Гликопротеины и протеогликаны (мукополисахариды)

Материал из Новая медицинская энциклопедии

Класс под названием гликопротеины или, более корректно, гликоконъюгаты — это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе. Содержание углеводов в них варьирует от 1 до 85 % по массе.

Углеводсодержащие белки

Выделяют два подкласса белков, содержащих углеводы: протеогликаны и гликопротеины. Между этими подклассами имеются существенные отличия:

Гликопротеины Протеогликаны
  • доля углеводов 15-20 %;
  • не содержат уроновых кислот;
  • углеводные цепи содержат не более 15 звеньев;
  • углевод имеет нерегулярное строение.
  • доля углеводов 80-85 %;
  • имеются уроновые кислоты;
  • углеводные цепи крайне велики;
  • углевод имеет регулярное строение.

Для гликопротеинов характерна структурная роль


Гликопротеины — белки, содержащие в качестве простетической группы небольшое количество углеводов (до 15 %), присоединенных к аминокислотным радикалам ковалентными связями. В составе углеводной части определяются гексозы (галактоза, манноза, редко глюкоза), пентозы (ксилоза, арабиноза), дезоксисахара (фукоза, рамноза), аминосахара (ацетилгалактозамин, ацетилглюкозамин), нейраминовая кислота и ее уксуснокислые эфиры (сиаловые кислоты). Они присоединены либо N-гликозидной связью к амидному азоту аспарагина, либо О-гликозидной связью к гидроксигруппе остатка серина, треонина, гидроксилизина. Большинство этих белков обладает слабовыраженными кислыми свойствами. В группе гликопротеинов выделяют серомукоиды (серо­гликоиды), обладающие выраженными кислыми свойствами и растворимых в хлорной, трихлоруксусной и сульфосалициловой кислотах. Эта фракция, составляя 1 % всех белков сыворотки, включает 12 % всех углеводов плазмы.

Функции гликопротеидов


  • Структурная — клеточная стенка бактерий, костный матрикс, например, коллаген, эластин;
  • Защитная — например, антитела, интерферон, факторы свертывания крови (протромбин, фибриноген);
  • Рецепторная — присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ;
  • Гормональная — гонадотропный, адренокортикотропный и тиреотропный гормоны;
  • Ферментативная — холинэстераза, нуклеаза;
  • Транспортная — перенос веществ в крови и через мембраны, например, трансферрин, транскортин, альбумин, Na+,К+-АТФаза.

Протеогликаны

Другая группа гликоконъюгатов — протеогликаны — характеризуется наличием крупных полисахаридов, состоящих из повторяющихся дисахаридных остатков. Это гидрофильные соединения, в состав которых входит 20‑80 % углеводов. Углеводные компоненты протеогликанов называют гликозаминогликанами. Выделяют 7 типов гликозаминогликанов, из них 5 типов содержат в своем составе глюкуроновую кислоту (к ним относятся гиалуроновая кислота, хондроитин-4‑сульфат и хондроитин-6‑сульфат, гепарин и гепарансульфат), шестой тип (дерматансульфат) содержит идуроновую (галактуроновую) кислоту, седьмой (кератансульфат) — галактозу. Сиаловые кислоты, манноза, ксилоза присутствуют в минимальном количестве. Протеогликаны имеют сильно выраженные кислотные свойства благодаря наличию большого числа карбоксильных групп и остатков серной кислоты. Дисахариды включают в себя какую-либо уроновую кислоту и аминосахар. Многократно дублируясь, дисахариды образуют олиго- и полисахаридные цепи — гликаны. Для углеводной части встречаются другие названия — кислые гетерополисахариды (так как имеют много кислотных групп), гликозаминогликаны (содержат аминогруппы). Избыток анионных групп (сульфатных, карбоксильных) придает молекулам гликозаминогликанов высокий отрицательный заряд.


Основными представителями структурных гликозаминогликанов являются гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и дерматансульфаты. Эти молекулы входят в состав протеогликанов, функцией которых является заполнение межклеточного пространства и удержание здесь воды, также они выступают как смазочный и структурный компонент суставов и других тканевых структур.

Углеводная часть, аналогично с гликопротеинами, связывается с белком через остатки серина и аспарагина.


Функции протеогликанов

По функции структурные протеогликаны значимы для межклеточного пространства, особенно соединительной ткани, в которое погружены коллагеновые волокна. При помощи электронной микроскопии выяснено, что они имеют древовидную структуру. Молекулы гликанов весьма гидрофильны, создают сетчатый желеподобный матрикс и заполняют пространство между клетками, являясь преградой для крупных молекул и микроорганизмов.

Еще одним представителем протеогликанов является гепарин, включающий несколько сульфатированных цепей гетерополисахарида, связанного с белковым ядром через остатки серина. В крови гепарин связывается с антитромбином III, образуя комплекс, блокирующий факторы свертывания крови IIа, IХа, Ха, XIa и ХIIа, что применяется для профилактики тромбозов у больных различного профиля. В настоящее время используются препараты низкомолекулярных гепаринов и нефракционированных гепаринов, обладающие лучшими характеристиками.

Также функцией гепарина является активирующее влияние на активность фермента липопротеинлипазы, участвующего в метаболизме транспортных форм липидов в крови (хиломикроны и липопротеины очень низкой плотности). Как следствие, количество липидов в крови снижается.

