PROTEOGLICANI: STRUCTURĂ, CARACTERISTICI, FUNCȚIE, EXEMPLE - BIOLOGIE - 2024

Cele proteoglicanii sunt proteine glicozilate, în general , asociate cu substituenți glicozaminoglicani (GAG) anionic. Acestea se găsesc, de obicei, pe partea exterioară a membranei celulare sau „umplu” spațiul extracelular, deci fac parte din multe țesuturi conjunctive.

Dintre aceste macromolecule complexe, cele mai studiate și analizate au fost cele ale celulelor cartilaginoase la animale vertebrate, deoarece matricea extracelulară din acestea cuprinde peste 90% din greutatea uscată a țesutului pe care îl compun, unde influențează, printre altele, rezistența la compresie.

Structura matricei extracelulare care formează cartilajul hialin (Sursa: Vezi pagina pentru autor / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prin Wikimedia Commons)

Din punct de vedere structural, proteoglicanii contribuie la organizarea matricei extracelulare, care oferă multor țesuturi sau celule individuale proprietățile lor fizice cele mai distinctive. Mai mult, acestea sunt importante pentru multe comunicări intercelulare și evenimente de semnalizare.

Sunt extrem de abundente, omniprezente (se găsesc în numeroase tipuri de celule) și proteine ​​complexe, ale căror funcții biologice și proprietăți biochimice derivă fundamental din caracteristicile componentelor lor de carbohidrați, care au o capacitate mare de hidratare.

Aceștia participă activ la comunicarea intercelulară, la procesele de adeziune și migrare și au fost, de asemenea, implicați în dezvoltarea de țesuturi la animale, precum rețelele perineuronale ale sistemului nervos.

Structura și caracteristicile proteoglicanilor

Proteoglicanii sunt proteine ​​glicozilate pe suprafața extracelulară, deși există unele care pot fi găsite în compartimentele intracelulare. În general, sunt molecule foarte abundente, dar abundența lor depinde de tipul de celulă considerat.

În mod obișnuit, porțiunea de carbohidrați a unui proteoglican constă din molecule de glicozaminoglican, care sunt polizaharide liniare compuse din dizaharide repetate, de obicei dintr-un aminoacet acetilat care alternează cu acidul uronic.

Prin urmare, structura sa generală constă dintr-un „miez” de proteine ​​care se poate asocia cu peste 100 de lanțuri glicozaminoglicane neramificate, legate prin O-glicozilare.

Sunt molecule destul de diverse din punct de vedere al structurii, formei și funcției. În celulele animalelor vertebrate, de exemplu, au fost identificate mai multe combinații de tipuri diferite de proteine ​​și clase diferite de glicozaminoglicani, și anume:

Proteină

- Proteine ​​transmembranare de suprafață celulară (matrice extracelulară)

- Proteine ​​legate covalent la ancore glicozilfosfatidilinositol (GPI))

glicozaminoglicani

- Hialuronan (HA)

- sulfat de condroitină (CS)

- sulfat de keeratan (KS)

- Dermatan sulfat (DS)

- Heparan sulfat (HS)

Schema de proteoglicani și unele combinații de glicozaminoglicani (Sursa: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prin Wikimedia Commons)

Unele proteoglicane, cum ar fi sindrocanele, care sunt proteine ​​transmembranare, sunt atașate la 2 lanțuri de sulfat de heparan și 1 de condroitină sulfat; Între timp, un alt proteoglican, aggrecan (specific cartilajului) are aproximativ 100 de lanțuri de sulfat de condroitină și 30 de sulfat de keratan.

Din cele de mai sus se înțelege că caracteristicile glicozilării fiecărei proteine, precum și tipul de celulă din care face parte, sunt cele care definesc identitatea fiecărui proteoglican de pe suprafața celulei.

Funcţie

Funcțiile lor depind de caracteristicile structurale ale proteoglicanilor. Acest lucru este valabil în special pentru acele caracteristici care sunt legate de porțiunea glicozaminoglican, deoarece aceste molecule sunt ceea ce permite proteinei să interacționeze cu alte elemente de pe suprafața celulei.

Acele proteine ​​bogate în reziduuri de sulfat de heparan se pot lega cu ușurință relativă de factori de creștere diferiți, de alte componente ale matricei extracelulare, de enzime, inhibitori de protează, chemokine etc., de aceea joacă un rol fundamental în transducția de semnale către mediul intracelular.

