Гетерополисахариды (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты): строение, биологическая роль. Понятие о смешанных биополимерах (протеогликаны, гликопротеины, гликолипиды).
Среди полисахаридов соединительной ткани наиболее полно изучены хондроитинсульфаты (кожа, хрящи, сухожилия), гиалуроновая кислота (стекловидное тело глаза, пуповина, хрящи, суставная жидкость), гепарин (печень). По структуре эти полисахариды имеют некоторые общие черты: их неразветвленные цепи состоят из дисахаридных остатков, в состав которых входят уроновая кислота (D-глюкуроновая, D-галактуроновая, L-идуроновая - эпимер D-глюкуроновой кислоты по С-5) и аминосахар (N-ацетилглюкозамин, N-ацетилгалактозамин). Некоторые из них содержат остатки серной кислоты.
Полисахариды соединительной ткани иногда называют кислыми мукополисахаридами (от лат. mucus - слизь), поскольку они содержат карбоксильные группы и сульфогруппы.
Хондроитинсульфаты. Они состоят из дисахаридных остатков N-ацетилированного хондрозина, соединенных β(1,4)-гликозидными связями.
N-Ацетилхондрозин построен из остатков D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-галактозамина, связанных β(1,3)-гликозидной связью.
Как свидетельствует название, эти полисахариды являются эфирами серной кислоты (сульфатами). Сульфатная группа образует эфирную связь с гидроксильной группой N-ацетил-D-галактозамина, находящейся в положении 4 или 6. Соответственно различают хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат. Молекулярная масса хондроитинсульфатов составляет 10-60 тыс.
Гиалуроновая кислота. Этот полисахарид построен из дисахаридных остатков, соединенных β(1,4)-гликозидными связями.
Дисахаридный фрагмент состоит из остатков D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, связанных β(1,3)-гликозидной связью.
Гепарин. В гепарине в состав повторяющихся дисахаридных единиц входят остатки D-глюкозамина и одной из уроновых кислот - D-глюкуроновой или L-идуроновой. В количественном отношении преобладает L-идуроновая кислота. Внутри дисахаридного фрагмента осуществляется α(1,4)-гликозидная связь, а между дисахаридными фрагментами - α(1,4)-связь, если фрагмент оканчивается L-идуроновой кислотой, и β(1,4)-связь, если D-глюкуроновой кислотой.
Аминогруппа у большинства остатков глюкозамина сульфатирована, а у некоторых из них ацетилирована. Кроме того, сульфатные группы содержатся у ряда остатков L-идуроновой кислоты (в положении 2), а также глюкозамина (в положении 6). Остатки D-глюкуроновой кислоты не сульфатированы. В среднем на один дисахаридный фрагмент приходятся 2,5-3 сульфатные группы. Молекулярная масса гепарина равна 16-20 тыс.
Гепарин препятствует свертыванию крови, т. е. проявляет антикоагулянтные свойства.
Многие гетерополисахариды, включая рассмотренные выше, содержатся не в свободном, а в связанном виде с полипептидными цепями. Такие высокомолекулярные соединения относят к смешанным биополимерам, для которых в настоящее время используется термин гликоконъюгаты.
Протеогликаны - сложные белки. Высокомолекулярные соединения, состоящие из белка (на белковую часть приходится 5-10% от общей массы) с высокой степенью гликозилирования (на углеводную часть приходится 90-95% от общей массы), углеводные остатки которых представляют собой длинные неразветвленные полисахаридные цепи -гликозаминогликаны, образованные чередующимися остатками гексозамина и уроновой кислоты (глюкуроновой, идуроновой или галактуроновой) либо галактозы. Гликозаминогликановые цепи зачастую сульфированы. Протеогликаны являются подклассом большого класса сложных белков, которые называются гликопротеинами. Гликопротеины тоже содержат полисахаридные цепи разной длины, ковалентно присоединённые к полипептидной основе, но углеводный компонент гликопротеинов гораздо меньше по массе, чем у протеогликанов, и составляет не более 40% от общей массы.
Протеогликаны образуют межуточное (основное) вещество соединительной ткани, в которое погружены или которым покрыты волокнистые элементы соединительной ткани. Протеогликаны играют роль и межтканевых прослоек и служат смазочным материалом в суставах. Протеогликаны выполняют функцию связывания экстрацеллюлярной воды, а также катионов. Например, они могут фиксировать ионы кальция в очагах оссификации.
Гликопротеи́ны - это сложные белки, в которых белковая (пептидная) часть молекулы ковалентно соединена с одной или несколькими группами гетероолигосахаридов.
Моносахариды, связанные с конкретным белком, могут быть разными: это может быть глюкоза, фукоза, манноза, глюкозамин, галактозамин, ксилоза, сиаловые кислоты, галактоза и др.
