Протеогликаны. Гепарин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный университет

Медицинский факультет

Реферат

Учебная дисциплина:Биоорганическая химия

Тема: «Протеогликаны. Гепарин».

Санкт-Петербург 2014

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.

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 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+, Са²⁺) 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

· 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" (рис. 15-16).

· 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 G₁. Домен G₁ взаимодействует примерно с пятью дисахаридными единицами гиалуроновой кислоты, далее этот комплекс стабилизируется связывающим белком; домен G₁ и связывающий белок вместе занимают 25 дисахаридных единиц гиалуроновой кислоты. Конечный агрегат с молекулярной массой более 200 Ч 10⁶ 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.

В молекулах всех протеогликанов, кроме протеокератансульфата, углеводные цепи присоединены к гидроксильным группам остатков L-серина полипептидной цепи через специфическую олигосахаридную группировку, не встречающуюся в других углевод-белковых соединений (см. табл.). Напротив, протеокератансульфаты сходны в этом отношении с гликопротеинами, поскольку их углеводные цепи являются продолжением либо N-связанных олигосахаридных фрагментов гликопротеинов (протеокератансульфат роговицы), либо О-связанных олигосахаридных цепей муцинового типа (протеокератансульфат хряща).

Белковая часть молекул протеогликанов может иметь упрощенный аминокислотный состав. Так, в белковых цепях протеогепаринов преобладает чередование остатков серина и глицина. В других протеогликанах наряду с аналогичными участками, несущими углеводные цепи, имеются домены с более разнообразным аминокислотным составом, с помощью которых осуществляется комплексообразование с другими биополимерами или закрепление протеогликанов в клеточной мембране. Примеры полного установления аминокислотной последовательности белковой части протеогликанов вследствие серьезных экспериментальных трудностей пока немногочисленны.

Разные протеогликаны могут существенно отличаться размером белковой части молекулы, а также числом, природой и расположением углеводных цепей. В состав макромолекулы П могут одновременно входить гликозаминогликоновые цепи нескольких типов, а также О- и N-олигосахаридные фрагменты, характерные для гликопротеинов. Многообразие протеогликанов затрудняет создание четкой классификации и номенклатуры этих соединений. Обычно указывают тип ткани, из которой получен протеогликан, общий размер молекулы (условно различают "большие" и "малые" протеогликаны), преобладающую структуру углеводных цепей (возможны гибридные формы) и способность к специфической взаимодействиям с гиалуроновой кислотой ("агрегирующие" и "неагрегирующие" протеогликаны) Строение молекул различных П показаны на рисунке

Выделение протеиногликанов из природных объектов включает солюбилизацию тканей в 4 М растворе хлорида гуанидиния, последующее центрифугирование в градиенте плотности или выделение с использованием ионообменной хроматографии. Для установления строения П проводят разделение углеводной и белковой частей молекулы с помощью восстановит. расщепления под действием оснований в присутствии NaBH4 (для О-гликозидов серина и треонина), ферментативного гидролиза эндогликозидазами или действием жидкого HF. Освобожденную от углеводов пептидную часть молекулы характеризуют физико-химическими или иммунологическими методами и определяют аминокислотную последовательность Альтернативный подход определение нуклеотидной последовательности участка ДНК, кодирующего биосинтез белковой части протеогликаны Для определения углеводной части протеиногликанов используется набор химических методов (кислотный гидролиз, периодатное окисление, дезаминирование с использованием HNO2) и ферментативного расщепления на олигосахариды, а также спектроскопия ЯМР

Наибольшее количества протеогликаны содержатся в соединительной ткани животных, где эти вещества, в первую очередь протеохондроитинсульфаты и протеодерматансульфаты, в комплексе с гиалуроновой кислотой, коллагеном и некоторыми другими белками, обеспечивают необходимые физико-механические свойства таких образований, как кости, сухожилия, хрящи, межпозвоночные диски, кожа, стенки кровеносных сосудов, роговица, стекловидное тело глаза и др.

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 б-спирали или в-структуры. На N- и С-концах этих белков имеются домены, содержащие S-S-связи. Коровые 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 (рис. 15-17).

