotworów związaną z mutacjami proteoglikanu bogatego w siarczan heparanu. i zakotwiczone przez GPI.

Główne proteoglikany tętnic i naczyń krwionośnych. Pokazano masę cząsteczkową rdzenia białkowego (źródło: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Funkcje komórki

Praktycznie wszystkie procesy komórkowe, które obejmują interakcje molekularne na powierzchni komórki, takie jak interakcje matryca komórkowa, komórka-komórka i ligand-receptor, muszą w taki czy inny sposób wiązać się z proteoglikanami, ponieważ są one zdolne do wiązania dużych ilości innych cząsteczek i są znacznie obfite na powierzchni.

Podczas rozwoju układu nerwowego, a także podczas inwazji guza i przerzutów, to znaczy zdarzeń związanych z ruchami i rozszerzaniem lub rozszerzaniem komórek, proteoglikany pełnią bardzo aktywne funkcje.

Te glikozylowane białka uczestniczą również w procesach adhezji, proliferacji i nadawania kształtu komórkom, a te, które są białkami transbłonowymi, które posiadają domenę cytozolową, uczestniczą w transdukcji i kaskadach sygnalizacyjnych.

Przykłady proteoglikanów

Aggrecano

Aggrecan jest głównym proteoglikanem obecnym w tkance chrzęstnej, który jest związany z fragmentami glikozoaminoglikanu „hialuronianu” (HA) w macierzy zewnątrzkomórkowej chondrocytów.

Hialuronian to liniowy glikozaminoglikan złożony z naprzemiennych reszt kwasu glukuronowego i N-acetyloglukozaminy, które można znaleźć zarówno na powierzchni komórki, jak iw macierzy zewnątrzkomórkowej oraz w komórkach.

Wiązanie hialuronianu z agrekanem zachodzi poprzez „białko wiążące”, które tworzy ważne agregaty o masie cząsteczkowej do kilku milionów daltonów.

Wiele chorób stawów związanych z wiekiem jest związanych ze zwiększoną agregacją agrekanu i hialuronianu.

Pelecano

W kłębuszkach nerkowych błona podstawna składa się głównie z proteoglikanu znanego jako pelekan, który jest powiązany z częściami siarczanu heparanu. Ten proteoglikan pełni ważne funkcje jako miejsce selektywności ładunku anionowego podczas filtracji kłębuszkowej.

Ten proteoglikan ma największy rdzeń białkowy, jaki zaobserwowano w którejkolwiek z tych cząsteczek i przypuszcza się, że ta domena białkowa może oddziaływać z innymi makrocząsteczkami obecnymi w błonie podstawnej.

Decorin

Decorin to mały śródmiąższowy proteoglikan, charakteryzujący się pojedynczym łańcuchem glikozoaminoglikanów i małym jądrem białkowym. Jest ważnym składnikiem wielu tkanek łącznych, wiąże się z włóknami kolagenu typu I i uczestniczy w tworzeniu macierzy zewnątrzkomórkowej.

Bibliografia

Godfrey, M. (2002). Macierz zewnątrzkomórkowa. W astmie i POChP (str. 211-218). Academic Press.
Iozzo, RV i Schaefer, L. (2015). Forma i funkcja proteoglikanów: pełna nomenklatura proteoglikanów. Matrix Biology, 42, 11–55.
Muncie, JM i Weaver, VM (2018). Fizyczne i biochemiczne właściwości macierzy zewnątrzkomórkowej wpływają na los komórek. W Aktualne tematy w biologii rozwoju (Vol. 130, str. 1-37). Academic Press.
Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, kwiecień). Funkcje komórkowe proteoglikanów - przegląd. W Seminars in cell & developmental biology (tom 12, nr 2, str. 65-67). Academic Press.
Petty, RE i Cassidy, JT (2011). Struktura i funkcja. W Podręczniku reumatologii dziecięcej (str. 6-15). WB Saunders.
Yanagishita, M. (1993). Funkcja proteoglikanów w macierzy zewnątrzkomórkowej. Pathology International, 43 (6), 283–293.

PROTEOGLIKANY: BUDOWA, CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJA, PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026