Синтез и распад протеогликанов и их регуляция

Коровый белок протеогликанов синтезируется на рибосомах и переносится в шероховатый эндоплазматический ретикулум, где с помощью изопреноидного спирта долихолдифосфата на него переносятся связывающие трисахаридные фрагменты. Большинство гликозаминогликанов связываются с коровым белком О-гликозидной связью через аминокислотные остатки серина или треонина. Кератансульфат присоединяется через аминокислотный остаток аргинина N-гликозидной связью.

Далее коровый белок с присоединенным трисахаридом по каналам ЭПР поступает в аппарат Гольджи, где происходит наращивание полисахаридных цепей путем последовательного присоединения моносахаридов, причем перенос моносахаридов осуществляется с их УДФ-производных. Источником аминогруппы в присоединяемых аминосахарах является амидный азот глутамина.

Далее происходит сульфатирование углеводной части по остаткам N-ацетилгалактозамина или N-ацетилглюкозамина, причем поставщиком сульфатной группы является ФАФС (3’-фосфоаденозин-5’-фосфосульфат) (см. учебник: Березов Т.Т., Коровкин Б.Н. Биологическая химия. – М: изд-во «Медицина», 2007, с.428).

Ингибирующее влияние на синтез гликозаминогликанов и глюкуроновой кислоты оказывают глюкокортикоиды. Половые гормоны также тормозят синтез сульфатированных гликозаминогликанов, тогда как витамин А усиливает сульфатирование гликозаминогликанов.

Распад протеогликанов начинается в межклеточном матриксе соединительной ткани под действием протеиназ, эндо- и экзо-гликозидаз и сульфатаз, которые отщепляют сульфогруппы от протеогликанов. Одной из важных гликозидаз является гиалуронидаза, гидролизующая 1,4-гликозидные связи между повторяющимися дисахаридными единицами в гиалуроновой кислоте и хондроитинсульфате, при этом конечными продуктами реакции являются тетрасахариды. После частичного расщепления фрагменты протеогликанов и тетрасахариды переносятся из межклеточного пространства в клетку путем эндоцитоза через эндоцитные пузырьки, которые затем сливаются с лизосомами, где происходит окончательное расщепление промежуточных фрагментов лизосомальными ферментами до мономеров.

При недостаточном или аномальном синтезе каких-либо ферментов катаболизма протеогликанов развиваются тяжелые наследственные заболевания – мукополисахаридозы (лизосомальные болезни накопления), приводящие к задержке умственного развития детей, помутнению роговицы глаза, деформации скелета, уменьшению продолжительности жизни.

При пародонтите в тканях пародонта повышается активность ферментов, участвующих в распаде белков и протеогликанов: протеиназ (коллагеназы, катепсина D), гликозидаз, в частности - гиалуронидазы, сульфатаз.

Введение животным гормона роста в любом возрасте приводит к тому, что скорость синтеза протеогликанов и их состав становятся такими же, как у молодых особей. Введение тестостерона увеличивает скорость синтеза гиалуроновой кислоты в ряде тканей, например, в клапанах сердца, коже. В синовиальной жидкости суставов пациентов, пораженных ревматизмом или артритом, содержание гиалуроновой кислоты выше, чем в норме, кроме того, ее молекулы в значительной мере деполимеризованы. При сахарном диабете наблюдается замедление заживления ран, ускорение дегенерации сосудов, что может быть (по крайней мере, частично) следствием уменьшения способности организма синтезировать гликозаминогликаны при недостаточной секреции инсулина. Следует, однако, заметить, что гормональный контроль синтеза протеогликанов изучен еще недостаточно.