протеогликан гепарин биохимический

Комровый 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 коровому белку фибромодулина не в N-концевой, а в области, богатой лейцином, через NH₂-группу аспарагина.

Таблица Типы мукополисахаридозов

Отличие протеогликанов от гликопротеинов

Еще 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, высоко заряженными 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.

Гепарин -- протеогликан с множественными сульфатными группами, состоящий из остатков глюкуроновой и идуроновой кислот и 2-глюкозамина, в большом количестве содержится в тучных клетках животных многих видов

Современные данные о гепарине и его биохимические свойства

Гепарин - чрезвычайно важное соединение, синтезируемое в организме животных и человека. Это биологически активное вещество, антикоагулянты широкого спектра действия, регулятор многих биохимических и физиологических процессов, протекающих в животном организме, в настоящее время приковывает к себе пристальное внимание биологов, физиологов, фармакологов и клиницистов. Весьма эффективное использование гепарина в клинической практике выдвигает этот препарат в число перспективных фармакологических агентов.

Химическая структура гепарина

В исследованиях структуры гепарина большое значение имеет изучение типа гликозидной связи, определение содержания серы и сульфамидных карбоксильных и других групп, количества ветвей в молекуле, а также выяснение природы уроновокислого компонента и т.д. Изучение молекулярной структуры гепарина очень важно, во-первых, с точки зрения сопоставления химической структуры этого вещества и его антикоагулянтных и других

физиологических свойств, например, таких, как способность образовывать комплексы со многими веществами. Здесь можно указать на большую роль комплексных соединений гепарина с рядом тромбогенных белков плазмы крови и некоторыми биогенными аминами в регуляции жидкого состояния крови. Во-вторых, детальное выяснение структуры гепарина открывает определенные перспективы на пути искусственного синтеза этогонезаменимого медикамента. По химическому строению гепарин представляет собой высокосульфированный мукополисахарид, состоящий из последовательно чередующихся остатков -D- глюкороновой кислоты и 2-амино-2-дезокси - - D - глюкозы, соединенных связями 1--4. Основная связь в гепарине -- это 1--6 гекзоамин. Вольфром и соавторы (Wolfrom et al.,1966) обнаружили, что конфигурация 2-амино-2-дезокси--D - глюкороновокислотной связи представляет собой -D-связь. Наряду

с этим отмечается существование и некоторой - конфигурации. В молекуле гепарина на тетрасахаратную единицу приходится по 5--6, 5 сульфатных групп. Остатки серной кислоты присоединены к ОН-группам глюкозамина. Высокое содержание сульфогрупп обусловливает значительный от рицательный заряд и, следовательно, большую подвижность в электрическом поле. Около 10% аминогрупп гепарина находится в свободном состоянии. Большинство же из них сульфатированны. Сульфокислотные группы, вероятно, присоединены к аминогруппам с образованием аминосульфокислоты. Молекулу гепарина принято рассматривать как протяженную, неразветвленнуюлинейную структуру. Так, электронно-микроскопические исследования показали, что длина молекулы гепарина равна 160=40 А. Наряду с этим некоторые авторы высказываются в пользу разветвленной структуры.

По данным Вольфрома и Вэнга, гидроксильная группа с-6 2-амино-2-дезокси-D-глюкозной единицы гепарина сульфатированы. Видимо, в указанной выше единице гепарина существуют две сульфатные группы. Причем остаток D-глюкуроновой кислоты не сультирован. Денишефски и соавторы считают, что в гепарине сульфатировано по атому углерода в положении 2 1/3 глюкуроновокислотного компонента и большая часть глюкозаминов сульфатирована по атому углерода в положении 6. До сих пор окончательно не решен вопрос о том, содержит ли гепарин ацетильные группы. В то же время при исследовании бычьего, свиного и китового гепарина установлено, что химическое строение и распреднление остатков N-ацетилглюкозамина одинаково во всех препаратах. Изучение структуры гепарина методом ЯМР показало, что гексуроновые остатки находятся в молекуле в конформации С-1.

