Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

1.1. Гликозаминогликаны: хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота

Гликозаминогликаны (ГАГ) – длинные неразветвленные молекулы гетерополисахаридов, преимущественно состоящие из повторяющихся дисахаридных единиц (рис. 2), каждая из которых представлена гексозамином (D-галактозамином и D-глюкозамином) и обычно включает уроновую кислоту (Кочетков, 1967; Степаненко, 1978).

Гликозаминогликаны хрящевой ткани животных в основном представлены гиалуроновой кислотой, хондроитинсульфатами разных типов (А, Б, С, Д, Е), хондроитином и относятся к группе кислых гликозаминогликанов. В зависимости от наличия сульфатных групп гликозаминогликаны подразделяют на несульфатированные (гиалуроновая кислота и хондроитин) и сульфатированные (хондроитинсульфаты). Благодаря обилию сульфатных, а также карбоксильных групп уроновой кислоты, ГАГ являются полианионами и имеют отрицательный заряд, что позволяет им связываться с белками и липидами. При этом образуются протеогликаны и гликолипиды. Именно отрицательный заряд определяет такие физико-химические свойства ГАГ как высокая вязкость и резистентность к компрессии, что особенно важно для компонентов суставного хряща, суставной жидкости и других элементов опорно-двигательного аппарата. С другой стороны, их взаимодействие с внеклеточными макромолекулами, белками и компонентами клеточной поверхности обеспечивает структурную организацию соединительнотканного матрикса. ГАГ при нейтральных значениях рН связываются со всеми растворимыми коллагенами. Взаимосвязь коллагена и ГАГ обеспечивает прочность, упругость и эластичность хрящевой ткани.

Рис. 2. Повторяющиеся дисахаридные: а – хондроитинсульфата; б – гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота (ГК) содержится в основном веществе многих видов соединительной ткани в различных количествах (Balazs, 1965; Степаненко, 1978; Игнатова, Гуров, 1990). В хрящевой ткани она образует крупные полимеры, которые очень гигроскопичны, удерживают большой объем воды и за счет электростатических сил при определенном рН среды формируют комплексы с протеогликанами (Марри, Греннер и др., 1993). Молекулы гиалуроновой кислоты состоят из чередующихся остатков глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. Эти дисахаридные фрагменты связаны в молекуле β-1,4 связями. По данным разных авторов (Balazs, 1965; Степаненко, 1978; Игнатова, Гуров, 1990) молекулярная масса ГК варьирует от 100 000 до 13 000 000 Да, и ее величина зависит от способов и источника выделения. В растворе макромолекула ГК имеет конформацию беспорядочно свернутого клубка. При слабом подкислении растворов гиалуроновой кислоты происходит необратимое снижение вязкости в 2,5 раза. Под действием минеральных кислот происходит гидролиз молекулы с образованием глюкозамина, глюкуроновой кислоты, двуокиси углерода и уксусной кислоты.

Хондроитинсульфаты (ХС) состоят из чередующихся дисахаридных остатков несульфатированной уроновой кислоты (очень редко сульфатированной) и сульфатированного N-ацетилгалактозамина. Хондроитинсульфаты, из-за структурного разнообразия дисахаридов (основанного на количестве и положении сульфогрупп), представляют собой гетерогенную группу соединений, имеющих различную молекулярную массу, и подразделяются на несколько типов: А, Б, С, Д, Е (Abdel Fattah, Hammad, 2001). Как правило, ХС содержат около 40 дисахаридных компонентов и имеют молекулярную массу от 13 500 до 80 000 Да (Степаненко, 1978). ХС с помощью двух типов белков не ковалентно, но прочно присоединяются к гиалуроновой кислоте. Около 100 молекул ХС могут присоединиться к одной молекуле гиалуроновой кислоты (Марри, Греннер и др., 1993.). Полианионная молекула ХС является неотъемлемой частью протеогликановой структуры и ответственна за ячеистое строение и другие физикохимические свойства хряща. Кроме того, ХС служит основой для синтеза гиалуроновой кислоты.

