Гаг гликозаминогликаны. Артропатии и гликозаминогликаны (ГАГ)

Гликозаминогликаны – лекарственные препараты, которые ранее назывались мукополисахаридами. В организме эти вещества ковалентно связаны с протеогликанами и не встречаются в свободном виде. Всего на сегодняшний день принято выделять 7 основных типов, их которых 6 сходны по своей структуре. Это:

1. Дерматансульфат.
2. Хондроитин-4-сульфат.
3. Хондороитин-6-сульфат.
4. Гепарин.
5. Гепарансульфат.

Что же касается седьмого типа, то это кератансульфат, который немного отличается от вышеперечисленных. В организме все эти вещества входят в состав соединительной ткани межклеточного вещества, имеются в костной ткани и синовиальной жидкости, а также в стекловидном теле и роговице глаза. Генетические патологии распада гликозаминогликанов заканчиваются развитием такого наследственного заболевания, как мукополисахаридоз.

Артрадол

В одной ампуле этого препарата содержится 100 мг хондроитина сульфат натрия. При внутримышечном введении легко всасывается и уже через 15 минут обнаруживается в синовиальной жидкости. Наибольшая концентрация наблюдается через час после введения, затем она постепенно снижается на протяжении двух дней.

В период лечения лекарство используют по 100 мг, через день. Сухое вещество необходимо предварительно развести в 1 мл воды для инъекций. Полный курс лечения — 25 – 35 инъекций, через 6 месяцев курс можно повторить.

Основными показаниями для приёма препарата считаются первичный артроз, остеоартроз с поражением наиболее крупных суставов и межпозвоночный остеохондроз.

Артрон Хондрекс

Это современный таблетированный препарат на основе хондроитина сульфата, причём в каждой таблетке содержится 750 мг активного вещества. Применяется при лечении разных болезней:

1. Остеопатии.
2. Пародонтопатии.
3. Остеохондроза.
4. Дегенеративных заболеваний хрящей и суставов.

В день необходимо принимать по одной – две таблетки. После того, как будет достигнут желаемый эффект, дозировка понижается до поддерживающей — 750 мг в сутки.

Ангиофлюкс

Активное вещество этого препарата – натуральный продукт, который состоит из смеси глюкозаминогликанов — гепариноподобной фракции и дерматансульфата. Препарат вводят внутривенно капельно, растворив содержимое ампулы в 150 – 200 мл физраствора. Курс парентерального введения — 15 – 20 систем, после чего следует перейти на приём капсул.

Основное показания для приёма – ангиопатия, при которой велик риск тромбообразования, микроангиопатия, к которой можно отнести нефропатию, ретинопатию, нейропатию, а также макроангиопатию при сахарном диабете.

Вессел Дуэ Ф

Выпускается препарат в капсулах и в растворе для внутримышечного и внутривенного введения, и относится к антикоагулянтам прямого действия. В начале лечения лекарство вводится внутривенно, после чего переходят на приём капсул. Длительность лечения 30 – 40 дней. Полный курс проводится два раза в год. К основным показаниям для применения можно отнести:

1. Ангиопатию с повышенным риском тромбообразования.
2. Ишемический инсульт.
3. Сосудистую деменцию.
4. Флебопатию.
5. Тромбофлебические состояния.
6. Гепарин-индуцированную тромботическую тромбоцитопению.

В период лечения требуется постоянный контроль периферической крови, а также время кровотечения и время свёртывания.

Мукартрин

Мукартрин – препарат, который относится к стимуляторам регенерации хрящевой ткани. Препарат обладает хорошей противовоспалительной активностью, обладает антитромботическим действием, снижает уровень липидов в крови, помогает восстановить повреждённую соединительную ткань и хрящевые клетки.

Прежде, чем начинать лечение любым препаратом из группы гликозаминогликанов, надо проконсультироваться со специалистом, так как здесь могут быть некоторые противопоказания, причём для всех 7 видов этих веществ они могут быть самыми разными, так как действуют лекарства по-разному.

К препаратам, которые также относятся к этой группе, относятся:

1. Структум.
2. Хондрогард.
3. Хондроитин.
4. Хондроксид.
5. Румалон.

С чем может быть связана нехватка гликозаминогликанов? Это может быть следствие диет или вегетарианства, метаболические нарушения, которые приводят к болезням, чрезмерные нагрузки на организм и возрастные изменения. Поэтому в некоторых случаях препараты, содержащие гликозаминогликаны, могут назначаться и для профилактики.

Реакция альцианового синего с реакционными группами субстрата основана на свойстве молекул красителя взаимодействовать с отрицательно заряженными группами субстрата и располагаться перпендикулярно к продольной оси. Если содержание ГАГ в исследуемых структурах низкое, перед окраской проводят карбоксиметилирование. Алкилирование, происходящее по воздействием метилиодида блокирует все карбоксильные группы, оставляя неизменными сульфатные, что улучшает качество реакции.