В содержании и составе гексуроновых кислот в гепаринах и гепариновых фракциях различных млекопитающих обнаружены значительные различия. D-глюкуроновая кислота - основная уроновая кислота, входящая в состав гепарина. В гепарине также отмечено наличие кетуроновой и L-идуроновой кислот и найдено, что их соотношение равно 2,6 1. Для гепарина характерно присутствие относительно большого количества ( до 1/3) L- идопираносилуровых остатков. Определение уровня уроновых кислот ( идуроновой и D- глюкуроновой), входящих в различные гепарины и гепарансульфаты, показало, что содержание идуроновой кислоты не зависит от источника гепарина или гепарансульфатов и составляет соответственно 50-90 и 30-55 %. В исследуемых мукополисахаридах увеличивалась величина соотношения N- к О- сульфатам по мере возрастания в них уровня идуроновой кислоты. Величины отношений N-сульфата к глюкозамину в гепарине и гепарансульфатах составляют 0,7-1,0 и 0,3- 0,6. Отношение S- сульфата к глюкозамину изменяется в пределах 0,9- 1,5 для гепарина и 0,2- 0,8 для гепарансульфата. Видимо, это свидетельствует в пользу того, что гепарансульфаты представляют собой предшественники гепарина при его биосинтезе. Изучение продуктов деградации гепарина под действием ферментов, выделяемых из среды бактерий Flavobacterium heparinum, позволило сделать вывод, что его молекула состоит из ряда последовательно расположенных стуктурных элементов, которые могут быть представлены как 1 - 4 связанные биозные остатки 2- сульфата 4-О-( a- L- идопираносульфуроновой кислоты) и 2-( дезокси- 2 - сульфамино-a-D- глюкопираносил-6-сульфата). Повторяющиеся тетрасахаридные единицы, включающие в себя два уроновых и идуроновых остатка,-такова структура молекулы гепарина по представлениям Хелтинг и Линдал. Данные о способе связей между повторяющимися единицами гепарина весьма разноречивы. По ширине рентгеновских отражений установлено, что молекула гепарина содержит 10 тетрасахаридных поаторяющихся единиц. При выделении гепарина из печени быка были получены три фракции, две из которых гомогенны. Биологическая активность этих фракций росла пропорционально молекулярному весу. Так, максимальная активность была у фракции с молекулярным весом 16200, а минимальная - у фракции 7600. Установлено, что во фракциях с молекулярными весами 16200 и 15500 белковых примесей больше, чем во фракции 7600. Во всех фракциях был обнаружен глюкозамин, галактозамин, гексуронат, сульфат, галактоза и ксилоза в разных количествах. Некоторые незначительные отличия, наблюдаемые в структуре гепарина, видимо объясняются тем, что исследуемые препараты получены из различных тканевых источников и могут быть обусловлены стабильными комплексами гепарина с белками, а также наличием примесей. По разным данным, молекулярный вес гепарина составляет от 4800 до 20000. Метод низкого угла рассеяния Х-лучей дает значение молекулярного веса в 12900, что хорошо согласуется с результатами, полученными с помощью равновесной седиментации и внутренней вязкости : 12500 и 12600 соответственно. Методом гельфильтрации на сефадексе G-200 показано, что молекулярные веса гепарина, полученного из мукозы собаки и быка, а также из легких быка, равны 11000 - 12000. Как известно в ряду моносахарид ® олигосахарид ® полисахарид ИК- - спектры поглощения упрощаются в связи с перекрыванием многих полос. И хотя в настоящее время интерпретация ИК-спектров ВМС подобной сложной структуры крайне затруднена и точный метод анализа еще не разработан, полученный А.М.Ульяновым и др. ИК-спектр гепарина фирмы “СПОФА” (ЧССР) позволил идентифицировать наличие максимумов поглощения, соответствующих валентным колебаниям следующих групп : SO2N,SO3,COO-, а также группировки С--С, ОН - и ряд других, присущих структуре молекулы гепарина. В спектре поглощения гепарина в УФ-области области слабый максимум при 267 нм. возможно это обусловлено незначительными примесями белка или аминокислот. Так, А.Ф. Алекперов (1972) пришел к выводу, что чистые образцы гепарина не дают полос поглощения в УФ-области спектра. Однако при исследовании водных растворов ряда коммерческих препаратов гепарина удалось выявить максимум поглощения при 258 нм. Автор отмечает, что указанную полосу поглощения дает фенилаланин. С помощью фотометрии и хроматографии на бумаге показано, что в препаратах гепарина в небольших количествах присутствует белок : минимум в гепарине фирм “ПОЛЬФА” и “РИХТЕР” (0,0026 и 0,0035 г) и максимум в гепарине фирмы “СПОФА “ и Бакинского завода (0,0045 и 0,006 г ). Алекперов отмечает,что полученные данные могут служить критерием чистоты этих препаратов.