Имеются многочисленные сведения о содержании и качественном составе ХС и гиалуроновой кислоты в тканях крупного рогатого скота как основного сырьевого источника для их выделения (Balazs, 1965; Иванкин и др., 1984; Мударисова и др., 1997; Иванкин, Неклюдов, 1998). Скрининг гексозаминов в сырье водного происхождения преимущественно проведен в мышцах, коже, слизях на поверхности кожи разных видов промысловых рыб и моллюсков (Сафронова, 1980). В соединительных тканях морских беспозвоночных находится около 1 % кислых гликозаминогликанов, имеющих сходство с хондроитинсульфатами А и С хрящей позвоночных (Hunt, 1970). Методами гистохимии подробно исследован состав гликозаминогликанов и места их локализации в мышцах, коже и костях рыб (Кузьмин, Сафронова, 1974; Сафронова, 1976). Отдельные участки позвоночной кости различаются по составу гликозаминогликанов. Полоска ткани между хордой и телом позвонка содержит гиалуроновую кислоту и нейтральные гликозаминогликаны, в концах остистых отростков позвонков обнаруживаются гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат и нейтральные гликозаминогликаны, в волокнистой оболочке позвонка и прилегающих к ней мягких тканях – только нейтральные гликозаминогликаны.

Что касается сведений о содержании гексозаминов в костно-хрящевой ткани промысловых гидробионтов, то имеющиеся данные очень разрознены, а отдельные исследования проведены на достаточно узком круге объектов. Чаще всего, данные о содержании гексозаминов в костях рыб приводятся без указания физиологического состояния объектов (Сафронова, 1980). В то же время имеются достоверные данные, что содержание гексозаминов и их качественный состав у наземных животных, человека и рыб с возрастом изменяется (Слуцкий, 1969; Balazs, 1965; Prodi, 1966; Rosenberg et al., 1965; Masumura, 1971). Сведений о количественном содержании гексозаминов в хрящевой ткани промысловых гидробионтов до настоящего времени не было. Имеются сведения о содержании гексозаминов в хрящевой ткани китов (Киселев, Мрочков, 1975; Иванкин, 1984) и акулы Squalus acanthias (Doyle, 1968).

Основными представителями гликозаминогликанов в акульих хрящах являются хондроитинсульфат С (ХС-С) и дерматансульфат (ДС или ХС В). В хрящах акул обнаружен также хондроитинсульфат Д, но преобладают хондроитинсульфаты С типа (Степаненко, 1978; Sugahara et al., 1992). Отличие ХС из акульих хрящей от ХС из хрящевой ткани сельскохозяйственных животных заключается в порядке чередования остатков β-D-глюкуроновой кислоты, N-ацетилглюкозамина и N-ацетил-галактозамина, а также в степени сульфатирования этих остатков. В хрящах акул обнаружен дерматансульфатпротеогликаны с м.м. 70 000–100 000 Да, в которых белок составляет 30–60 %. Все гликозаминогликаны присоединяются к белковому остову через О-гликозидную связь D-ксилозы с сериновым остатком пептидной цепи в ХС, ДС или через гликозиламидную связь N-ацетилглюкозамина с аспарагином в кератансульфатах. Ксилоза выполняет функцию связующего компонента между белком и полисахаридом. Из хрящей акул были выделены два протеогликана ПГ-1 и ПГ-2 с м.м. от 1∙106 до 1∙1011 Да, содержащие как хондроитинсульфатные, так и кератансульфатные цепочки (Alves et al., 1994). Обнаруженные ПГ отличаются размером и содержанием кератансульфатных цепей. Большинство протеогликанов хряща акул с м.м. более 2 500 кДа содержат на N-конце участок, связывающий гиалуроновую кислоту, составляющий 1/3 или 1/4 часть центрального белка (Poole, 1986), а на С-конце лектиноподобный домен, участвующий в специфическом связывании полисахаридов, не образуя ковалентной связи (Ruoslahti, 1989). ХС А и С, а также несульфатированный хондроитин в различных соотношениях найдены в хряще кита (Susumu et al., 1974; Иванкин и др., 1984). Имеются данные (Balazs, 1965; Zaceone, 1973), что глаза рыб (барракуда, карп) содержат полисахарид, подобный гиалуронату натрия – ихтиозан А. Это несульфатированный полисахарид, содержащий эквимолярное количество гексозамина и гексуроновой кислоты. Соотношение глюкозамина и галактозамина в нем равно 2:1. Концентрация ихтиозана А у разных рыб колеблется от 80 до 1000 мкг/мл.