Методика выявления кислых гликозаминогликанов по Стидмену:

1. депарафинированные срезы довести до воды.

2. нанести 0,1% раствор альцианового синего на 10 мин.

3. промыть в дистиллированной воде.

4. окрасить гематоксилином Майера 3-5мин.

5. промыть в водопроводной воде 2-3 мин.

6. провести по батарее спиртов, через ксилол 1, ксилол 2, и минуя

карбол/ксилол заключить срезы в канадский бальзам.

Результат: кислые ГАГ окрашиваются в сине-голубой цвет.

Занятие 4. Освоение методики выявления коллагена по Маллори

(2 Часа).

Избирательность метода обусловлена специфическим связыванием молибденовой кислоты с коллагеновыми волокнами с последующим присоединением обычных сульфированных красителей.

Используя комплекс визуализации и анализа изображения получить и разместить фотографию политенных хромосом, отметить их характерные морфологические признаки.

Методика выявления коллагена по Маллори:

окрасить 0,1% раствором кислого фуксина -3 мин;

промыть в дистиллированной воде и зафиксировать окраску 1%

раствором фосфорно-молибденовой кислоты;

промыть в дистиллированной воде

окрасить сложным красителем в течение 2 мин* ;

промыть в дистиллированной воде;

дифференцировать в 96 0 спирте;

провести по батарее – абсолютный спирт, ксилол 1, ксилол 2, заключить в

Результат : коллагеновые и ретикулиновые волокна темно-синие, слизь

синяя, эритроциты красно-оранжевые, мышечная ткань ярко-

оранжевая, хроматин красный или тёмно-коричневый.

Приготовление рабочего раствора красителя : к 0,5 г анилинового синего + 2 г оранжевого + 2 г щавелевой кислоты и растворить в 10 мл дистиллированной воды. Прокипятить, остудить и профильтровать.

Занятие № 5. Освоение методики выявления митохондрий по Альтману (2 часа).

Методика выявления митохондрий по Альтману:

депарафинированные срезы довести до воды;

нанести в избытке готовый раствор кислотного фуксина на анилиновой

нагреть стекло над пламенем спиртовки до появления паров и остудить.

Эту операцию повторяют 1-2 раза; после окончательного охлаждения

избыток рас­твора красителя слить;

дифференцировать в трех порциях пикриновой кислоты;

провести по батарее – 96 0 , абсолютный спирт, ксилол 1, ксилол 2 и минуя карбол/ксилол заключить в бальзам.

Результат: мито­хондрии – резко красные на желтоватом фоне.

Примечания . Наибольшую трудность представляет дифференцировка в пикриновой кислоте. Если она прервана слишком рано, то митохондрии и протоплазма остаются окрашенными в одинаковый красный цвет; если она прервана слиш­ком поздно, то митохондрии уже недостаточно выделяются на фоне обесцве­тившейся протоплазмы.

Используя комплекс визуализации и анализа изображения получить и разместить фотографию первичной культуры клеток, окрашенную по Альтману, обозначить локализацию митохондрий в клетке.

Приготовление раствора красителя . В 100 см 3 анилиновой воды растворяют в 20 г кислого фуксина, так как стойкость раствора очень ограничена (около 24 час), то лучше приготовлять лишь 10 см 3 .

Раствор I : пикриновая кислота, насыщенная на абсолютном спирте 10 см 3 , 20-градусный спирт 40 см 3 . Раствор II : пикрино­вая кислота, насыщенная на абсолютном спирте 10 см 3 , 20-градусный спирт 70 см 3 . Первым раствором наполняют два стаканчика: один, чтобы смыть избыток раствора красителя (около 15 сек.); второй для следующей за этим дифференцировки. Дифференцировку заканчивают в третьем стаканчике с раствором II (1-3 мин.)

Протеогликаны и гликопротеины - это молекулы, состоящие из белков с ковалентно присоединенными к ним олигосахаридными или полисахаридными цепями. Различие между протеогликанами и гликопротеинами состоит в химической природе присоединенных к белку полисахаридов. В протеогликанах каждый полисахарид состоит из повторяющихся дисахаридных единиц, в которых всегда присутствуют Д-глюкозамин или Д-галактозамин. Каждый дисахаридный компонент протеогликановых полисахаридов (за исключением кератансульфата) содержит уроновую кислоту-L-глюкуроновую кислоту (GleUA) или ее 5-эпимер, -идуроновую кислоту (IdUA). За исключением гиалуроновой кислоты, все полисахариды протеогликанов содержат сульфатные группы в виде или О-эфиров, или -сульфата (в гепарине или гепаринсульфате).

