Biochimie, glicozaminoglicanii - StatPearls - Bibliotecă NCBI

Bibliotecă NCBI. Un serviciu al Bibliotecii Naționale de Medicină, Institutele Naționale de Sănătate.

StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2020 ianuarie-.

StatPearls [Internet].

Jarett Casale; Jonathan S. Crane .

Autori

Afilieri

Ultima actualizare: 10 iulie 2020 .

Introducere

Glicozaminoglicanii (GAG), cunoscuți și sub denumirea de mucopolizaharide, sunt compuși polizaharidici cu încărcare negativă. Acestea sunt compuse din unități de dizaharide repetate care sunt prezente în fiecare țesut de mamifer. [1] Funcțiile lor în interiorul corpului sunt răspândite și determinate de structura lor moleculară. Din punct de vedere istoric, funcția GAG-urilor a fost considerată a fi limitată la hidratarea celulelor și schele structurale. Cu toate acestea, dovezile sugerează acum că GAG-urile joacă un rol cheie în semnalizarea celulară, care servește la modularea unei cantități vaste de procese biochimice. [2] Unele dintre aceste procese includ reglarea creșterii și proliferării celulare, promovarea aderenței celulare, anticoagulării și repararea plăgii, printre multe altele. Cele patru grupe primare de GAG sunt clasificate pe baza unităților lor de dizaharidă și includ heparină/heparan sulfat, condroitin sulfat/dermatan sulfat, keratan sulfat și acid hialuronic. [3] Această activitate va oferi un rezumat al structurilor moleculare și al funcțiilor fiziologice rezultate ale celor patru grupuri primare de GAG.

Celular

Organitele celulare implicate în sinteza și modificarea GAG-urilor la structura lor finală, bioactivă, sunt numeroase și diferă în funcție de GAG-ul unic sintetizat. Această secțiune va oferi o imagine de ansamblu asupra mecanismelor celulare implicate în biosinteza GAG. Este important de reținut că, spre deosebire de proteine și acizi nucleici, biosinteza GAG este un proces care nu este determinat de șablon, care are loc prin acțiunea combinată a mai multor enzime specifice țesutului. [2]

Procesul de biosinteză GAG începe în citoplasma celulară cu sinteza a cinci zaharuri activate derivate din difosfatul de uridină (UDP). Aceste zaharuri includ acidul UDP-glucuronic, UDP--acetilglucozamină, UDP-xiloză, UDP-galactoză și UDP--acetilgalactozamină. [4] Aceste zaharuri activate UDP sunt apoi transportate din citoplasmă în aparatul Golgi printr-un transportor transmembranar antiporter pentru modificări ulterioare.

Excepția remarcabilă de la pașii următori în biosinteza GAG este acidul hialuronic (HA). În loc să sufere modificări și sulfatări în aparatul Golgi, precursorul HA zaharurile UDP-acid glucuronic și UDP--acetilglucozamina este transportată din citoplasmă către membrana plasmatică pentru prelucrare ulterioară fără sulfatare, ceea ce duce la producerea de HA. [4]

Toate celelalte GAG necesită etape de modificare suplimentare care au loc în și în jurul aparatului Golgi, inclusiv sulfarea grupărilor funcționale prin acțiunea compusului donator de sulfat 3`-fosfoadenozină-5`-fosfosulfat (PAPS). Disponibilitatea PAPS pentru sulfatarea GAG-urilor afectează semnificativ rata biosintetică de producție a GAG-urilor sulfatate [4]. GAG-urile sulfatate sintetizate în aparatul Golgi suferă o legătură covalentă cu proteinele de ancorare cunoscute sub numele de proteoglicani (PG). Procesul de legare a hepatinei/sulfatului de heparan, sulfatului de condroitină și sulfatului de dermatan GAG are loc printr-un reziduu de serină aminoacid prezent pe nucleul proteinei care se conectează la un linker tetrazaharid comun între GAG și PG. Sulfatul de keratan este singurul GAG sulfatat care nu este legat de un miez de proteină PG prin acest mecanism și este în schimb legat de alți compuși diferiți în funcție de subtipul de keratan sulfat, descris în detaliu mai jos. [3]

Modificarea prin epimerizare a structurilor polizaharidice rezultate prin acțiune enzimatică este responsabilă pentru producerea diferitelor structuri moleculare ale GAG-urilor și a proprietăților rezultate ale acestora. Structurile moleculare ale GAG-urilor individuale sunt în secțiunea următoare.

Molecular

După cum sugerează și numele, prefixul „glico-” se referă la galactoză sau un zahăr uronic (acid glucuronic sau acid iduronic) atașat la un aminoglican sau amino zahăr (-acetilglucozamină sau -acetilgalactozamină). Variațiile tipului de monozaharide și prezența sau absența modificării prin sulfatare au ca rezultat diferite categorii majore de GAG-uri, inclusiv acid hialuronic, heparină/heparan sulfat, condroitin sulfat/dermatan sulfat și keratan sulfat. Structura moleculară a fiecăreia dintre categoriile majore apare mai jos.

Acid hialuronic

Acidul hialuronic (HA) are cea mai simplă structură dintre toate GAG-urile și nu necesită o sulfare suplimentară a grupelor funcționale din aparatul Golgi față de celelalte GAG-uri. În schimb, structura constă din acid glucuronic legat secvențial și -reziduuri de acetilglucozamină. [4] Aceste blocuri de bază ale monozaharidelor sunt sintetizate în citoplasma celulară și sunt recrutate în membrana plasmatică prin difuzie pentru sinteza HA. [3] După sinteza în membrana plasmatică, HA este secretată din celulă în spațiul extracelular nemodificat.

Heparan Sulfat

Heparan sulfatul (HS) și heparina (Hep) conțin unități dizaharidice repetate de -acetilglucozamină și reziduuri de acid hexuronic. Reziduul de acid hexuronic acid glucuronic este văzut în heparan sulfat, în timp ce acidul iduronic este prezent în heparină. Sulfatarea diferitelor grupări hidroxil sau a grupei amino prezente pe compusul glucozaminic al HS/Hep determină capacitatea sa de a interacționa cu diverse proteine, citokine și factori de creștere și, în cele din urmă, funcția sa bioactivă. [1] HS/Hep este legat de un miez de proteină PG printr-un reziduu de serină conectat la un linker tetrazaharidic format dintr-o xiloză, două galactoză și un reziduu de acid glucuronic. [3]

Sulfat de condroitină/sulfat de Dermatan

Sulfatul de condroitină (CS) și sulfatul de dermatan (DS) sunt similare în compoziția structurală cu HS. Repetarea lor dizaharidică constă din -acetilgalactozamină și acizi hexuroni - acid iduronic în CS și acid glucuronic în DS. Acestea sunt legate de un miez de proteină PG prin același reziduu de serină și linker tetrazaharid ca HS. [2] Similar cu HS/Hep, modelul de sulfatare al CS/DS care are loc în aparatul Golgi determină activitatea biologică a compusului rezultat. Lanțurile de polizaharide CS legate de proteinele purtătoare variază în numărul lor de unități repetate de la 10 la 200 și se găsesc atât pe suprafețele celulare, cât și în matricea extracelulară. [5]