Astfel, proteoglicanii pot îndeplini funcții structurale în matrice sau pot avea funcții mai specifice în transmiterea mesajelor din mediul extracelular în spațiul citosolic.

În ultimii ani, interesul pentru studiul proteoglicanilor a crescut considerabil, fapt care este legat de descoperirea importanței pe care aceste molecule o au în unele condiții patologice la ființele umane.

Un exemplu în acest sens este sindromul Simpson-Golabi-Behmel (GBSS), caracterizat prin creștere exagerată pre și post-natală, defecte de naștere și susceptibilitate la formarea tumorii asociate cu mutații într-un proteoglican bogat în sulfat de heparan. și ancorat de GPI.

Proteoglicani principali ai arterelor și vaselor de sânge. Greutatea moleculară a nucleului proteic este prezentată (Sursa: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prin Wikimedia Commons)

Funcțiile celulare

Practic toate procesele celulare care implică interacțiuni moleculare pe suprafața celulelor, cum ar fi interacțiunea celulă-matrice, celulă-celulă și ligand-receptor trebuie să se facă, într-un fel sau altul, cu proteoglicani, deoarece sunt capabili să se lege la cantități mari. de alte molecule și sunt considerabil abundente la suprafață.

În timpul dezvoltării sistemului nervos și, de asemenea, în timpul invaziei unei tumori și metastaze, adică evenimente care au legătură cu mișcările și extensiile sau extensiile celulare, proteoglicanii exercită funcții foarte active.

Aceste proteine ​​glicozilate participă de asemenea la procesele de adeziune, proliferare și stabilire a formei celulare, iar cele care sunt proteine ​​transmembranare care posedă un domeniu citosolic participă la transducția și semnalizarea cascadelor.

Exemple de proteoglicani

Aggrecano

Aggrecanul este principalul proteoglican prezent în țesutul cartilaginos, care este asociat cu fragmente de „hialuronan” glicozaminoglican (HA) din matricea extracelulară a condrocitelor.

Hialuronanul este un glicozaminoglican liniar compus din reziduuri alternative de acid glucuronic și N-acetilglucozamină, care poate fi găsit atât pe suprafața celulelor, cât și în matricea extracelulară și în interiorul celulelor.

Legarea hialuronanului la aggrecan are loc printr-o „proteină de legare” care formează agregate importante cu greutăți moleculare de până la câteva milioane de daltoni.

Multe boli asociate vârstei sunt asociate cu o agregare crescută cu agregan și hialuronan.

Pelecano

În glomeruli renali, membrana subsolului este alcătuită în principal dintr-un proteoglican cunoscut sub numele de pelecan, care este asociat cu porții de sulfat de heparan. Acest proteoglican are funcții importante ca loc de selectivitate a sarcinii anionice în timpul filtrării glomerulare.

Acest proteoglican are cel mai mare nucleu proteic care a fost observat în oricare dintre aceste molecule și se speculează că acest domeniu proteic poate interacționa cu alte macromolecule prezente în membrana subsolului.

Decorin

Decorina este un proteoglican interstițial mic și se caracterizează prin faptul că are un singur lanț glicozaminoglican și un nucleu proteic mic. Este o componentă importantă a multor țesuturi conjunctive, se leagă de fibrele de colagen de tip I și participă la asamblarea matricei extracelulare.

Referințe

1. Godfrey, M. (2002). Matrice extracelulara. În astm și BPOC (pp. 211-218). Presă academică.
2. Iozzo, RV, & Schaefer, L. (2015). Forma și funcția proteoglicanilor: o nomenclatură cuprinzătoare a proteoglicanilor. Matrice Biology, 42, 11-55.
3. Muncie, JM și Weaver, VM (2018). Proprietățile fizice și biochimice ale matricei extracelulare reglează soarta celulelor. În subiecte curente în biologia dezvoltării (Vol. 130, p. 1-37). Presă academică.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, aprilie). Funcțiile celulare ale proteoglicanilor - o imagine de ansamblu. În Seminarii în biologie celulară și dezvoltare (vol. 12, nr. 2, p. 65-67). Presă academică.
5. Petty, RE, & Cassidy, JT (2011). Structura și funcția. În manualul de reumatologie pediatrică (pp. 6-15). Wund Saunders
6. Yanagishita, M. (1993). Funcția proteoglicanilor în matricea extracelulară. Pathology International, 43 (6), 283-293.