Существуют 3 типа связей протеогликановых полисахаридов с их полипептидной цепью:

1) О-гликозидная связь между характерная только для протеогликанов; 2) О-гликозидная связь между присутствующая в кера-тансульфате II; связь между GlcNAc и амидным азотом

Пути образования полисахаридных цепей полностью идентичны путям, по которым происходит рост олигосахаридных цепей гликопротеинов. присоединяет Ху1 нуклеотидного сахара к с возникновением Ху1-Ser-O-гликозидной связи. Образование О-гликозидной связи между вероятно, осуществляется аналогичной -трансферазой. -гликозидная связь между GlcNAc и амидным азотом почти наверняка образуется при участии липид-связанного полисахарида, долихол-Р- Р-полисахарида, который, как отмечалось выше, ответствен за транспорт предобразованного олиго- или полисахарида в процессе образования гликопротеинов. Однако детали этой реакции в ходе синтеза протеогликанов пока не установлены.

Процесс элонгации цепи протекает при участии нуклеотидсахаров, действующих в качестве доноров, Реакции регулируются в первую очередь субстратной специфичностью отдельных гликозилтрансфераз. Здесь вновь проявляется принцип «один фермент - одна связь». Специфичность реакций зависит от нуклеотидсахарного донора, акцепторного олигосахарида и от аномерной конфигурации и положения связи. Ферментативные системы, участвующие в элонгации цепи, обладают способностью очень точно воспроизводить сложные полисахариды.

Завершение роста полисахаридной цепи является результатом следующих феноменов: 1) кэпирующего эффекта сиалилирования специфическими сиалил-трансферазами; 2) сульфирования, в особенности в положении сахаров; 3) удаления данного полисахарида с того места на мембране, где протекает катализ.

После образования полисахаридной цепи происходят многочисленные химические модификации, такие, как включение сульфатных групп в -компоненты хондроитинсульфата и дерматансульфата и эпимеризация остатка в остаток в гепарине и гепарансульфате.

Важным аспектом метаболизма протеогликанов является их деградация. Наследственные дефекты деградации полисахаридных цепей протеогликанов лежат в основе группы заболеваний, известных как му-копо лисахарцдозы и муколипидозы, которые обсуждаются ниже и в гл. 14. Эти нарушения катаболизма способствовали изучению специфических ферментов деградации и их субстратов. Существует ряд экзогликозидаз, осуществляющих ступенчатое отщепление сульфатных компонентов и гликозильных групп. Кроме того, имеются эндогликозидазы, которые присутствуют в нормальных условиях и обладают различной специфичностью. Например, широко распространенный фермент гиалуронидаза расщепляет -ацетилгексозаминовые связи в гиалуроновой кислоте и хондроитинсульфатах.

Известно 7 типов полисахаридов (гликозамино-гликанов)

Рис. 54.9. Обобщенная структура протеогликанов и гликозаминогликанов -гтюкуроновая кислота; IdUA - L-идуроновая кислота; GlcN - D-глюкозамин; GalN-D-галактозамин; Ac-ацетил; Gal-D-галактоза; Xyl- D-ксилоза; Ser-L-серин; Thr-L-треонин; Asn - L аспарагин; Man - D-манноза; NeuAc-N-ацетитнейраминовая кислота). Схема носит качественный характер и не отражает, например, состав уроновых кислот гибридных полисахаридов, таких, как гепарин и дерматансульфат, которые содержа и L-идуроновую, и D-глюкуроновую кислоты. Нельзя считать, что указанные заместители непременно присутствуют во всех случаях: так. в гепарине большинство остатков идуроновой кислоты несут 2-сульфатную группу, тогда как в дерматансульфате сульфирована значительно меньшая доля этих остатков. (Slightly modified and reproduced, with permission, from Lcnnarz W. J. The Biochemistry of Glycoproteins and Proteoglycans, Plenum Press. 1980.)

соединяющихся с белками в составе протеогликанов. Шесть из них обладают родственной структурой и содержат остатки уроновой кислоты и гексозамина, которые перемежаются в повторяющихся дисахаридных компонентах; исключение составляет кератансульфат, лишенный уроновой кислоты. Все они, кроме гиалуроновой кислоты, содержат сульфированные сахара и ковалентно присоединены к белкам. Указанные 7 типов полисахаридов могут различаться по составу входящих в них мономеров, гликозидным связям, а также по количеству и локализации сульфатных заместителей.

Все гликозаминогликаны являются полианионами благодаря присутствию в их структурах кислых сульфатных групп или карбоксильных групп уроновых кислот. С этой особенностью гликозаминогликанов связаны многие их функциональные свойства.

Структуры 7 гликозаминогликанов, входящих в состав про еогликановых молекул, представлены на рис. 54.9.

Гиалуроновая кислота

Гиалуроновая кислота представляет собой неразветвленную цепь из повторяющихся дисахаридных компонентов, содержащих GlcUA и GlcNAc. Твердые доказательства связи гиалуроновой кислоты с молекулой белка (которые имеются для других полисахаридов соединительной ткани) отсутствуют, но, вероятно, эта кислота подобно другим гликозаминогликанам, синтезируется в составе протеогликанов. Гиалуроновая кислота присутствует у бактерий и широко распространена в различных тканях животных, включая синовиальную жидкость, стекловидное тело глаза и рыхлую соединительную ткань.

