PROTEOGLYKANER: STRUKTUR, EGENSKAPER, FUNKSJON, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

De proteoglykaner er glykosylerte proteiner, vanligvis i forbindelse med glykosaminoglykan substituenter (GAG) anionisk. De finnes vanligvis på utsiden av cellemembranen eller "fyller" det ekstracellulære rommet, så de er en del av mange bindevev.

Av disse komplekse makromolekylene har de mest studerte og analyserte vært bruskcellene hos virveldyr, siden den ekstracellulære matrisen i disse utgjør mer enn 90% av tørrvekten til vevet de utgjør, hvor de blant annet påvirker, motstand mot kompresjon.

Struktur av den ekstracellulære matrisen som utgjør hyalint brusk (Kilde: Se side for forfatter / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Strukturelt bidrar proteoglykaner til organiseringen av den ekstracellulære matrisen, som gir mange individuelle vev eller celler deres mest særegne fysiske egenskaper. Videre er disse viktige for mange intercellulære kommunikasjons- og signalhendelser.

De er ekstremt rikholdige, allestedsnærværende (de finnes i mange typer celler) og komplekse proteiner, hvis biologiske funksjoner og biokjemiske egenskaper stammer fundamentalt fra egenskapene til deres karbohydratkomponenter, som har en stor kapasitet for hydrering.

De deltar aktivt i intercellulær kommunikasjon, i vedheft og migrasjonsprosesser, og har også blitt involvert i utviklingen av forskjellige vev hos dyr, for eksempel nervesystemets perineuronale nettverk.

Struktur og egenskaper til proteoglykaner

Proteoglykaner er glykosylerte proteiner på den ekstracellulære overflaten, selv om det er noen som kan finnes i intracellulære rom. De er generelt veldig mange molekyler, men deres overflod avhenger av hvilken type celle som vurderes.

Vanligvis består karbohydratdelen av en proteoglykan av glykosaminoglykan-molekyler, som er lineære polysakkarider sammensatt av gjentagende disakkarider, vanligvis av et acetylert aminosukker som veksler med uronsyre.

Den generelle strukturen består derfor av en proteinkjerne som kan assosieres med mer enn 100 uforgrenede glykosaminoglykankjeder, bundet ved hjelp av O-glykosylering.

De er ganske forskjellige molekyler når det gjelder struktur, form og funksjon. I cellene til virveldyr har for eksempel flere kombinasjoner av forskjellige typer proteiner og forskjellige klasser av glykosaminoglykaner blitt identifisert, nemlig:

Protein

- Celleoverflate transmembranproteiner (ekstracellulær matrise)

- Proteiner kovalent bundet til glykosylfosfatidylinositol (GPI) ankere)

glucosaminoglycans

- Hyaluronan (HA)

- Chondroitinsulfat (CS)

- Keratansulfat (KS)

- Dermatan sulfat (DS)

- Heparansulfat (HS)

Ordning med proteoglycans og noen kombinasjoner av glycosaminoglycans (Kilde: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Noen proteoglykaner som syndekaner, som er transmembrane proteiner, er festet til 2 kjeder av heparansulfat og 1 av kondroitinsulfat; I mellomtiden har en annen proteoglycan, aggrecan (bruskspesifikk) rundt 100 kjeder med chondroitinsulfat og 30 keratansulfat.

Fra det foregående er det forstått at glykosyleringskarakteristikkene til hvert protein, så vel som typen celle det tilhører, er de som definerer identiteten til hver proteoglykan på celleoverflaten.

Funksjon

Deres funksjoner avhenger av de strukturelle egenskapene til proteoglykaner. Dette gjelder spesielt de karakteristikkene som er relatert til glykosaminoglykan-delen, siden disse molekylene er det som gjør at proteinet kan samhandle med andre elementer på celleoverflaten.

De proteiner som er rike på heparansulfatrester, kan relativt lett binde seg til forskjellige vekstfaktorer, til andre komponenter i den ekstracellulære matrisen, til enzymer, proteaseinhibitorer, kjemokiner, etc., derfor spiller de en grunnleggende rolle i overføringen av signaler til det intracellulære miljøet.

