Основные углеводы ткани ораганизма животных

ПЛАН:

Введение 

1.  Строение и функции протеогликанов и гликопротеидов.

2. Особенности обмена глюкозамингликанов.

3. Ферменты участвующие в обмене гетерополисахаридов.

4. Патологии при нехватке ферментов  в обмене глюкозаминогликанов.

5. Структурная схема гетерополисахаридов.

Заключение 

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

По химической классификации, все углеводы являются полигидроксикарбонильными соединениями. Номенклатура их, как и в большинстве случаев природной химии, носит тривиальный характер, систематический подход разработан и им удобно пользоваться при названии производных углеводов и обозначении характерных структурных элементов. Общее окончание для всех углеводов, исключая полимерные системы - оза.

Здесь следует  отметить, что обычно углеводы подразделяют в первую очередь на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Но так как моносахара являются фундаментальными углеводными единицами, а олигосахара и полисахара - это не что иное, как их производные, то мы и будем придерживаться этой схемы: не выделять олигосахара в отдельный класс, рассматривая их как соответствующие производные моносахаро

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

строение и  функции протеогликанов и гликопротеидов

ПГ - это семейство сложных макромолекулярных соединений, состоящих из белкового кора и ковалентно присоединенных к нему углеводных цепей - гликозаминогликанов (ГАГ) (рис.1).

 

Рис.1. Структура протеогликана аггрекана

 Отличие протеогликанов от гликопротеиновЕще недавно бытовало общепринятое разделение: гликопротеин - гликозилированный белок, протеогликан - углеводная молекула с небольшой белковой частью. Это разделение слишком неопределенное.

Существуют более четкие отличительные параметры, позволяющие  выделить портеогликаны в обособленный класс белково-углеводных молекул.

Протеогликан - это гликопротеин, к которому присоединены углеводные цепи ГАГ. Гликозаминогликаны являются регулярными (повторяющиеся дисахаридные единицы), неразветвленными, высокозаряженными полимерами. Они присоединяются к коровому белку через кислород остатков серина (за некоторым исключением) - О-гликозилирование. В то время как гликопротеины, к которым относится большинство белков, модифицированы углеводными цепями, не имеющими регулярного строения, эти цепи зачастую не являются линейными (имеют ветвления) и либо состоят из нейтральных моносахаров, либо несут незначительный заряд. Олиго - или полисахаридные цепи в гликопротеинах присоединяются к полипептидным цепям через кислород остатков серина или (чаще) азот остатков аспарагина (О - или N-гликозилирование).

К тому же цепи ГАГ значительно  превосходят по длине углеводные цепи гликопротеинов. Например, цепь ГАГ  с молекулярным весом 20 кДа содержит около 50 остатков сахаров, в то время как типичный N-гликан содержит 10-12 остатков.

Протеогликаны могут нести на своем коровом белке помимо ГАГ-цепей также короткие нерегулярные олигосахариды. При этом свойства сложной молекулы определяются в основном типом ГАГ-цепи, хотя олигосахариды могут также влиять на биологическую активность.

Если к гликопротеину  присоединена хотя бы одна цепь ГАГ, он является протеогликаном.

 

ГЛИКОПРОТЕИНЫ (гликопротеиды), соед., в молекулах к-рых остатки олиго- или полисахаридов ковалентно связаны (О- или N-гликозидными связями) с полипептидными цепями белка. Гликопротеины широко распространены в природе. К ним относятся важные компоненты сыворотки крови (иммуноглобулины, трансферины и др.), групповые в-ва крови, определяющие групповую принадлежность крови человека и животных, антигены мн. вирусов (гриппа, кори, энцефалита и др.), нек-рые гормоны, лектины, ферменты.

В образовании О-гликозидной углевод-белковой связи участвуют гидроксиаминокислоты; известны комбинации галактоза (Оа1)-гидроксилизин, галактоза или арабинозагидроксипролин, но чаще в узле углевод-белковой связи находятся серии или треонин. Известно присоединение остатков N-ацетилглюкозамина (GlcNAc), маннозы

(Man) и галактозы к серину, фукозы (Fuс) - к треонину, однако подавляющее большинство таких гликопротеинов содержит в узле углевод-белковой связи один и тот же дисахаридный фрагмент (т. наз. кор, или стержень), к-рый состоит из остатков галактозы и N-ацетилгалактозамина (GalNAc) и имеет строение -(цифры обозначают номера атомов С в моносахаридах, участвующих в образовании гликозидных связей, греч. буквы - конфигурацию аномерного атома С). Кор связан с атомом О гидроксильной группы остатка серина или треонина (см., напр., ф-лу I). В состав углеводных цепей таких гликопротеинов входят также остатки N-ацетилглюкозамина, L-фукозы и (или) N-ацетилнейраминовой к-ты (NeuAc).  