Хондроитинсульфаты

Хондроитинсульфаты-это протеогликаны, являющиеся важнейшим компонентом хряща. Полисахарид связывается с белком О-гликозидной связью Xyl-Ser. Данные о структуре хондроитинсульфатов суммированы на рис. 54.9. Повторяющийся дисахаридный компонент очень сходен с таковым в гиалуроновой кислоте, за тем исключением, что гексозамин представлен GalNAc, а не GlcNAc. Однако и в хондроитинсульфатах, и в гиалуроновой кислоте уроновая кислота представлена GlcUA, а положения связей и аномерные конфигурации у них одни и те же. GalN Ас хондроитинсульфатов содержит сульфатный

Рис. 54.10. Электронная микрофотография протеогликанового агрегата средней величины; особенно хорошо видны субъединицы протеогликана и волокнистая основа. (Reproduced, with permission, from Rosenberg L., Heilman W., Kleinschmidt A. K. Electron microscopic studies of proteoglycan aggregates from bovine articular cartilage. J. Biol. Chem., 1975, 250, 1877.)

заместитель в положении 4 или 6. Как правило, оба заместителя присутствуют в одной и той же молекуле, но при разных моносахаридных остатках. На дисахаридную единицу приходится в среднем примерно один сульфатный заместитель. Каждая полисахаридная цепь содержит около 40 повторяющихся дисахаридных компонентов и имеет молекулярную массу, близкую к 20000. В результате связывания множества таких цепей с одной белковой молекулой образуются высокомолекулярные протеогликаны. Молекулярная масса хондроитинсульфата носового хряща составляет около .

Хондроитинсу льфаты прочно связываются с гиалуроновой кислотой при помощи двух связывающих белков, образуя в соединительной ткани очень большие агрегаты. Эти агрегаты можно наблюдать в электронном микроскопе (рис. 54.10); на рис. 54.11 дано их схематическое изображение.

Связывающие белки обладают сильной гидрофобностью и взаимодействуют и с гиалуроновой кислотой, и с протеогликаном.

Рис. 54.11. Схематическое изображение протсогликаново-го агрегата. (Reproduced, with permission, from Len-narz W.J. The Biochemistry of Glycoproteins and Proteoglycans. Plenum Press, 1980.)

Хондроитинсульфаты содержат 6 типов межсахаридных связей, и их синтез поэтому протекает с участием 6 различных гликозилтрансфераз - по одному ферменту для каждого типа связей. Кроме того, имеются 2 вида сульфатных эфиров с сульфатными группами в 4- или 6-м положениях. Процессы эстерификации осущес вляются двумя сульфотрансферазами, сульфатсодержащим субстратом которых служит 3"-фосфоаденозин-5"-фосфосульфат (ФАФС).

Кератансульфат I и кератансульфат II

Как показано на рис. 54.9, кератансульфаты состоят из повторяющихся дисахаридных компонентов Gal-GlcNAc и содержат сульфаты в 6 м положении остатков GlcNAc и иногда - Gal. Полисахарид в кератансульфате I присоединен к полипептидной цепи связью GIcNAc-Asn. Большие количества этого кератансульфата присутствуют в роговице.

Кератансульфат II - протеогликан скелета, содержащийся в нем вместе с хондриотинсульфатом, связан с гиалуроновои кислотой рыхлой соединительной ткани. Его полисахаридные цепи присоединяются к полипептидной цепи с помощью связи Gal-NAc-Thr(Ser).

Гепарин

Гепарин представляет собой классический протеогликан в котором несколько полисахаридных

Рис. 54.12. Структура гепарина. Отрезок полимера иллюстрирует типичные структурные особенности гепарина, однако последовательность различным образом замещенных повторяющихся дисахаридных компонентов выбрана произвольно. Кроме того, могут присутствовать несульфированные или 3-О-сульфированные глюкозаминовые остатки. (Modified redrawn, and reproduced with permission, from Lindahl U. et al. Structure and biosynthesis of heparin-like polysaccharides. Fed. Proc., 1977, 36, 19.)

цепей связаны с общим белковым ядром. Он обнаруживается в гранулах тучных клеток и, таким образом, локализован внутриклеточно. Гепарин обладает и другими структурными и функциональными особенностями, и некоторые из них имеют значение для медицины. Характерные особенности структуры гепарина представлены на рис. 54.12. Повторяющийся дисахаридный компонент содержит глюкозамин (GlcN) и уроновую кислоту. Большинство аминогрупп остатков GlcN присутствует в N-сульфированной форме, но имеется и небольшое количество ацетилированных аминогрупп. GlcN содержит также С6-сульфатный эфир.

