Протеогликаны образуют основное вещество межклеточного матрикса соединительной ткани, где они связаны с коллагеном, эластином, фибронектином и ламинином, а также другими белками межклеточного матрикса. Белковая часть в протеогликанах представлена одной полипептидной цепью, называемой коровым (сердцевинным) белком. В различных протеогликанах коровые белки отличаются как по молярной массе, так и по аминокислотному составу. К коровому белку крепятся отрицательно заряженные полисахариды из повторяющихся дисахаридных фрагментов – гликозаминогликанов. Раньше гликозаминогликаны называли мукополисахаридами, поскольку их находили в слизистых секретах (мукоза). В настоящее время известна структура шести основных классов гликозаминогликанов, которые представлены в табл. 2.
Табл. 2. Состав гликозаминогликанов
Название гликозаминогликана | Компоненты повторяющегося дисахаридного фрагмента | |
1. | Хондроитин-4-сульфат | D -глюкуроновая кислота N -ацетил-D-галактозамин-4-сульфат |
2. | Хондроитин-6-сульфат | D -глюкуроновая кислота N -ацетил-D-галактозамин-6-сульфат |
3. | Гиалуроновая кислота | D -глюкуроновая кислота N -ацетил-D-глюкозамин |
4. | Дерматансульфат | D -идуроновая кислота N -ацетил-D-галактозамин-4-сульфат |
5. | Кератансульфат | D -галактоза N -ацетил-D-глюкозамин-6-сульфат |
6. | Гепарансульфаты и гепарин | D -глюкуронил-2-сульфат N -ацетил-D-глюкозамин-2-сульфат |
Гликозаминогликаны заряжены отрицательно, они хорошо связывают положительно заряженные ионы, большое количество воды и сильно набухают, превращаясь в гель и придавая межклеточному матриксу соединительной ткани высокую вязкость (желеобразные свойства). Это позволяет гликозаминогликанам, которые составляют всего 10% от массы сухого внеклеточного матрикса, занимать до 90% его объема. Поэтому гликозаминогликаны обеспечивают устойчивость соединительной ткани к сжатию и выполнение ими рессорных функций. В качестве примера представлен фрагмент молекулы одного из гликозаминогликанов – хондроитинсульфата:
Наиболее известным протеогликаном является агрекан, коровый белок которого связан О-гликозидными связями через аминокислотные остатки серина со ста цепями хондроитинсульфата и тридцатью цепями кератансульфата:
Протеогликаны отличаются высокоупорядоченным способом пространственного расположения, способностью связываться с сигнальными белковыми молекулами и выполнять в соединительной ткани структурную, адгезивную, рессорную, рецепторную и другие функции. Протеогликаны могут образовывать гели с различной величиной пор и разной плотностью зарядов и служить фильтрами, регулирующими движение молекул и клеток в соответствии с их размерами и зарядом. Есть данные о том, что они выполняют подобную функцию и в базальной мембране почечных клубочков.
В межклеточном матриксе представлены протеогликаны различного строения и размеров, выполняющие разные функции. Состав протеогликанов в организме изменяется в зависимости от возраста. В течение жизни уменьшается количество хондроитинсульфата в хрящах и межпозвоночных дисках и гиалуроновой кислоты в коже, а концентрация кератансульфатов увеличивается в тканях, содержщих это соединение.
Например, в хрящевой ткани молекулы агрекана собираются в комплексы с гиалуроновой кислотой (см. табл.2). Одна молекула гиалуроновой кислоты может присоединять до 100 молекул агрекана при участии специальных связывающих белков, образуя комплекс с молекулярной массой более 200000 кДа, составляющий 25% массы сухой хрящевой ткани.
Гиалуроновая кислота может присутствовать и в свободном виде (не образуя комплексов с белками) в виде вытянутых цепей, имеющих длину до 2500 нм (2,5 мкм). Она наделена регуляторными функциями, участвует в морфогенезе.