Гликопротеины - Хьюз Р. 1985

Введение

Гликопротеинами называют белки, к определенным аминокислотным остаткам которых присоединены олигосахаридные цепи. О гликопротеинах известно уже довольно давно; предполагается, что эти белки выполняют важные биологические функции [1—3]. Автор надеется, что, прочтя данную книгу, читатель сможет убедиться в правильности этого утверждения.

Термином «олигосахарид» обычно обозначается углеводный полимер, построенный из 2—10 моносахаридных остатков. В природе существует очень большое разнообразие моносахаридов. Наиболее распространенными остатками является D-глюкоза, три формулы которой приведены на рис. 1.1. Моносахариды различаются по длине углеродной цепи, по числу гидроксильных или других эквивалентных групп (например, аминогрупп), а также по расположению гидроксильных групп и атомов водорода относительно центральной оси. Структура открытой шестиуглеродной цепи (рис. 1.1.) — это лишь теоретическая формула. На самом же деле моносахариды существуют лишь как циклические структуры с 5 или 6 атомами в кольце, причем один из них является кислородом. Каждый моносахарид находится обычно лишь в одной определенной циклической форме. Например, глюкоза существует в виде шестичленной циклической пиранозной формы (рис. 1.1), причем в растворе ее молекула принимает предпочтительную конформацию, так называемую конформацию кресла (рис. 1.1). Что же касается конформации моносахаридных остатков в составе молекулы гликопротеинов, то в этом вопросе еще много неясного. Следует, однако, учитывать, что углеводные цепи гликопротеинов обладают определенной трехмерной структурой, а это имеет крайне важное значение для полного выяснения строения, обмена и функции этих молекул [4]. В олигосахаридных цепях циклические моносахариды связаны друг с другом ковалентными связями.

Рис. 1.1. Структурные формулы глюкозы.

Рис. 1.2. Структура циклических моносахаридов, входящих в состав олигосахаридов гликопротеинов. Атомы водорода для простоты изображения не показаны. Структура нейраминовых кислот приведена на рис. 2.3. На примере ß-D-глюкопиранозы показано образование (метил) глюкозида.

Они возникают при реакции гидроксильной группы при С-1 с любой гидроксильной группой (кроме той, которая находится при С-1) второго моносахарида, сопровождающейся выделением молекулы воды. Эта реакция полностью аналогична образованию гликозида, например метилгликозида, и может повторяться с вовлечением любого числа моносахаридов. Конфигурация при С-1 может варьировать, что приводит к образованию а- или ß-гликозидных связей.

Как будет показано в дальнейшем, размеры углеводной цепи гликопротеинов колеблются от дисахаридного звена до очень сложных структур, содержащих 18 моносахаридов или даже более. Строго говоря, длинные углеводные цепи следует называть полисахаридами или гликанами. Последнее обозначение употребляется весьма часто; например, можно сказать «гликаны овальбумина». Молекулы некоторых белков, например коллагена и белков секрета подчелюстной железы, содержат лишь дисахаридные звенья, тогда как углеводные цепи или гликаны других гликопротеинов построены из нескольких моносахаридов и иногда включают до семи разных остатков (табл. 1.1). Гликаны имеют очень разветвленную структуру, подобную дереву с относительно жестким стволом и несколькими ответвлениями, которые могут обладать большой конформационной подвижностью. Самое важное, однако, это сложность строения длинных гликанов гликопротеинов: в их структуре не удается выявить какой-либо периодичности. Строение «истинных» (собственно) полисахаридов, например целлюлозы, сильно отличается от такового гликанов гликопротеинов. Обычно в их составе имеется лишь небольшой набор разных моносахаридов (часто всего лишь какой-то один моносахарид; в целлюлозе, например, только глюкоза), и существует определенная повторяющаяся последовательность моносахаридов, связанных друг с другом характерными гликозидными связями, например в целлюлозе ß1→4. Такие гликаны обычно гораздо длиннее, чем гликаны гликопротеинов. Тем не менее такое довольно искусственное разделение между собственно полисахаридами и углеводными цепями гликопротеинов изживает себя. Прежде всего стало ясно, что ранее рассматривавшиеся как «истинные» полясахаряды соединения (например, крахмал, гликоген или гепарин) с типичной повторяющейся структурой синтезируются на белковых молекулах; иначе говоря, они начинают свою жизнь в составе, гликопротеинов. Другими представителями такого типа соединений являются кислые полисахариды соединительных тканей, например хондроитинсульфаты, дерматансульфат и гепарансульфат. Все эти полисахариды прочно связаны с белком, и их следует рассматривать как особый тип гликопротеииов. Они обычно называются протеогликанами ниже эти вещества соединительной ткани именно так и будут обозначаться. Наконец, для полноты изложения следует упомянуть, что олигосахариды, сходные с теми, которые имеются в гликопротеинах, могут также быть соединены с таким липидом, как церамид. Детальное описание свойств таких гликолипидов здесь не приводится, однако необходимо отметить, что эти специфические гликолипиды являются очень важными компонентами клеточных мембран. Функция и обмен сахаров, связанных с церамидом, часто аналогичны таковым для олигосахаридов гликопротеинов. Это сходство будет рассматриваться в соответствующих разделах данной книги.

Таблица 1.1. Гликопротеины, протеогликаны а гликолипиды

¹ Для обозначена соответствующих моносахаридов ниже будут использованы следующие сокращения; глюкоза (glc. G), манноза [man, М), фукоза (fuс, F), галактоза (gаl. Ga). N-ацетилглюкозамин (glcNAc, Gn), N-ацетилгалоктозамин (galNAc, Gan), N-ацетилнейраминовая кислота (neuNAc, Sa.N)

² Всегда N-ацалированы.

Все три класса сложных углеводов — гликопротеины, протеогликаны и гликолипиды (табл. 1.1) — иногда в совокупности обозначают термином гликоконъюгаты.

Для обозначения сложных углеводных последовательностей гликанов в данной книге принята сокращенная номенклатура. Во-первых, обсуждаемые моносахаридные остатки гликопротеииов всегда находятся в пиранозной форме и, за исключением L-фукозы, в D-конфигурации (рис. 1.2). Во-вторых, хотя в гликанах обычно встречаются как а-, так и ß-формы, существует определенное единообразие структуры, а в некоторых случаях аномерная конфигурация моносахаридных элементов может и не упоминаться, причем ясность изложения при этом не теряется. Используемые в книге сокращенные обозначения моносахаридов приведены в примечании к табл. 1.1.