Около 90% уроновой кислоты - это IdUA и лишь 10% приходится на GlcUA. Первоначально остатки уроновой кислоты представлены в виде GlcUA, но в дальнейшем, после образования полисахарида 5-эпимераза превращает почти 90% остатков GlcUA в остатки IdUA, последние часто подвергаются сульфированию во 2-м положении.

Белковая молекула протеогликана гепарина уникальна в том отношении, что она состоит только из сериновых и глициновых остатков. Приблизительно две трети сериновых остатков соединены с полисахаридными цепями; их молекулярная масса составляет обычно 5000-15000, но иногда достигает 100000.

Полисахаридные цепи гепариновых протеогликанов после полимеризации претерпевают ряд модификаций:

1) первичный продукт не сульфируется, но полностью N-ацетилируется с образованием полимера (GlcUA-GlcNAc)n; 2) около 50% остатков GlcNAc подвергаются N-деацетилированию; 3) свободные аминогруппы GlcN сульфируются; затем происходит дальнейшее деацетилирование примерно половины остальных групп полимер становится субстратом для 5-эпимеразы, которая превращает около 90% остатков и большим содержанием

Гликозаминогликаны - линейные отрицательно заряженные гетерополисахариды. РаНbше их называли мукополисахаридами, так как они обнаруживались в слизистых секретах (мукоза) и придавали этим секретам вязкие, смазочные свойства. Эти свойства обусловлены тем, что гликозаминогликаны могут связывать большие количества воды, в результате чего межклеточное вещество приобретает желеобразный характер.

Протеогликаны - высокомолекулярные соединения, состоящие из белка (5-10%) и гликозаминогликанов (90-95%). Они образуют основное вещество межклеточного матрикса соединительной ткани и могут составлять до 30% сухой массы ткани.

Белки в протеогликанах представлены одной полипептидной цепью разной молекулярной массы. Полисахаридные компоненты у разных протеогликанов разные. Протеогликаны отличаются от большой группы белков, которые называют гликопротеинами. Эти белки тоже содержат олигосахаридные цепи разной длины, ковалентно присоединённые к полипептидной основе. Углеводный компонент гликопротеинов гораздо меньше по массе, чем у протеогликанов, и составляет не более 40% от общей массы. Гликопротеины выполняют в организме человека разные функции и присутствуют во всех классах белков - ферментах, гормонах, транспортных, структурных белках и др. Представители гликопротеинов - коллаген и эластин, иммуноглобулины, ангиотензиноген, трансферрин, церулоплазмин, внутренний фактор Касла, тиреотропный гормон. Гликозаминогликаны и протеогликаны, являясь обязательными компонентами межклеточного матрикса, играют важную роль в межклеточных взаимодействиях, формировании и поддержании формы клеток и органов, образовании каркаса при формировании тканей. Благодаря особенностям своей структуры и физико-химическим свойствам, протеогликаны и гликозаминогликаны могут выполнять в организме человека следующие функции:

они являются структурными компонентами межклеточного матрикса;

протеогликаны и гликозаминогликаны специфически взаимодействуют с коллагеном, эластином, фибронектином, ламинином и другими белками межклеточного матрикса;

все протеогликаны и гликозаминогликаны, являясь полианионами, могут присоединять, кроме воды, большие количества катионов (Na + , K+, Са 2+) и таким образом участвовать в формировании тургора различных тканей;

протеогликаны и гликозаминогликаны играют роль молекулярного сита в межклеточном матриксе, они препятствуют распространению патогенных микроорганизмов;

гиалуроновая кислота и протеогликаны выполняют рессорную функцию в суставных хрящах;

гепарансульфатсодержащие протеогликаны способствуют созданию фильтрационного барьера в почках;

кератансульфаты и дерматансульфаты обеспечивают прозрачность роговицы;

гепарин - антикоагулянт;

гепарансульфаты - компоненты плазматических мембран клеток, где они могут функционировать как рецепторы и участвовать в клеточной адгезии и межклеточных взаимодействиях. Они также выступают компонентами синаптических и других пузырьков.

Строение и классы гликозаминогликатов . Гликозаминогликаны представляют собой длинные неразветвлённые цепи гетерополиса-харидов. Они построены из повторяющихся дисахаридных единиц. Одним мономером этого дисахарида является гексуроновая кислота (D-глюкуроновая кислота или L-идуроновая), вторым мономером - производное аминосахара (глюкоз- или галактозамина). NH 2 -rpynna аминосахаров обычно ацетилирована, что приводит к исчезновению присущего им положительного заряда. Кроме гиалуроновой кислоты, все гликозаминогликаны содержат сульфатные группы в виде О-эфиров или N-сульфата.

