PROTEOGLYKANER: STRUKTUR, KARAKTERISTIKA, FUNKTION, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

De proteoglycaner er glycosylerede proteiner, der generelt er forbundet med glycosaminoglycan substituenter (GAG'er) anionisk. De findes normalt på ydersiden af ​​cellemembranen eller "fylder" det ekstracellulære rum, så de er en del af mange bindevæv.

Af disse komplekse makromolekyler har de mest studerede og analyserede været bruskceller hos hvirveldyr, da den ekstracellulære matrix i disse udgør mere end 90% af tørvægten af ​​det væv, de udgør, hvor de blandt andet påvirker modstand mod kompression.

Struktur af den ekstracellulære matrix, der udgør hyalinbrusk (Kilde: Se side for forfatter / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Strukturelt bidrager proteoglycaner til organiseringen af ​​den ekstracellulære matrix, der giver mange væv eller individuelle celler deres mest karakteristiske fysiske egenskaber. Desuden er disse vigtige for mange intercellulære kommunikations- og signalbegivenheder.

De er ekstremt rigelige, allestedsnærværende (de findes i adskillige typer celler) og komplekse proteiner, hvis biologiske funktioner og biokemiske egenskaber grundlæggende stammer fra egenskaberne ved deres kulhydratkomponenter, som har en stor kapacitet til hydrering.

De deltager aktivt i intercellulær kommunikation, i adhæsions- og migrationsprocesser og er også blevet involveret i udviklingen af ​​forskellige væv hos dyr, såsom nervesystemets perineuronale netværk.

Opbygning og egenskaber af proteoglycaner

Proteoglycaner er glycosylerede proteiner på den ekstracellulære overflade, skønt der er nogle, der kan findes i intracellulære rum. De er generelt meget rigelige molekyler, men deres overflod afhænger af den betragtede type celle.

Normalt består kulhydratdelen af ​​en proteoglycan af glycosaminoglycan molekyler, som er lineære polysaccharider sammensat af gentagne disaccharider, normalt af et acetyleret aminosukker, der skifter med uronsyre.

Dens generelle struktur består derfor af en protein "kerne", der kan assosieres med mere end 100 uforgrenede glycosaminoglycan-kæder bundet ved hjælp af O-glycosylering.

De er ret forskellige molekyler med hensyn til struktur, form og funktion. I cellerne hos hvirveldyr er der for eksempel blevet identificeret flere kombinationer af forskellige typer proteiner og forskellige klasser af glycosaminoglycaner, nemlig:

Protein

- Celleoverfladetransmembranproteiner (ekstracellulær matrix)

- Proteiner, der er kovalent bundet til glycosylphosphatidylinositol (GPI) -ankre)

glucosaminoglycaner

- Hyaluronan (HA)

- Chondroitinsulfat (CS)

- Keratansulfat (KS)

- Dermatan sulfat (DS)

- Heparansulfat (HS)

Skema med proteoglycaner og nogle kombinationer af glycosaminoglycans (Kilde: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Nogle proteoglycaner, såsom syndecaner, som er transmembrane proteiner, er bundet til 2 kæder heparansulfat og 1 chondroitinsulfat; I mellemtiden har en anden proteoglycan, aggrecan (specifikt brusk) omkring 100 kæder af chondroitinsulfat og 30 keratansulfat.

Fra det foregående forstås det, at glycosyleringskarakteristika for hvert protein såvel som typen af ​​celle, som det hører til, er dem, der definerer identiteten af ​​hver proteoglycan på celleoverfladen.

Fungere

Deres funktioner afhænger af de strukturelle egenskaber ved proteoglycaner. Dette gælder især for de karakteristika, der er relateret til glycosaminoglycan-delen, da disse molekyler er det, der tillader proteinet at interagere med andre elementer på celleoverfladen.

Disse proteiner, der er rige på heparansulfatrester, kan binde relativt let til forskellige vækstfaktorer, til andre komponenter i den ekstracellulære matrix, til enzymer, proteaseinhibitorer, kemokiner osv., Derfor spiller de en grundlæggende rolle i transduktionen af signaler til det intracellulære miljø.

