Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_3 (1123311), страница 72
Текст из файла (страница 72)
По мере роста цепи происходит сульфатнрованне с нспольпованяелс в качестве донора б'-фосфозденознн-б'-фосфсюульфзта (РАР) (стадня 7). ((годен 1., р. 401, 1и %. М. Р(зьщап, ед., Ме1аьо11с Соп)ппз1ноп апд Ме1аЬо!1с Нудго1умз, чо1. П, Асад, Ргева, 1цсп Ыечс Уог1с. 1970.1 36. соединительная ткАнь аппарат Гольджи, где связанные с мембранами трансферазы начинают последовательный сиятез олигосахаридных групп. Сульфатирование, очевидно, происходит во время роста цепи, в качестве донора выступает 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат (разя. 20.4.!); степень сульфатирования может служить сигналом к окончанию синтеза.
Полностью синтезированные молекулы поступают из аппарата Гольджи в область плазматической мембраны клетки н затем секретируются. Имею1циеся в настоящее время данные не дают основания постулировать наличие особого механизма регуляции синтеза протеогликанов; синтез различных протеогликаиов. обусловлен строгой субстратной специфичностью ферментов, функционирующих в данной клетке.
Связанный с аспарагином углевод имеется, по-видимому, только в кератансульфатах, и в бпсиитезе этих веществ, как предполагают, принимают участие долнхолфосфатзависимые траисферазы (гл. 15). В синтезе других гликоэаминоглнканов должны участвовать также другие трансферазы и злимераза, катализнрующая превращение остатков о-глюкуроновой кислоты в остатки ь-идуроновой кислоты. Вначале в повторяющуюся дисахаридную единицу глнкозаминогликанов, например дерматаисульфата, включается глюкуроновая кислота, и после того как полимер достигает соответствующей длины, о-глюкуроновая кислота эпимеризуется в ь-идуроновую кислоту.
33.4.3. Протеогликановые агрегаты При соответствующих условиях экстракцни хрящевой ткани можно выделить смесь протеогликапов и коллагена, которые затем можно разделить с помощью ультрацентрифугировання. Фракцию протеогликанов, называемую протеогликановыми агрегагали, можно разделить (с помощью ультрацентрифугирования в градиенте плотности СЯС1) на фракции гиалуроновой кислоты, дезагрегированных протеогликанов (так называемых протеогликаноаых субьединиц) и низкомолекулярных белков. Стабильные протеогликановые агрегаты можно реконструировать только при объединении всех трех фракций.
Исследование протеогликановых агрегатов и трех составляющих их компонентов показало, что молекулярная масса агрегатов находится в пределах (30 — 2!0).!Ок. Гиалуроновая кислота [М(-0,2 — 2)-10'1 и протеогликановые субъединицы !М(2--5).10а1 также полидисперсиы, причем величина молекулярной массы часто зависит от источника выделения. Ниэкомолекулярная фракция содержит 2 различных белка, называемых связующими белками (М-40000 и 65000). Основную массу агрегатов составляют субъединицы протеогликанов; на долю гиалуроновой кислоты и связующих белков приходится только около 22 — 1503 Ил ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА гнвлуроновая ннслохпв связуехщнй белок кервшвнсулылеш Хондроншннсулырвхе норовый белок субъеднннцы 'Рис.
38.6. Модель щеточной структуры агрегатов протеоглнкана нз хряща. Протеогликановая субъеднннца содержит олнгосахаридные цепи кератансульфата н хондронтинсульфата, ковалентно связанные с полипептидным остовом (коровый белок) субъединииы. Субъединицы нековалентно связаны с длинной янтевндной молекулой гиалуроновой кислоты с помощью связующих белков.
Длина молекулы -гиалуроновой кислоты может значительно варьировать, но субъединнцы протео гликана расположены равнонсрно вдоль всей цепи. Длину цепи хондроитинсульфата на схеме уменьшили для того, чтобы избежать перекрывания соседних субъединиц, но в целом масштаб диаграммы выдержан в соответствии с даннымн влектронной микроскопии (рис, 38.7). [7(азелдегд 7., 3!гпс1нге о! Саг(Пабе Рго(сом!усапз, р. 107, ш Р. М.
С. Вцг!е1ду, А. К. Рос!е, ебв., Вупапйи о! Соппесйче 1!ьзче Мастодо!есц1ез. Ашег!сап Е!зет!еч РоЫ. Сошр. р!етч ТогК 1975.] аь совдинитальнля тклнь, 1ъ общей массы, Каждый из трех компонентов агрегата может связываться с любым из двух других, однако наиболее стабильные агрегаты образуются только при взаимодействии всех трех компонентов. На основе этих и других имеющихся данных предполагается, что агрегаты протеоглнканов имеют структуру типа бутылочной щетки, представленную схематически на рис. 38.6. В этой структуре стержнем субъединицы протеогликана является полипептидный остов, взаимодействующий одним из концевых участков с гиалуроновой кислотой и связующим белком. Полнпептидные цепи отходят от гиалуроновой кислоты, образуя структуру, подобную щетке; в области концевого участка полипептидного остова, контактирующего с гиалуроновой кислотой, находятся ковалентно связанные олигосахарядные цепи кератансульфата, и на более удаленном расстоянии от места контакта — цепи хондронтинсульфата.
Участок полипептидной цепи. связывающий гиалуроновую. кислоту, имеет постоянные размеры, протяженность же другого участка полипептидной цепи, к которому присоединяются кератансульфаты и хондроитинсульфаты, может быть различной, что и является причиной вариаций молекулярной массы субъеднннц протеогликанов. Согласно модели структуры агрегатов протеогликана, представленной на рис. 38.6, гиалуроновая кислота образует длинную нить. к которой в периодической последовательности по всей длине присоединено больпюе число'протеогликановых субъеднниц и связующих белков.