Гиалуроновая кислота находится во многих органах и тканях. В хряще она связана с белком и участвует в образовании протеогликановых агрегатов, в некоторых органах (стекловидное тело глаза, пупочный канатик, суставная жидкость) встречается и в свободном виде. Предполагается, что в суставной жидкости гиалуроновая кислота выполняет роль смазочного вещества, уменьшая трение между суставными поверхностями. Повторяющаяся дисахаридная единица в гиалуроновой кислоте имеет следующую структуру:

Гиалуроновая кислота содержит несколько тысяч дисахаридных единиц, молекулярная масса её достигает 10 5 - 10 7 Д.

Хондроитинсульфаты - самые распространённые гликозаминогликаны в организме человека; они содержатся в хряще, коже, сухожилиях, связках, артериях, роговице глаза. Хондроитинсульфаты являются важным составным компонентом агрекана - основного протеогликана хрящевого матрикса. В организме человека встречаются 2 вида хондроитинсульфатов: хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат. Они построены одинаковым образом, отличие касается только положения сульфатной группы в молекуле N-ацетилгалактозамина.

Одна полисахаридная цепь хондроитинсульфата содержит около 40 повторяющихся дисахаридных единиц и имеет молекулярную массу 10 4 - 10 6 Д.

Кератансульфаты - наиболее гетерогенные гликозаминогликаны; отличаются друг от друга по суммарному содержанию углеводов и распределению в разных тканях. Кератансульфат I находится в роговице глаза и содержит кроме повторяющейся дисахаридной единицы L-фукозу, D-маннозу и сиаловую кислоту. Кератансульфат II был обнаружен в хрящевой ткани, костях, межпозвоночных дисках. В его состав помимо Сахаров дисахаридной единицы входят N-ацетилгалактозамин, L-фукоза, D-манноза и сиаловая кислота. Кератансульфат II входит в состав агрекана и некоторых малых протеогликанов хрящевого матрикса. В отличие от других гликозаминогликанов, кератансульфаты вместо гексуроновой кислоты содержат остаток галактозы.

Молекулярная масса одной цепи кератансуль-фата колеблется от 4 × 10 3 до 20 × 10 3 Д.

Дерматансульфат широко распространён в тканях животных, особенно он характерен для кожи, кровеносных сосудов, сердечных клапанов. В составе малых протеогликанов (бигликана и декорина) дерматансульфат содержится в межклеточном веществе хрящей, межпозвоночных дисков, менисков. Повторяющаяся дисахаридная единица дерматансульфата имеет следующую структуру.

Молекулярная масса одной цепи дерматансульфата колеблется от 15 × 10 3 до 40 × 10 3 Д.

Гепарин - важный компонент противосвёртывающей системы крови (его применяют как антикоагулянт при лечении тромбозов). Он синтезируется тучными клетками и находится в гранулах внутри этих клеток. Наибольшие количества гепарина обнаруживаются в лёгких, печени и коже. Дисахаридная единица гепарина похожа на дисахаридную единицу гепарансульфата. Отличие этих гликозаминогликанов заключается в том, что в гепарине больше N-сульфатных групп, а в гепарансульфате больше N-ацетильных групп. Молекулярная масса гепарина колеблется от 6 × 10 3 до 25 × 10 3 Д

Гепарансульфат находится во многих органах и тканях. Он входит в состав протеогликанов базальных мембран. Гепарансульфат является постоянным компонентом клеточной поверхности. Структура дисахаридной единицы гепарансульфата такая же, как у гепарина. Молекулярная масса цепи гепарансульфата колеблется от 5 × 10 3 до 12 × 10 3 Д.

Cтроение и виды протеогликанов . В межклеточном матриксе присутствуют разные протеогликаны. Среди них есть очень крупные - например агрекан и версикан. Кроме них, в межклеточном матриксе имеется целый набор так называемых малых протеогликанов, которые широко распространены в разных видах соединительной ткани и выполняют там самые разнообразные функции. Основной протеогликан хрящевого матрикса называется агрекан, он составляет 10% по весу исходной ткани и 25% сухого веса хрящевого матрикса. Это очень большая молекула, в которой к одной полипептидной цепи присоединены до 100 цепей хондроитинсульфатов и около 30 цепей кератансульфатов. По форме молекула агрекана напоминает бутылочный "ёршик". В хрящевой ткани молекулы агрекана собираются в агрегаты с гаалуроновой кислотой и небольшим связывающим белком. Оба компонента присоединяются к агрекану нековалент-ными связями в области домена G 1 . Домен G 1 взаимодействует примерно с пятью дисахаридными единицами гиалуроновой кислоты, далее этот комплекс стабилизируется связывающим белком; домен G 1 и связывающий белок вместе занимают 25 дисахаридных единиц гиалуроновой кислоты. Конечный агрегат с молекулярной массой более 200 × 10 6 Д состоит из одной молекулы гиалуроновой кислоты и 100 молекул агрекана (и такого же количества связывающего белка). Координация сборки этих агрегатов является центральной функцией хондроцитов. Агрекан и связывающий белок продуцируются этими клетками в необходимых количествах. Эти компоненты могут взаимодействовать друг с другом внутри клетки, но процесс агрегации полностью завершается в межклеточном матриксе. Показано, что гиалуроновая кислота образуется на поверхности хондроцитов специфической синтетазой и "выталкивается" в межклеточное пространство, чтобы связаться с агреканом и связывающим белком. Созревание функционально активного тройного комплекса составляет около 24 ч.