Те или иные моносахариды, связанные с белком, изменяют биохимические и иммунологические свойства белка, его пространственную конфигурацию и др. Важным частным случаем является связывание белков с сиаловой кислотой, приводящее к формированию сиалогликопротеинов. В типичных случаях именно связывание с сиаловой кислотой предопределяет увеличение T1/2 белка в плазме крови.
Гликопротеины являются важным структурным компонентом клеточных мембран животных и растительных организмов. К гликопротеинам относятся большинство белковых гормонов. Гликопротеины мембран эритроцитов, специфически гликозилированные теми или иными углеводными остатками, но имеющие гомологичную белковую часть, предопределяют группу крови у человека. Также гликопротеинами являются все антитела, интерфероны, компоненты комплемента, белки плазмы крови, молока, рецепторные белки и др.
Гликолипиды -это сложные липиды, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами. В молекулах гликолипидов есть полярные «головы» (углевод) и неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот). Благодаря этому гликолипиды (вместе с фосфолипидами) входят в состав клеточных мембран.
Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в ткани мозга. Они локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.
Главной формой гликолипидов в животных тканях являются гликосфинголипиды. Они содержат церамид, а также один или несколько остатков сахаров. Двумя простейшими соединениями этой группы являются галактозилцерамид (GalCer) и глюкозилцерамид (ClcCer). Галактозилцерамид - главный гликосфинголипид мозга и других нервных тканей, но в небольших количествах он встречается и во многих других тканях. Простые гликосфинголипиды в тканях, отличных от нервной, представлены главным образом глюкозилцерамидом; в небольших количествах он имеется и в ткани мозга.
Гликосфинголипиды, являющиеся компонентами наружного слоя плазматической мембраны, могут участвовать в межклеточных взаимодействиях и контактах. Некоторые из них являются антигенами, например антиген Форссмана и вещества, определяющие группы крови системы АВО. Сходные олигосахаридные цепи обнаружены и у других гликопротеинов плазматической мембраны. Ряд ганглиозидов функционирует в качестве рецепторов бактериальных токсинов (например, холерного токсина, который запускает процесс активации аденилатциклазы).
Лабораторная работа
Опыт 1
Доказательство восстанавливающей способности у глюкозы
и отсутствие её у фруктозы
| Реакции | Ход работы | Наблюдаемое окрашивание | анализ |
| Троммера | 1 пробирка 10 кап. р-ра глюкозы + 8 кап. NaOH + 4 кап. CuSO4 Нагреть на спиртовке 2 пробирка 10 кап. р-ра фруктозы + 8 кап. NaOH + 4 кап. CuSO4 Нагреть на спиртовке | Голубой осадок ↓ Жёлтый осадок ↓ Красный осадок | |
| ? | |||
| Фелинга | 10 кап. р-ра глюкозы + 10 кап. р-ра Фелинг I + 10 кап. р-ра Фелинг II Нагреть на спиртовке | Синий прозрачный р-р ↓ |
| Толленса | 10 кап.аммиачного р-ра гидроокиси серебра + 3 кап р-ра глюкозы | ||
| Ниландера | 10 кап р-ва Ниландера (гидроокись висмута) + 10 кап р-ра глюкозы | жёлтый цвет ↓ коричневый цвет ↓ чёрный цвет |
Опыт 2
Открытие фруктозы реактивом Селиванова
(раствор резорцина в соляной кислоте)
| Р. Селиванова | 1 пробирка 10 кап. р-ра фруктозы + 10 кап. р. Селиванова Нагреть на спиртовке | ||
| 2 пробирка 10 кап. р-ра глюкозы + 10 кап. р. Селиванова Нагреть на спиртовке |
Опыт 3
Доказательство восстанавливающей способности у лактозы и
отсутствие её у сахарозы
| Р. Троммера | 1 пробирка 10 кап. р-ра сахарозы + 8 кап. NaOH + 4 кап. CuS04 | ||
| 2 пробирка 10 кап. р-ра лактозы + 8 кап. NaOH + 4 кап. CuS04 |
Опыт 4.
Качественные реакции на крахмал и гликоген
| Реакция Троммера | 10 кап. р-ра крахмала + 8 кaп.NaOH + 4 кап CuS04 Нагреть на спиртовке | ||
| Окраска с иодом | 1 пробирка 10 кап р-ра крахмала + 1 кап. р-ра йода 2 пробирка 10 кап. р-ра гликогена + 1 кап, p. йода | красно-бурое окрашивание |
Опыт 5
Качественные реакции на продукты гидролиза крахмала.
Гидролиз крахмала:
1 мл р-ра крахмала+10 кaп.H2S04
↓
10 мин → на кипящей водяной бане
↓
Гидролизат
| Р. Троммера | 10 кап. гидролизата + 15 кап. NaOH + 2 кап. CuSO4 Нагреть на спиртовке | ||
| Окраска с йодом | 10 кап. гидролизата + 1 кап. йода |