PROTEOGLYKANER: STRUKTUR, EGENSKAPER, FUNKTION, EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De proteoglykaner är glykosylerade proteiner, i allmänhet är associerade med glykosaminoglykan substituenter (GAG) anjoniska. De finns vanligtvis på utsidan av cellmembranet eller "fyller" det extracellulära utrymmet, så de är en del av många bindvävnader.

Av dessa komplexa makromolekyler har de mest studerade och analyserade varit broskcellerna hos ryggradsdjur, eftersom den extracellulära matrisen i dessa utgör mer än 90% av den torra vikten av vävnaden som de komponerar, där de bland annat påverkar, motstånd mot kompression.

Struktur för den extracellulära matrisen som utgör hyalint brosk (Källa: Se sida för författare / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Strukturellt bidrar proteoglykaner till organisationen av den extracellulära matrisen, vilket ger många enskilda vävnader eller celler deras mest utmärkande fysiska egenskaper. Dessutom är dessa viktiga för många intercellulära kommunikations- och signalhändelser.

De är oerhört rikliga, allestädes närvarande (finns i många typer av celler) och komplexa proteiner, vars biologiska funktioner och biokemiska egenskaper grundar sig från egenskaperna hos deras kolhydratkomponenter, som har en stor kapacitet för hydrering.

De deltar aktivt i intercellulär kommunikation, i vidhäftnings- och migrationsprocesser och har också varit inblandade i utvecklingen av olika vävnader hos djur, såsom nervsystemets perineuronala nätverk.

Struktur och egenskaper hos proteoglykaner

Proteoglykaner är glykosylerade proteiner på den extracellulära ytan, även om det finns några som kan hittas i intracellulära fack. De är i allmänhet mycket rikliga molekyler, men deras överflöd beror på vilken typ av cell som beaktas.

Vanligtvis består kolhydratdelen av en proteoglycan av glykosaminoglykanmolekyler, vilka är linjära polysackarider som består av upprepande disackarider, vanligtvis av ett acetylerat aminosocker som växlar med uronsyra.

Dess allmänna struktur består därför av en proteinkärnor som kan associeras med mer än 100 oförgrenade glykosaminoglykankedjor, kopplade med hjälp av O-glykosylering.

De är ganska olika molekyler när det gäller struktur, form och funktion. I cellerna från ryggradsdjur har till exempel flera kombinationer av olika typer av proteiner och olika klasser av glykosaminoglykaner identifierats, nämligen:

Protein

- Cellytas transmembranproteiner (extracellulär matris)

- Proteiner kovalent kopplade till glykosylfosfatidylinositol (GPI) förankringar)

glukosaminoglykaner

- Hyaluronan (HA)

- Chondroitinsulfat (CS)

- Keratansulfat (KS)

- Dermatan sulfat (DS)

- Heparansulfat (HS)

Schema för proteoglycans och några kombinationer av glycosaminoglycans (Källa: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Vissa proteoglykaner, såsom syndekaner, som är transmembranproteiner, är fästa vid 2 kedjor heparansulfat och 1 kondroitinsulfat; Under tiden har en annan proteoglycan, aggrecan (brostspecifik) cirka 100 kedjor av chondroitinsulfat och 30 keratansulfat.

Av ovanstående förstås att glykosyleringsegenskaperna för varje protein, liksom typen av cell till vilken det tillhör, är de som definierar identiteten för varje proteoglycan på cellytan.

Fungera

Deras funktioner beror på de strukturella egenskaperna hos proteoglykaner. Detta är särskilt sant för de egenskaper som är relaterade till glykosaminoglykan-delen, eftersom dessa molekyler är det som tillåter proteinet att interagera med andra element på cellytan.

De proteiner som är rika på heparansulfatrester kan binda relativt enkelt till olika tillväxtfaktorer, till andra komponenter i den extracellulära matrisen, till enzymer, proteasinhibitorer, kemokiner etc., därför spelar de en grundläggande roll i transduktionen av signaler till den intracellulära miljön.