Малые протеогликаны. Малые протеогликаны - протеогликаны с низкой молекулярной массой. Они содержатся в хрящах, сухожилиях, связках, менисках, коже и других видах соединительной ткани. Эти протеогликаны имеют небольшой коровый белок, к которому присоединены одна или две цепи гликозаминогликанов. Наиболее изучены декорин, бигликан, фибромодулин, люмикан, перлекан. Коровые белки бигликана и декорина похожи по размерам и структуре (молекулярная масса 36 000 и 38 000 Д, соответственно). Они имеют несколько тандемных повторов, богатых лейцином, которые образуют α-спирали или β-структуры. На N- и С-концах этих белков имеются домены, содержащие S-S-связи. Ко"ровые белки значительно различаются по первичной структуре в N-концевых областях, что определяет различия в присоединении гликозаминогликанов. Бигликан содержит серии в положениях 5 и 11, что обеспечивает присоединение двух полисахаридных цепей. Декорин содержит один серии в положении 4, поэтому к нему присоединяется одна полисахаридная цепь. У этих протеогликанов полисахаридные цепи представлены дерматансульфатом с молекулярной массой ~ 30 000 Д.Ко́ровый белок фибромодулина (молекулярная масса ~ 40 000 Д) тоже имеет области тандемных повторов, богатые лейцином, но его N-концевая область отличается тем, что не содержит серина, а имеет несколько сульфатированных остатков тирозина, поэтому одна или две цепи кератансульфата присоединяются к ко"ровому белку фибромодулина не в N-концевой, а в области, богатой лейцином, через NH 2 -группу аспарагина. Малые протеогликаны являются мультифункциональными макромолекулами. Они могут связываться с другими компонентами соединительной ткани и оказывать влияние на их строение и функции. Например, декорин и фибромодулин присоединяются к фибриллам коллагена II типа и ограничивают их диаметр (т.е. препятствуют образованию толстых фибрилл). Декорин и бигликан, присоединяясь к фибронектину, подавляют клеточную адгезию, а присоединяясь к фактору роста опухолей (3, снижают его митогенную активность. Кроме этого, имеется большое количество данных о том, что малые протеогликаны играют важную регуляторную роль в процессах развития и восстановления соединительной ткани.

Гликозаминогликаны, синтезирующиеся в организме человека, вызвали особый интерес ученых. Эти соединения были получены искусственным путем и вошли в состав некоторых лекарственных средств и БАДов, которые в настоящее время широко используются в медицине. Однако мнение врачей в применении таких препаратов неоднозначно, особенно это касается хондропротекторов - препаратов для поддержания и восстановления хрящевой ткани. Рассмотрим тему детально.

Гликозаминогликаны - это натурального образования гетерополисахариды, которые чаще всего располагаются в веществе между клетками тканей и органов человека. Их можно встретить в соединительной ткани человека и в синовиальной жидкости. Гликозаминогликаны состоят из повторяющихся дисахаридных единиц. Ранее они назывались мукополисахаридами.

Эти органические соединения имеют свойство достаточно прочно связывать молекулы воды в значительном количестве, поэтому вещество, расположенное между клетками, может принимать желеобразный вид.

Гликозаминогликаны не содержатся в свободном виде, их получают путем химической обработки из биомассы, состоящей из хрящей и костного мозга молодых животных или рыб.

Физико-химические свойства и классификация

Выделяют несколько видов этих веществ, которые решают конкретные задачи. Классификация гликозаминогликанов:

1. Гиалуроновая кислота.
2. Кератансульфаты.
3. Гепарин.
4. Хондроитин сульфаты.
5. Дерматансульфат.
6. Гепарансульфат.

Гликозаминогликаны входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани и являются обязательным компонентом межклеточного матрикса. Они способны удерживать большое количество молекул воды, благодаря чему образуют вязкие растворы в организме. Эти соединения имеют отрицательный заряд, что определяет такие их физико-химические свойства как вязкость и устойчивость к сдавлению (компрессии).

Гиалуроновая кислота в большом количестве содержится в коже человека, также она выполняет роль смазки в суставах.

Кератансульфаты обнаруживаются в межпозвоночном диске, хрящах и костной ткани.

Дерматансульфат встречается в коже и в межклеточном веществе хрящевой ткани. В печени, легких и сосудистой стенке содержится такой компонент, как гепарин.

Хондроитин сульфат обнаруживается в связках, сухожилиях и артериях.

