Биохимия человека Том 2 - Марри Р. 1993

Частные вопросы
Гликопротеины и протеогликаны
Протеогликаны и гликозаминогликаны - Деградация полисахаридных компонентов гликопротеинов и протеогликанов

Выяснению путей деградации (распада) гликопротеинов, протеогликанов и гликозаминогликанов в большой степени способствовало открытие недостаточности отдельных ферментов при врожденных нарушениях обмена веществ у человека. Значительный вклад в понимание этой проблемы внесло изучение двух групп болезней —мукополисахаридозов и муколипидозов (соединения, которые мы теперь называем протеогликанами, многие годы носили название «мукополисахариды»). В табл. 54.9 перечислены биохимические нарушения при мукополисахаридозах, муколипидозах и сходных заболеваниях.

Таблица 54.9. Биохимические дефекты и диагностические тесты при мукополисахаридозах, муколипидозах и близких к ним нарушениях

МПС — мукополисахаридоз; МЛ — муколипидоз; ДС — дерматансульфат; КС — кератансульфат; ГС — гепарансульфат; ФГ — фрагменты гликопротеинов.

Деградация полисахаридных цепей осуществляется эндогликозидазами, экзогликозидазами и сульфатазами. Каждая из этих групп ферментов обладает субстратной специфичностью, что позволяет предсказать, какая из полисахаридных цепей явится объектом разрушающего действия данной гликозидазы или сульфатазы.

Гиалуронидаза — широко распространенная эндогликозидаза, расщепляющая гексозаминидные связи. Она образует из гиалуроновой кислоты тетрасахарид со структурой (GlcUA-ß 1,3-GlcNAc-ß 1,4). Гиалуронидаза действует и на гиалуроновую кислоту, и на хондроитинсульфат. Указанный выше тетрасахарид может подвергаться дальнейшей деградации под действием ß-глюкуронидазы и ß- N-ацетилгексозаминидазы.

ß-Глюкуронидаза представляет собой экзогликозидазу, удаляющую GlcUA и IdUA с нередуцирующих концов тетрасахаридов или полисахаридов большого размера. Дисахариды, как правило, плохие субстраты для ß-глюкуронидазы. Сама ß-глюкуронидаза — это гликопротеин, локализующийся в лизосомах и микросомах многих клеток млекопитающих. В число ее субстратов входят дерматансульфат, гепарансульфат, хондроитинсульфат и гиалуроновая кислота. При наследственной недостаточности ß-глюкуронидазы у больных отмечается выделение с мочой дерматансульфата, гепаран-сульфата и хондроитинсульфата, но не гиалуроновой кислоты. Очевидно, существуют другие пути, по которым может происходить расщепление тетрасахарида, образующегося из гиалуроновой кислоты под действием гиалуронидазы.

ß-D-ацетнлгексозаминидаза — экзогликозидаза, присутствующая во многих тканях млекопитающих. Она отщепляет от нередуцирующих концов полисахаридов связанные ß-связью GlcNAc и GalNAc. Перечень субстратов ß-D-ацетилгексозаминидазы включает ганглиозцды и хондроитинсульфаты, гиалуроновую кислоту, дерматансульфаты и кератансульфаты I и II. Существуют два изофермента ß- D-ацетилгексозаминидазы. Изофермент А состоит из двух различных субъединиц а и ß (aß)_n; в состав изофермента В входят только ß-субъединицы, (ßß)_n. При болезни Тея—Сакса имеет место дефект а- субъединицы, и поэтому неактивен только изофермент А. Болезнь Зандхоффа характеризуется дефектом ß-субъединицы, что обусловливает недостаточность обоих изозимов.

ß-Галактозидазы присутствуют в животных тканях в нескольких формах. И хондроитинсульфат, и кератансульфат содержат ß-галактозиды и поэтому служат субстратами для кислых галактозидаз. При недостаточности кислой ß-галактозидазы наряду с С_М1-ганглиозидами накапливаются кератансульфат и фрагменты гликопротеинов (см. гл. 25).

a-L-идуронидаза является лизосомной гидролазой, которая удаляет остатки IdUA с нередуцирующего конца полисахаридных цепей. Недостаточность этого фермента имеет место при синдроме Хурлера.

В тканях млекопитающих содержатся специфичные для гепарина и гепарансульфата эндогликозидазы, в первую очередь эндоглюкуронидаза, присутствующая в печени, слизистой кишечника, тромбоцитах и лизосомах.

Существует целый ряд специфических сульфатаз, которые катализируют удаление сульфатных заместителей, в том числе три арилсульфатазы: А, В и С. Арилсульфатаза А отщепляет Gal-3-сульфат от сульфатидов. Арилсульфатаза В удаляет 4-сульфат из хондроитинсульфата и дерматансульфата. Однако у больных с врожденной недостаточностью 4-сульфатазы (синдром Марото—Лами) с мочой выделяется только дерматансульфат. Существует также отличающийся от арилсульфатаз А и В фермент, который отщепляет 6-сульфат от GalNAc-6-сульфата. Дефицит этой сульфатазы имеет место у больных с синдромом Моркио. В норме она отщепляет сульфатные группы от Gal-6-сульфата и Саl-NAc-6-сульфата, и поэтому у больных с синдромом Моркио в моче можно обнаружить кератан-6-сульфат и ходроигин-6-сульфат.

Недостаточность N-ацетилглюкозамин-6-сульфатазы наблюдается при мукополисахаридозе А. Этот фермент может использовать в качестве субстратов GIcNAc-сульфат и Glc-6-сульфат.

Идуронатсульфатаза — специфический экзофермент, отщепляющий C-2-сульфат от остатков IdUA с нередуцирующих концов гепарина, гепарансульфата и дерматансульфата. Фермент присутствует в норме в сыворотке, лимфоцитах, фибробластах и амниотической жидкости. Врожденный дефицит идуронатсульфатазы вызывает синдром Хантера.

Специфическая a-N-ацетилглюкозоаминидаза может удалять a-связанные остатки GlcNAc, присутствующие в гепарине и гепарансульфате. Фермент в норме обнаруживается в фибробластах, но отсутствует при синдроме Санфилиппо В.

Гепаринсульфамидаза (гепаран-N-сульфатаза) содержится в селезенке, легких и подвздошной кишке. Фермент отщепляет сульфат от GlcN-сульфатов с нередуцирующего конца гепарина и гепарансульфата. Фермент отсутствует при синдроме Санфилиппо А. После удаления сульфатов остается а- глюкозамин (GlcN) со свободной аминогруппой, который не является субстратом для а-N-ацетилглюкозаминидазы, описанной выше. Фермент а-глюкозамин: N-ацегилтрансфераза осуществляет реацетилирование свободной аминогруппы GlcN с нередуцирующего конца; донором ацетила служит ацетил-СоА. В результате образуется продукт, чувствительный к действию a-N-ацетил-глюкозаминидазы. При синдроме Санфилиппо С ацетилтрансферазная активность отсутствует.