Структура ГАГ

Рис.1. Связь линкерного участка ГАГ с серином корового белка.

Каждую реакцию построения линкерного трисахарида и дальнейший рост цепи катализируют специфические гликозилтрансферазы. Сахара, участвующие в процессе предварительно активируются:

Ксилоза – Р УДФ-ксилоза

Реакция заключается в прикреплении УМФ к фосфорилированному полисахариду (подобная реакция протекает при синтезе гликогена).

По завершении синтеза вся молекула протеогликана выходит из клетки. Синтезированные молекулы могут существенно различаться по количеству белка, длине, числе и типу гликозаминогликановых цепей в молекуле. Длина и состав цепей ГАГ могут сильно варьировать, также как и пространственное расположение гидроксильных, сульфатных и карбоксильных групп вдоль цепи.

В межклеточном пространстве протеогликаны могут образовывать гигантские агрегаты с участием глюкуроновой кислоты, например агрекан (рис 2.).

Благодаря высокой плотности отрицательных зарядов полисахаридные цепи связывают множество осматически активных ионов: Na, Ca, K. Высокая концентрация ионов удерживает воду во внеклеточном матриксе, вызывая разбухание и загустевание матрикса. Например, молекула гиалуроновой кислоты может присоединять от 200 до 500молекул воды. Особая структура и способность к гидратации внеклеточного матрикса определяют степень жесткости в сочетании с эластичностью и упругостью. Комплексы протеогликанов и коллагенов в позвоночных и суставных дисках повышают их устойчивость к ударам, смягчая трение, возникающее между костями.

По мере удлинения цепи многие углеводные остатки модифицируются путем сульфирования, эпимеризации (перемещение функциональных групп в молекуле сахара). Источником –SО₃^- - групп является соединение 3`-фосфоаденозин-5`-фосфосульфат (ФАФС). Присоединение сульфатных групп значительно увеличивает отрицательный заряд протеогликанов.

Образованная структура может включать более сотни протеогликановых мономеров, нековалентно присоединенных к одной молекуле гиалуроновой кислоты. Комплекс стабилизируют связывающие белки, которые одновременно соединены как с коровым белком протеогликана, так и с цепью гиалуроновой кислоты. Молекулярная масса такого образования может превышать 10⁸ Д и занимать объем, равный бактериальной клетки. Такой сложный протеогликан, как агрекан, является основным структурным компонентом хрящевого матрикса, содержит более 100 цепей хондроитинсульфата и около 60 цепей кератансульфата.

Эти диски сдавливаются в течение дня, восстанавливают эластичность ночью, но постепенно деформируются с возрастом.

ГК - гиалуроновая кислота; 1 - хондроитинсульфат; 2 - кератансульфат; 3 - сердцевинный белок

Рис 2. Строение агрекана В центре молекулы находится сердцевинный белок, имеющий три глобулярных домена: G1, G2, G3. G1 обеспечивает связывание агрекана с гиалуроновой кислотой и низкомолекулярным связывающим белком; G2 (?); G3 обеспечивает присоединение агрекана к другим молекулам межклеточного матрикса и, возможно, участвует в межклеточных взаимодействиях. Между доменами G2 и G3 находятся области, в которых к белку присоединяются кератансульфаты и хондроитинсульфаты. В этих областях в ко́ровом белке имеются пептидные участки, состоящие из 6 и 19 аминокислотных остатков, которые повторяются от 10 до 20 раз.