Således kan proteoglycaner udføre strukturelle funktioner i matrixen, eller de kan have mere specifikke funktioner i transmission af meddelelser fra det ekstracellulære miljø til det cytosoliske rum.

I de senere år er interessen for undersøgelse af proteoglycaner vokset betydeligt, en kendsgerning, der hænger sammen med opdagelsen af ​​betydningen af ​​disse molekyler under nogle patologiske tilstande hos mennesker.

Et eksempel på disse er Simpson-Golabi-Behmel syndrom (GBSS), kendetegnet ved en overdrevet vækst før og efter fødsel, fødselsdefekter og følsomhed overfor tumordannelse forbundet med mutationer i en proteoglycan rig på heparansulfat. og forankret af GPI.

Vigtigste proteoglycaner i arterier og blodkar. Molekylvægten af ​​proteinkernen vises (Kilde: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Cellefunktioner

Næsten alle cellulære processer, der involverer molekylære interaktioner på celleoverfladen, såsom celle-matrix, celle-celle og ligand-receptor-interaktioner, har på en eller anden måde at gøre med proteoglycaner, da de er i stand til at binde til store mængder af andre molekyler og er betydeligt rigelige på overfladen.

Under udviklingen af ​​nervesystemet og også under invasionen af ​​en tumor og metastase, dvs. begivenheder, der har at gøre med bevægelser og celleforlængelser eller -forlængelser, udøver proteoglycaner meget aktive funktioner.

Disse glycosylerede proteiner deltager også i processerne med adhæsion, proliferation og etablering af celleform, og de, der er transmembrane proteiner, der har et cytosolisk domæne, deltager i transduktion og signalering af kaskader.

Eksempler på proteoglycaner

Aggrecano

Aggrecan er den vigtigste proteoglycan, der er til stede i bruskvæv, som er forbundet med fragmenter af glycosaminoglycan "hyaluronan" (HA) i den ekstracellulære matrix af chondrocytter.

Hyaluronan er en lineær glycosaminoglycan sammensat af vekslende rester af glucuronsyre og N-acetylglucosamin, som kan findes både på celleoverfladen og i den ekstracellulære matrix og inde i celler.

Bindingen af ​​hyaluronan til aggrecan sker gennem et "bindende protein", der danner vigtige aggregater med molekylvægte på op til flere millioner dalton.

Mange aldersrelaterede ledsygdomme er forbundet med øget aggrecan og hyaluronan aggregering.

Pelecano

I den renale glomeruli består kældermembranen hovedsageligt af en proteoglycan kendt som pelecan, som er forbundet med dele af heparansulfat. Denne proteoglycan har vigtige funktioner som et anionisk ladningsselektivitetssted under glomerulær filtrering.

Denne proteoglycan har den største proteinkerne, der er blevet observeret i nogen af ​​disse molekyler, og det spekuleres i, at dette proteindomæne kan interagere med andre makromolekyler, der findes i kældermembranen.

decorin

Decorin er en lille interstitiel proteoglycan og er kendetegnet ved at have en enkelt glycosaminoglycan-kæde og en lille proteinkerne. Det er en vigtig komponent i mange bindevæv, det binder til kollagenfibre af type I og deltager i samlingen af ​​den ekstracellulære matrix.

Referencer

1. Godfrey, M. (2002). Ekstracellulær matrix. I astma og KOLS (s. 211-218). Academic Press.
2. Iozzo, RV, & Schaefer, L. (2015). Proteoglycan form og funktion: en omfattende nomenklatur af proteoglycaner. Matrixbiologi, 42, 11-55.
3. Muncie, JM, & Weaver, VM (2018). De fysiske og biokemiske egenskaber af den ekstracellulære matrix regulerer cellens skæbne. I Aktuelle emner i udviklingsbiologi (bind 130, s. 1-37). Academic Press.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, April). Proteoglykaners cellulære funktioner - en oversigt. I seminarer i celle- og udviklingsbiologi (bind 12, nr. 2, s. 65-67). Academic Press.
5. Petty, RE og Cassidy, JT (2011). Struktur og funktion. I lærebog til pædiatrisk reumatologi (s. 6-15). WB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Proteoglycaners funktion i den ekstracellulære matrix. Pathology International, 43 (6), 283-293.