Седиментационный анализ гепарина дал коэффициент седиментации для 1% - ного водного раствора фирмы “СПОФА” 2,65 S. Описаны различия в биологической активности между L- и b- гепаринами. Это обусловлено тем, что у L-гепарина глюкозамин присоединен L-гликозидной связью, b-гепарин имеет в своем составе галактозамин, соединенный b-гликозидной связью. b-гепарин, имеющий в своем составе более низкое содержание серы и меньший молекулярный вес,чем L- гепарин, обладает

и меньшей биологической активностью. По химической структуре он представляет собой хондроитинсерную кислоту с ацилированной аминогруппой и содержит галактозамин вместо глюкозамина.

Зависимость между структурой гепарина и его биологической активностью

Понятие биологической активности гепарина весьма широко, так как спектр его физиологического действия очень велик. Сюда можно отнести анти - коагулянтную активность, антилипемическое, антимитотическое влияния, регуляторное воздействие в отношении ряда ферментативных систем и т.д. Однако наиболее изученным и имеющим большое практическое применение является антикоагулянтный эффект гепарина. Поэтому говоря о биологическом действии гепарина, в основном говорят о его антикоагулянтных свойствах. Обнаружено, что антикоагулянтная активность гепарина связана с особенностями строения его молекулы. Так, антикоагулянтная активность зависит от содержания серы, степени сульфатированния, количества и расположения О - сульфатных групп, а также от размера скелета молекулы этого полисахарида. Активность выше в препаратах с большим содержанием эфиросвязанной серы. С.В. Бычков и В.Н. Харламова (1975) показали, что активность фракции, в которой на дисахаридную структурную единицу приходится четыре остатка серной кислоты, в 1,4 раза превышает активность фракции гепарина с тремя остатками. Таким образом, антикоагулянтные активность гепарина растет по мере увеличения содержания в молекуле остатков серной кислоты. Видимо, данная активность зависит от положения остатков серной кислоты в молекуле гепарина, а также от длины цепи молекулы. В экспериментах с плазмой крови кроликов получено, что максимальная антикоагулянтная активность гепарина проявляется при рН плазмы 7,3--7,5, а минимальная при рН 6,1--6,5.Высказано утверждение, что биологическая активность гепарина определяется степенью сульфатации, карбоксилации, а также размером, формой молекулы и молекулярным весом. В частности, показано, что десульфирование, происходящее в результате мягкого гидролиза, сопровождается уменьшением биологической активности. При сильной щелочной реакции среды гепарин разрушается, что выражается в быстрой потере им в первую очередь антилипемической активности. С другой стороны, даже низкая кислотность вызывает потерю гепарином антикоагулянтной активности. Причем степень этой потери прямо пропорциональна степени появления в молекуле гепарина свободных аминогрупп. Полная инактивация происходит, когда более половины азота присутствуют в форме свободных NH2 - групп. Под действием горячей уксусной кислоты гепарин теряет значительную часть антикоагулянтной активности при одновременном сохранении молекулярного веса и содержания глюкозамина. При этом наблюдается увеличение константы седиментации и степени полидисперсности параллельно с уменьшением фрикционного соотношения. Предполагается, что аминный азот, который первым отщепляется в процессе рекристаллизации гепарина после его обработки кислотой, играет важную роль в проявлении антикоагулянтной активности. При рН среды 1--2 и 25° в течение 25 часов изменения биологической активности гепарина не происходит. Изменение активности наблюдается после воздействия в течение 60 часов рН 4,4 и 23°. Видимо под влиянием кислоты в молекуле гепарина образуются внутренние эфиры, что объясняет наблюдаемые изменения молекулярного веса, внутренней вязкости и состава молекулы. Многочасовое воздействие на бычий a- и w- гепарин 40%-ной уксусной кислотой при 37° сопровождалось потерей этими веществами 7--8% сульфатных групп и почти 100% антикоагулянтных свойств. Гепарин не изменяет своих нативных свойств, в частности антикоагулянтной активности, в процессе обработки его паром при 100° в течение часа при рН 7. Следовательно, гепарин можно стерилизовать. Отмечена корреляция между антикоагулянтной активностью фракций гепарина и его молекулярным весом. Так даже при незначительном уровне сульфата (2,0 -- 2,8 сульфатных групп на остаток глюкозы) у препаратов гепарина с низким молекулярным весом (степень полимеризации равна 9) отмечалась слабая активность. Интересно, что сульфатированные декстраны с высоким молекулярным весом также проявляют весьма высокую антикоагулянтную активность. Активность низкомолекулярных фракций гепарина мала. Антикоагулянтная активность гепарина с молекулярным весом от 2500 до 15500 увеличивается по мере возрастания молекулярного веса до 10000, но дальнейшее возрастание не вызывает заметных сдвигов. Уменьшение молекулярного веса гепарина при гидролизе в большей мере обусловлено степенью десульфатации молекулы, чем ее деполимеризации. При частичном гидролизе отмечено также падение молекулярного веса и соотношения осей молекулы гепарина, а также снижение вязкости в воде. С помощью дисперсии оптического вращения показано, что N -- десульфатация гепарина не изменяет его естественной структуры, но полная десульфатация вызывает исчезновение нативной конформации. g-облучение вызывало деполимеризацию гепарина, но десульфатация при этом не наблюдалась. Воздействие УФ - излучения снижало антикоагулянтную активность и уменьшало потенциальную возможность связывания их катионных красителей. Поток же электронов обусловливал деполиремизацию гепарина. Действие гепарина, ингибитора практически всех фаз процесса свертывания крови, проявляется при наличии и участии кофактора гепарина, присутствующего в плазме крови. Кофактор гепарина, возможно, представляет собой одну из фракций сывороточного альбумина.