Således kan proteoglykaner uppfylla strukturella funktioner i matrisen eller de kan ha mer specifika funktioner för överföring av meddelanden från den extracellulära miljön till det cytosoliska utrymmet.

Under de senaste åren har intresset för studien av proteoglykaner ökat avsevärt, ett faktum som är relaterat till upptäckten av vikten som dessa molekyler har i vissa patologiska tillstånd hos människor.

Ett exempel på dessa är Simpson-Golabi-Behmel syndrom (GBSS), kännetecknat av överdriven tillväxt före och efter födseln, födelsedefekter och mottaglighet för tumörbildning associerad med mutationer i en proteoglycan rik på heparansulfat. och förankrat av GPI.

Huvudproteoglykaner i artärerna och blodkärlen. Molekylvikten för proteinkärnan visas (Källa: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Cellfunktioner

Praktiskt taget alla cellulära processer som involverar molekylära interaktioner på cellytan, såsom cellmatris, cellcell och ligandreceptorinteraktion, måste på ett eller annat sätt göra med proteoglykaner, eftersom de kan binda till stora mängder av andra molekyler och är avsevärt rikligt på ytan.

Under utvecklingen av nervsystemet och även under invasionen av en tumör och metastas, det vill säga händelser som har att göra med rörelser och cellförlängningar eller förlängningar, har proteoglycans mycket aktiva funktioner.

Dessa glykosylerade proteiner deltar också i processerna för vidhäftning, spridning och etablering av cellform, och de som är transmembranproteiner som har en cytosolisk domän deltar i transduktion och signalering av kaskader.

Exempel på proteoglykaner

Aggrecano

Aggrecan är den huvudsakliga proteoglykan som finns i broskvävnad, som är associerad med fragment av glykosaminoglykan "hyaluronan" (HA) i den extracellulära matrisen av kondrocyter.

Hyaluronan är en linjär glykosaminoglykan sammansatt av växlande rester av glukuronsyra och N-acetylglukosamin, som finns både på cellytan och i den extracellulära matrisen och inuti cellerna.

Bindningen av hyaluronan till aggrecan sker genom ett "bindande protein" som bildar viktiga aggregat med molekylvikter på upp till flera miljoner dalton.

Många åldersrelaterade ledsjukdomar är förknippade med ökad aggrecan och hyaluronan aggregering.

Pelecano

I glomerulierna i njurarna utgörs källarmembranet huvudsakligen av en proteoglykan, så kallad pelecan, som är associerad med delar av heparansulfat. Denna proteoglycan har viktiga funktioner som ett anjoniskt laddningsselektivitetsställe under glomerulär filtrering.

Denna proteoglycan har den största proteinkärnan som har observerats i någon av dessa molekyler och det spekuleras i att detta proteindomän kan interagera med andra makromolekyler som finns i källarmembranet.

dekorin

Decorin är en liten interstitiell proteoglycan och kännetecknas av att ha en enda glykosaminoglykanskedja och en liten proteinkärna. Det är en viktig komponent i många bindvävnader, binder till kollagenfibrer av typ I och deltar i sammansättningen av den extracellulära matrisen.

referenser

1. Godfrey, M. (2002). Extracellulär matris. I Astma och KOL (s. 211-218). Academic Press.
2. Iozzo, RV, & Schaefer, L. (2015). Proteoglykansk form och funktion: en omfattande nomenklatur av proteoglykaner. Matrix Biology, 42, 11-55.
3. Muncie, JM, & Weaver, VM (2018). De fysikaliska och biokemiska egenskaperna hos den extracellulära matrisen reglerar cellens öde. I Aktuella ämnen i utvecklingsbiologi (vol. 130, s. 1-37). Academic Press.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, April). Proteoglykaners cellfunktioner - en översikt. I seminarier i cell- och utvecklingsbiologi (vol. 12, nr 2, sid. 65-67). Academic Press.
5. Petty, RE, & Cassidy, JT (2011). Struktur och funktion. I Textbook of pediatric reumatology (s. 6-15). WB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Proteoglykaners funktion i den extracellulära matrisen. Pathology International, 43 (6), 283-293.