Благодаря этим веществам в организме осуществляется ряд важных процессов. Гепарин препятствует сгущению крови и влияет на состояние иммунной системы. Протеогликаны необходимы для восстановления хрящевой ткани, а также они отвечают за циркуляцию воды в синовиальной жидкости. Хондроитинсульфат стимулирует синтез протеогликанов и коллагена. Хондроитин подавляет активность специфических ферментов, вызывающих разрушение хряща, и способствует отложению кальция в костной ткани.

Таким образом, гликозаминогликаны участвуют в следующих процессах в организме:

1. Ионный обмен.
2. Иммунные реакции.
3. Дифференцировка тканей.
4. В восстановлении клеток.
5. В опорной функции.
6. В оплодотворении.

Показания

Гликозаминогликаны нашли широкое применение в различных отраслях медицины: в офтальмологии, косметологии, ревматологии. Некоторые сульфатированные гликозаминогликаны входят в состав хондропротекторов, которые рекомендуются при заболеваниях суставов. Хондропротекторы препятствуют разрушению хрящевой ткани. Показания к назначению этих препаратов следующие:

• лечение артрозов любой локализации, в том числе остеохондроза;
• предотвращение развития артрозов после травм и операций;
• при хронических артритах.

Однако многочисленными клиническими исследованиями было доказано, что никакого воздействия на хрящ хондропротекторы не оказывают. У ряда пациентов было отмечено уменьшение болевого синдрома на фоне приема этих препаратов. Повторные исследования показали, что хондропротекторы не влияют на болевой синдром. В большинстве случаев это просто эффект «плацебо».

Интересно знать. В международных и российских стандартах лечения суставов хондропротекторов нет.

В косметологии гликозаминогликаны используются для борьбы с морщинами, регенерации тканей, смягчения кожи, роста ресниц и волос. Подкожные инъекции гиалуроновой кислоты помогают вырабатывать коллаген и эластин, благодаря чему улучшается питание и внешний вид кожи.

Противопоказания

Как и у любого соединения, вводимого в организм извне, у гликозаминогликанов есть свои противопоказания. Для хондропротекторов это:

1. Индивидуальная непереносимость.
2. Тяжелые заболевания желудочно-кишечного тракта.
3. Возраст до 12 лет.
4. Беременность и лактация.
5. Запущенные стадии артрозов (анкилозы).
6. Тромбофлебиты.

Противопоказания для использования косметики или процедур с гликозамигликанами в косметологии:

1. Аллергия на компоненты.
2. Беременность и кормление грудью.
3. Острые инфекции.
4. Злокачественные образования.
5. Склонность к формированию рубцов на коже.
6. Вирусные заболевания.
7. Проблемы со свертываемостью крови.

Обзор популярных препаратов

«Хондроитин сульфат » выпускается в виде раствора в ампулах для внутримышечного введения. Рекомендуется при , способствует восстановлению хрящевой поверхности суставов, выработке синовиальной жидкости, что улучшает подвижность сустава и уменьшает болевой синдром. К препаратам, которые также содержат сульфат, относятся «Структум», «Мукосад», «Хондроксид» и другие.

«Румалон » в виде активного вещества содержит экстракт хрящей и костного мозга молодых животных. Он усиливает синтез сульфатированных мукополисахаридов и стимулирует регенерацию суставного хряща. Назначается при дегенеративных изменениях суставах, вводится внутримышечно по схеме.

« » состоит из глюкозамина сульфата и вспомогательных веществ. Выпускается в саше для приема внутрь и в ампулах для внутримышечных инъекций. Глюкозамина сульфат тормозит развитие дегенеративных процессов в суставах, восстанавливает их функцию, уменьшая суставные боли, облегчает нормальное отложение кальция в костной ткани.

«Ангиофлюкс » состоит из смеси глюкозаминогликанов - гепариноподобной фракции и дерматансульфата. Препарат вводят внутривенно капельно. Основное показания для приёма – ангиопатия, при которой велик риск тромбообразования, микроангиопатия, к которой можно отнести нефропатию, ретинопатию, нейропатию, а также макроангиопатию при сахарном диабете.

«Гиалуроновая кислота Эвалар » содержит 150 мг препарата в одной капсуле. Относится к и рекомендуется для решения возрастных проблем, связанных с недостатком естественной влаги в тканях кожи, суставов, глаз.

Заключение

Гликозаминогликаны входят в состав многих органов и тканей человеческого организма и выполняют ряд важных функций. Они применяются для лечения ожогов, глазных заболеваний и для восстановления тканей.

В ревматологии препараты, содержащие мукополисахариды, до сих пор вызывают много споров по поводу их эффективности в воздействии на хрящевую ткань суставов. Не следует принимать подобные препараты самостоятельно, не посоветовавшись со своим лечащим врачом, который сможет подобрать адекватную схему лечения.