Прежде всего необходимо подчеркнуть, что в настоящий момент нет полной ясности относительно механизмов биосинтеза гепарина. Исходные вещества необходимые организму для образования гепарина, - глюкоза и неорганический фосфат. Сульфатация происходит в тучных клетках сразу же вслед за полимеризацией. Напротив, Райс и соавторы (Rice etal.,1967) считают, что перенос сульфата происходит на низкомолекулярные предшественники. Предполагают также, что способность управлять переходом сульфата в N - десульфированный гепарин проявляет микросомальная фракция из гомогената мастоцитов опухоли и что свободные аминогруппы необходимы для энзиматической N - сульфатации гликозаминогликанов На основании экспериментов, проводимых на ткани мастоцитомы мыши, по изучению биосинтеза специфического остатка глюкуроновой кислоты была предложена схема реакций биосинтеза в области связи гепарин - полипептид. Высказано предположение, что в процессе синтеза происходит ряд специфических гликозилтрансферазных реакций. При этом продукт каждого предыдущего этапа служит субстратом для следующей реакции. Для каждой реакции переноса необходим отдельный фермент. наличие одного из таких ферментов - глюкуронозилтрансферазы обнаружено в мембране тучных клеток. Вопрос о точной локализации структур, связанных с биосинтезом гепарина, до сих пор не решен. Однако есть многочисленные указания на то, что непосредственное отношение к синтезу имеют тучные клетки соединительной ткани, а также генетически родственные и функционально близкие им базофильные клетки крови, в связи с чем и те и другие получили название “гепариноциты”. Доказано, что содержащие гепарин гранулы тучных клеток выделяют это вещество в межклетники и кровь. Также базофилы служат источником гепарина, выделяя в плазму крови небольшие порции этого антикоагулянта. Но отмечая несоответствие между общим количеством гепарин в организме и его содержанием в тучных клетках, предполагает возможность существования и других источников гепарина. Известно, что тучные клетки, имеющиеся в организме не только высших животных, но и морских звезд, моллюсков, ракообразных и представляющие собой обязательную часть соединительной ткани, развиваются из тканей мезенхимы. Предшественниками тучных клеток являются, очевидно, промакрофоги моноцитарного происхождения. Вероятно, клеточные элементы крови моноцитарного ряда, проникая в межклетники соединительной ткани, дают начало тучным клеткам. Как считается, молодые тучные клетки берут свое происхождение от клеток, подобных средним лимфоцитам. последние также активно синтезируют гепарин и другие сульфатированные мукополисахариды.