Усложнение углеводной цепи О-гликозилпротеинов происходит в результате присоединения к кору остатков N-ацетиллактозамина ; на конце углеводных цепей находятся обычно остатки фукозы или N-ацетилнейраминовой к-ты. Так, октасахарид, выделенный из групповых в-в крови, имеет вид:  

В более сложном  олигосахариде, выделенном из этого же источника, дополнит. остаток N-ацетиллактозамина связан с остатком N-ацетилгалактозамина:  

Такие сложные олигосахаридные  цепи обнаружены гл. обр. в групповых  в-вах крови. Структура углеводных цепей из др. источников м. б. выражена общей ф-лой:  

где R и R'-фукоза и (или) N-ацетилнейраминовая к-та. Полипептидные цепи О-гликозилпротеинов, в отличие от обычных белков, сильно обогащены остатками серина и треонина.

В гликопротеинах, у к-рых углеводная и полипептидная цепи соединены N-гликозидными (гликозил-амидными) связями (N-гликозилпротеины), остаток N-ацетилглюкозамина связан с атомом N амидной группы остатка аспарагина в полипептидной цепи. В этом случае кор углеводной цепи гликопротеинов- пентасахарид:  

Углеводные цепи у N-гликозилпротеинов м. б. двух типов -гликозилманнозные (II) или комплексные (III):  

В состав первых входит только манноза и N-ацетилглюкозамин. Комплексные цепи содержат дополнительно галактозу, а также фукозу или N-ацетилнейраминовую к-ту и образуются в результате трансформации олигоманнозидных цепей при биосинтезе гликопротеинов.

 

Особенности обмена глюкозамингликанов

Гликозаминогликаны — углеводная часть протеогликанов, полисахариды, в состав которых входят аминосахара-гексозамины. В организме гликозаминогликаны ковалентно связаны с белковой частью протеогликанов и в свободном виде не встречаются. Молекулы гликозаминогликанов состоят из повторяющихся звеньев, которые построены из остатков уроновых моносахарид (D-глюкуроновой или L-идуроновой) и сульфатированныхи ацетилированных аминосахаров. Кроме указанных основных моносахаридных компонентов, в составе гликозаминогликанов в качестве так называемых минорных сахаров встречаются L-фукоза, сиаловые кислоты, D-манноза и D-ксилоза.

Практически все гликозаминогликаны ковалентно связаны с белком в молекуле протеогликанов.

Гликозаминогликаны подразделяются на семь основных типов. Шесть из них структурно сходны — в их полисахаридных цепях чередуются дисахаридные звенья, состоящие из остатков сульфатированных аминосахаров (N-ацетилглюкозамина и N-ацетилгалактозамина) и гексуроновых кислот (D-глюкуроновой или L-идуроновой). Это:

• Гиалуроновые кислоты
• хондроитин-4-сульфат
• хондороитин-6-сульфат
• дерматансульфат
• гепарин
• гепарансульфат

В гликозаминогликанах седьмого типа —кератансульфате или кератосульфате, в дисахаридных звеньях — вместо уроновых кислот находится D-галактоза.

Число чередующихся в дисахаридных звеньях гликозаминогликанах может быть очень большим, и молекулярная масса протеогликанов за счёт этого достигает иногда нескольких миллионов. Несмотря на то, что общая структура различных гликозаминогликанов сходна, они имеют определённые отличительные особенности.

Сульфатные группы могут  присоединяться к гликозаминогликанам через атом кислорода (O-сульфатирование) или через атом азота (N-сульфатирование)

Биологическое значение

Гликозаминогликаны в составе протеогликанов входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани, содержатся в костях, синовиальной жидкости, стекловидном теле ираговице глаз. Вместе с волокнамиколлагена и эластина, протеогликаны образуют соединительнотканный матрикс (основное вещество). Один из представителей гликозаминогликанов —гепарин, обладающий противосвёртывающей активностью, находится в межклеточном веществе ткани печени, лёгких, сердца, стенках артерий.

Протеогликанов покрывают поверхность клеток, играют важную роль в ионном обмене, иммунных реакциях, дифференцировке тканей. Генетические нарушения распада гликозаминогликанов приводят к развитию большой группы наследственных болезней обмена — мукополисахаридозов.

 

Ферменты участвующие в обмене гетерополисахаридов.

Расщепление сложных  углеводов пищи начинается в ротовой  полости под действием ферментов  амилазы и мальтазы слюны. Оптимальная активность этих ферментов проявляется в щелочной среде. Амилаза расщепляет крахмал и гликоген, а мальтаза — мальтозу. При этом образуются более низкомолекулярные углеводы — декстрины, частично — мальтоза и глюкоза.