Электронная микрофотография агрегатов, приведенная на рнс. 38.7, свидетельствует в пользу этой точки зрения. Предполагается, что гиалуроновая кислота образует нитевидный остов, который в случае, показанном на рис. 38.7, имеет длину 4200 нм; к' нему присоединяется около 140 протеоглнкановых субъедипиц различной длины, располагающихся латерально по.
отношению к остову. Длина нити гиалуроновой кислоты может быть различной (от 450 до 4200 нм)„но независимо от ее длины на каждые 30 — 30 нм приходится одна протеогликановая субъединица. На этой микрофотографии цепи кератансульфата и хондроитинсульфата отчетливо не видны; они едва заметны на полипептидном остове; при более высоком разрешении (рис. 38.7, вставка) они видны лучше. Полагают, что цепи кератансульфата имеют в длину примерно 8 нм, а хондроятинсульфата — около 20 — 30 им.
Протеоглнкаиовые субъединицы связывают также коллаген, по-видимому, за счет электростатических взаимодействий. Протеогликан хряща эмбрионов цыплят связывает и осаждает растворимый коллаген типов 1, П и 1И (разд. 38.1.1), выделенный из различных тканей; это связывание зависит преимущественно от структуры полипептидной цепи протеогликановой субъединицы, а не от структуры олигосахаридных групп. гЪ'.
ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА Рис. 90.7. Электронная микрофотография агрегата протеоглнкана из суставного хрягца быка; видны ннтн протеоглнкана, расположенные латсрально но отногленню к нитевидному тввгу гналуроновой кислоты длиной -4200 нм. Белая полоска наверху равна 1000 нм, Размер повторяюгасйся днсахаридной единицы хондроитинсульфата ! нм (у(71000), В квадрате †.электронно-микроскопическая фотография субъединицы протеогликана, ввдны нскоторые олнгосахаридные боковые цепи, ответвляюпгиеся от полнпептидного остова (Х69000), [))озелбегб (, йе!!глен 9Г., )(!еиисйтЫ! А. К., Х. Вю!. Сйею., 200, 1879 (1975). Сонг(езу о( )уг.
) . КозепЬегй,) $6. соядинительизя ткАнь 14ЭЗ 38.4.4. Функции протеогликанов Наиболее интересное свойство различных протеогликанов состоит в том, что все они представляют собой поливалентные аниомы, которые притигивают и прочно связывают катионы. Даже К+ и Ха+ связываются так прочно, что их ионные свойства не проявляются. Все протеогликаиы имеют тенденцию к агрегации; этот процесс ускоряется поливэлентными катионами„такими, как, например, Са'+. Более длинные цепи, особенно цепи гналуроновой кислоты, свертываются относительно беспорядочным образом, занимая большое пространство, заполненное в основном молекулами растворителя — воды.
В это пространство (домен) имеют доступ небольшие молекулы или ионы, однако крупные молекулы (например, сывороточный альбумин) не могут проникать в него. Молекула гиалуроновой кислоты ()И 1 ° 106), имеющая в растянутом состоянии длину 2500 нм, или 2,5 мкм, образует в 0,017р-иом растворе сферу с эффективным радиусом 200 нм. Суммарный объем будет определяться объемом доменов; в разбавленных растворах домены не взаимодействуют друг с другом; в более концентрированных — домены контактируют, сжимаются и проникают друг в друга, что и определяет очень высокую вязкость таких растворов. Величина объема, занимаемого доменом молекулы гиалуроновок кислоты, в 75000 раз больше объема, занимаемого тремя жесткимн, плотно упакованными палочками тропоколлагена, имеющими в сумме такую же эффективную молекулярную массу. Высокая вязкость растворов гиалуроновой кислоты позволяет предполагать, что она может служить смазочным материалом в суставах и изменение вязкости суставной жидкости при ревматических заболеваниях является следствием изменений, происходящих в структуре иротеогликанов.
Протеогликэны оказывают также сопротивление перемещению воды под внешним давлением и придают тканям эластичность н устойчивость по отношению к сжатию. Более того, подобно декстранам и атарове (гл. 5), они функционируют как молекулярные сита, ограничивая перемещение крупных катионов и препятствуя проникновению внутрь доменов протеогликана молекул, имеющих размеры альбумина и иммуноглобулина. Полагают, что эти свойства протеогликанов важны для их физиологических функций; неясно, однако, в связи с этим, какое значение имеют различия в содержании гликозаминогликанов в различных тканях.
Гиалуроновая кислота участвует также в морфогеиезе и, по-видимому, регулирует агрегацию мсзенхималькых клеток в эмбриогенезе. Гидролиз гиалуроновой кислоты под действием эндогенной гиалуронидазы (равд. 38.4.5) совпадает с агрегацией и последующей дифференцировкой мезенхимальных клеток в регеиерирующей ,.конечности тритона и в развивающихся конечностях и скелете пь жидкАя сРвдл ОРГАнизмА эмбриона цыпленка.
В период развития роговицы цыпленка, на стадии, когда увеличивается прозрачность ткани, содержание гиалуроновой кислоты уменьшается, а хоидроитннсульфата увеличивается. Крайне незначительные количества гиалуроновой кислоты угнетают хондрогенез в клеточных культурах хондроцитов, возможно, вследствие нарушения процесса агрегации протеогликана. 88.4.5. Обновление протеогликаиов; мукополисахаридозы Опыты с мечеными сахарами, аминокислотами и сульфатом показывают, что происходит постоянный распад н ресннтез протеогликанов, причем скорость этого процесса различна для индивидуальных протеогликанов специфических тканей. Время полужизни хондроитинсульфата хряща 9-недельных крыс составляет 7— 9 суток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