Основанием для утверждения о непосредственном отношении тучных клеток к процессу свертывания крови послужило их расположение вблизи кровеносных сосудов, а также то, что они являются носителями гепарина. До 90% всей массы тучных клеток приходится на заполняющие цитоплазму базофильные метахроматические гранулы диаметром 0,3 - 1,0 мк. На 1 мг тучных клеток крысы приходится 316 международных единиц гепарина, который весьма прочно связан с гранулами, так что его можно выделить лишь после их разрушения. Наряду с этим имеются указания на то, что гепарин находится в цитоплазме в свободном состоянии. В пользу того, что гепарин синтезируется в тучных клетках, говорит факт обнаружения в них ряда ферментов, обеспечивающих образование сульфатированных мукополисахаридов. Весьма важным доказательством служит и то, что меченые предшественники включаются в гепарин гранул тучных клеток, сам же предварительно меченый гепарин в них не обнаруживается. Кроме гепарина в гранулах тучных клеток разных видов млекопитающих содержатся нейтральные мукополисахариды, гепарин - моносульфат. Основу гранул представляет комплекс белок - гепарин. Гепарин существует преимущественно в жесткой валентной комбинации с белками и практически не обнаруживается в заметных количествах как экстрацеллулярный компонент соединительной ткани. Прочная связь гепарина и белка при этом обусловлена соединением сульфатных и карбоксильных групп полисахарида с NH-группами аргинина белка. Менее прочно с этим комплексом посредством свободных СОО - групп белка связан гистамин. Относительно происхождения гранул тучных клеток существует и такая точка зрения, согласно которой они являются производными аппарата Гольджи. С другой стороны считается, что они представляют собой специфические структуры, дифференцировавшиеся из митохондрий. Гепарин содержится во всех тканях млекопитающих, имеющих клеточные элементы : в печени, легких, селезенке, в стенках кровеносных сосудов, в пищеварительном тракте, коже и др. Есть он и в муцине свиньи, в крови, печени и мышцах рыб, в тканях ряда морских моллюсков. Наиболее богаты гепарином легкие и печень млекопитающих. Гепарин обнаружен также в потовой жидкости. Важнейшим источником для получения гепарина в фармакологических целях является ткань легких и капсула печени быка. Гепарин обнаружен в эритроцитах и лейкоцитах. Около 90% гепарина крови связано с форменными элементами. Известно большое количество других источников гепарина и гепариноподобных веществ. Так ткани многих морских животных содержат вещества с высокой антикоагулянтной активностью. Гепарин также выделен из кожи крыс. Показано, что выделенное вещество представляет собой высокомолекулярное соединение с разветвленной структурой, а не агрегат низкомолекулярных. Его молекулярный вес 1100000, а коэффициент седиментации 12,8 S. Препарат гепарина в 16 раз более вязок, чем гепарин из муцина свиньи Китовый гепарин (w-гепарин) впервые был выделен из легких и кишечника кита - полосатика. Отличительная особенность его структуры заключается в том, что он содержит N - ацетилглюкозамин, к которому присоединены другие группы гепарина. Молекулярный вес w - гепарина близок к весу гепарина полученного из тканей крупного рогатого скота.

Размещено на Allbest.ru