Методы исследования содержания углеводсодержащих белков

При исследовании содержания углеводсодержащих белков возможно использование нескольких методических подходов:

  1. Определение индивидуальных гликопротеинов острой фазы посредством специфических энзиматических или иммунологических методов.[1]
  2. Выявление богатых гликопротеинами электрофоретических фракций.
  3. Исследование углеводно-белковых комплексов по их белковой части (турби­диметрические и нефелометрические методы, по тирозину белка).
  4. Определение суммы углеводов, связанных с белками. Методы этой группы являются наиболее приемлемыми для биохимических лабораторий. В крови можно определить любой из углеводных компонентов, однако более простым и дешевым является определение сиаловых кислот и связанных с белком гексоз:
    • общее количество гексоз, связанных с белком, соответствует содержанию гликопротеинов, а количество серогликоидов определяется по концентрации гексоз, растворимых в хлорной кислоте и нерастворимых в фосфорновольфрамовой кислоте:
      • для определения концентрации гексоз применяется орциновый метод,
      • для выявления концентрации сиаловых кислот — резорциновый метод и метод с уксуснокислым реактивом.
    • при изучении уровня протеогликанов углеводный компонент предварительно осаждают четвертичными аминами, в частности, цетилтриметиламмонием, затем определяют гликозаминогликаны специфической реакцией:
      • с карбазолом — интенсивнее развивается реакция с глюкуроновой кислотой по сравнению с идуроновой,
      • с орцином — интенсивность окрашивания глюкуроновой и идуроновой кислот одинакова.

Различие в окраске после проведения карбазоловой и орциновой реакций позволяет судить об относительном содержании дерматансульфата в пробе. Для чистого образца дерматансульфата отношение содержания гликозаминогликанов по карбазоловой реакции к их концентрации, определенной по орциновой реакции, равняется 0,67. При наличии других гликозаминогликанов (кроме кератансульфата) коэффициент возрастает.

В качестве унифицированных утверждены резорциновый метод определения концентрации сиаловых кислот и орциновый метод определения всех гексоз, входящих в состав гликопротеинов, и гексоз, связанных с серогликоидами.

Резорциновый метод определения концентрации сиаловых кислот (по Свеннерхольму)

Принцип

При нагревании гликопротеинов плазмы с трихлоруксусной кислотой отщепляются сиаловые кислоты, которые в свою очередь гидролизуются с образованием нейраминовой кислоты. Резорцин в присутствии солей меди в солянокислой среде дает с нейраминовой кислотой синее окрашивание.

Нормальные величины

Сыворотка 2,0‑2,33 ммоль/л

Клинико‑диагностическое значение

Концентрация сиаловых кислот в крови возрастает при различных воспалительных процессах (эндокардите, остеомиелите), при туберкулезе, лейкемии, лимфогранулематозе, нефрозе, резко повышается при опухоли головного мозга, инфаркте миокарда, увеличивается при поражении паренхимы печени, коллагенозах, при других процессах, протекающих с деструкцией соединительной ткани.

Снижение сывороточного уровня сиаловых кислот отмечается у больных с пернициозной анемией, гемохроматозом, болезнью Вильсона и дегенеративными процессами в ЦНС.

Определение содержания серомукоидов и общего количества гликопротеинов орциновым методом

Принцип

Гликопротеины осаждают вместе с белками сыворотки или плазмы крови спиртом, осадок отмывают, растворяют в щелочи и после гидролиза серной кислотой определяют концентрацию гексоз по реакции с орцином, что соответствует содержанию гликопротеинов.

Для определения серомукоидов белки осаждают хлорной кислотой, при этом серомукоиды не осаждаются. Затем из надосадочной жидкости осаждают серомукоиды при помощи фосфорновольфрамовой кислоты, осадок отмывают и после растворения его в щелочи определяют уровень гексоз.

Нормальные величины

Гексозы, связанные с гликопротеинами 5,8‑6,6 моль/л
Гексозы, связанные с серомукоидами 1,2‑1,6 ммоль/л

Клинико‑диагностическое значение

Количество гексоз гликопротеинов увеличивается при разнообразных воспалительных процессах: туберкулезе, плеврите, пневмонии, остром ревматизме, гломерулонефрите, при диабете, инфаркте миокарда, подагре, злокачественных новообразованиях. Особое значение определение концентрации гликопротеинов имеет при вяло текущих заболеваниях, при этом возрастание активности свидетельствует об активации процесса, хотя клинические симптомы еще могут не проявляться.

Возрастание содержания гексоз серомукоидов наблюдается при всех воспалительных и некробиотических процессах: инфаркте миокарда, злокачественных опухолях, хроническом холецистите, деструктивном туберкулезе легких, ревматизме.

Снижение показателей выявляется при инфекционном гепатите, гепатоцеллюлярной дистрофии, при рассеяном склерозе.

Примечания

  1. ↑ Maverakis E, Kim K, Shimoda M, Gershwin M, Patel F, Wilken R, Raychaudhuri S, Ruhaak LR, Lebrilla CB. Glycans in the immune system and The Altered Glycan Theory of Autoimmunity. J Autoimmun. 2015. 57 (6): 1–13. PMID 25578468.

См. также

В категории «Белки — биохимия»

В категории «Клиническая биохимия»