В желудке расщепление  углеводов пищи не происходит, так  как отсутствуют специфические  ферменты гидролиза углеводов, а  кислая среда желудочного сока (рН 1,5—2,5) подавляет активность ферментов слюны. В тонком кишечнике происходит основной распад углеводов пищи. В двенадцатиперстной кишке под действием фермента амилазы сока поджелудочной железы сложные углеводы постепенно расщепляются до дисахаридов. Далее дисахариды под действием высокоспецифических ферментов мальтазы, сахаразы и лактазы расщепляются до моносахаридов, в основном глюкозы, фруктозы, галактозы. Эти ферменты находятся на щеточной кайме эпителия слизистой оболочки кишечника, поэтому распад углеводов происходит не только в полости кишечника, но и на мембранах клеток слизистой оболочки.

В организм человека поступает большое количество клетчатки (целлюлозы). В тонком кишечнике она  не расщепляется, так как отсутствуют  ферменты, необходимые для ее гидролиза. Частичное расщепление клетчатки  происходит до целлобиозы и глюкозы в толстом кишечнике под действием бактериальных ферментов. Образовавшиеся углеводы используются микроорганизмами для своей жизнедеятельности. Микроорганизмы также используют клетчатку для биосинтеза витаминов К, В12, фолиевой кислоты. Нерасщепившаяся целлюлоза выводится из организма.

Всасывание образовавшихся моносахаридов (глюкозы, фруктозы) стенками тонкого кишечника и поступление  их в кровь происходит путем активного  транспорта с участием белка-переносчика, градиента Na+ и АТФ. Ионы Na+ активируют АТФ-азу, которая ускоряет распад АТФ и освобождение энергии, необходимой для проникновения этих моносахаридов через стенки кишечника. Всасывание других моносахаридов осуществляется посредством пассивной диффузии, так как их содержание в крови низкое. Скорость всасывания отдельных моносахаридов неодинакова.

Так, если скорость всасывания глюкозы принять за 100 %, то скорость всасывания галактозы  составит 110 %, фруктозы — 43, маннозы — 19, пентозы — 15, арабинозы — 9 %.

Процесс всасывания моносахаридов в кишечнике регулируется нервной и гормональной системами. Под действием нервной системы  может измениться проницаемость  кишечного эпителия, степень кровоснабжения слизистой оболочки кишечной стенки и скорость движения ворсинок, в  результате чего меняется скорость поступления  моносахаридов в кровь воротной вены. Всасывание глюкозы активируется гормонами коры надпочечников, гипофиза, щитовидной и поджелудочной желез  и подавляется адреналином.

Интенсивная мышечная деятельность замедляет всасывание углеводов, а легкая и непродолжительная  работа усиливает всасывание глюкозы. Повышение температуры окружающей среды до 35—40 °С угнетает, а понижение до 25 °С — усиливает всасывание углеводов, что связано, по-видимому, со стимуляцией энергетического обмена углеводов.

Патологии при нехватке ферментов  в обмене глюкозаминогликанов . При наследственных нарушениях обмена гликозаминогликанов, в частности, при недостаточности гидролитических ферментов – лизосомальных гликозидаз, участвующих в деградации гликозаминогликанов, в СТ происходит накопление неразрушенных или частично разрушенных протеогликанов и выведение их в большом количестве с мочой; в СТ различных органов обнаруживаются многочисленные клетки, аккумулирующие гликозаминогликаны. Развиваются тяжелые лизосомальные болезни накопления гликозаминогликанов – мукополисахаридозы.

Мукополисахаридозы (разновидность тезаурисмозов – болезней накопления) – группа заболеваний, связанных с генетическим дефектов ферментативного расщепления углеводной части молекулы гликозаминогликанов, сопровождающихся отложением их в СТ различных органов. Большинство из них наследуется по аутосомно-рецессивному типу. В зависимости от того, дефицит какого фермента, расщепляющего определенный тип гликозамингликана, имеет место, в настоящее время различают 11 основных клинико-биохимических синдромов мукополисахаридозов

Таблица 1. Краткая характеристика некоторых наиболее распространенных типов мукополисахаридозов

Тип Мукополисахаридоза	Название болезни (синдрома)	Гликозамингликан, накапливающийся в СТ органов
1	Синдром Гурлера	Дерматансулфат, Гепарансульфат
2	Синдром Хантера	- “ -
3	Болезнь Санфилиппо	Гепарансульфат
4	Болезнь Моркио	Кератансульфат