Dermed kan proteoglykaner oppfylle strukturelle funksjoner i matrisen, eller de kan ha mer spesifikke funksjoner i overføring av meldinger fra det ekstracellulære miljøet til det cytosoliske rommet.

De siste årene har interessen for undersøkelse av proteoglykaner økt betydelig, et faktum som er relatert til oppdagelsen av viktigheten av disse molekylene i noen patologiske forhold hos mennesker.

Et eksempel på disse er Simpson-Golabi-Behmel syndrom (GBSS), preget av en overdreven vekst før og etter fødselen, fødselsdefekter og følsomhet for svulstdannelse assosiert med mutasjoner i en proteoglycan rik på heparansulfat. og forankret av GPI.

Hovedproteoglykaner i arteriene og blodkarene. Molekylvekten til proteinkjernen er vist (Kilde: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Cellefunksjoner

Praktisk talt alle cellulære prosesser som involverer molekylære interaksjoner på celleoverflaten, for eksempel celle-matrise, celle-celle og ligand-reseptor interaksjoner, har å gjøre på en eller annen måte med proteoglykaner, siden de er i stand til å binde seg til store mengder av andre molekyler og er betydelig rikelig på overflaten.

Under utviklingen av nervesystemet og også under invasjonen av en svulst og metastase, det vil si hendelser som har med bevegelser og celleforlengelser eller utvidelser å gjøre, har proteoglycans veldig aktive funksjoner.

Disse glykosylerte proteiner deltar også i prosessene for vedheft, spredning og etablering av celleform, og de som er transmembrane proteiner som har et cytosolisk domene, deltar i transduksjon og signalering av kaskader.

Eksempler på proteoglykaner

Aggrecano

Aggrecan er den viktigste proteoglycan som er til stede i bruskvev, som er assosiert med fragmenter av glykosaminoglykan "hyaluronan" (HA) i den ekstracellulære matrisen av kondrocytter.

Hyaluronan er en lineær glykosaminoglykan sammensatt av vekslende rester av glukuronsyre og N-acetylglukosamin, som finnes både på celleoverflaten og i den ekstracellulære matrisen og inne i celler.

Bindingen av hyaluronan til aggrecan skjer gjennom et "bindende protein" som danner viktige aggregater med molekylvekter på opptil flere millioner dalton.

Mange aldersrelaterte leddsykdommer er assosiert med økt aggrecan og hyaluronan aggregering.

Pelecano

I renal glomeruli består kjellermembranen hovedsakelig av en proteoglycan kjent som pelecan, som er assosiert med deler av heparansulfat. Denne proteoglycan har viktige funksjoner som et anionisk ladningsselektivitetssted under glomerulær filtrering.

Denne proteoglycan har den største proteinkjernen som er observert i noen av disse molekylene, og det spekuleres i at dette proteindomenet kan samhandle med andre makromolekyler som er til stede i kjellermembranen.

decorin

Decorin er en liten interstitiell proteoglycan og kjennetegnes ved å ha en enkelt glykosaminoglykanskjede og en liten proteinkjerne. Det er en viktig komponent i mange bindevev, den binder seg til kollagenfibre av type I og deltar i monteringen av den ekstracellulære matrisen.

referanser

1. Godfrey, M. (2002). Ekstracellulær matrise. I Astma og KOLS (s. 211-218). Academic Press.
2. Iozzo, RV, & Schaefer, L. (2015). Proteoglykansk form og funksjon: en omfattende nomenklatur av proteoglykaner. Matrix Biology, 42, 11-55.
3. Muncie, JM, & Weaver, VM (2018). De fysiske og biokjemiske egenskapene til den ekstracellulære matrisen regulerer skjebnen. I Aktuelle emner i utviklingsbiologi (Vol. 130, s. 1-37). Academic Press.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, April). Cellulære funksjoner av proteoglycans-en oversikt. I seminarer i celle- og utviklingsbiologi (bind 12, nr. 2, s. 65-67). Academic Press.
5. Petty, RE, & Cassidy, JT (2011). Struktur og funksjon. I Textbook of pediatric reumatology (s. 6-15). WB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Funksjon av proteoglykaner i den ekstracellulære matrisen. Pathology International, 43 (6), 283-293.