Хондроитинсульфаты и их биологические функции¶

Хондроитинсульфаты — это класс сульфатированных гликозаминогликанов (мукополисахаридов), представляющих собой линейные полисахариды, построенные из повторяющихся дисахаридных звеньев. Каждое звено состоит из остатка глюкуроновой кислоты и N-ацетилгалактозамина, причём последний несёт сульфатные группы в различных положениях. Молекулы хондроитинсульфатов входят в состав протеогликанов — сложных белково-углеводных комплексов, которые формируют основное вещество внеклеточного матрикса соединительной ткани. В организме человека и животных эти соединения сосредоточены преимущественно в хрящевой ткани, но также присутствуют в костях, коже, роговице, стенках сосудов и синовиальной жидкости.

¶Химическое строение и типы

Основу молекулы составляет неразветвлённая цепь из нескольких десятков дисахаридных единиц. В зависимости от положения и количества сульфатных групп выделяют несколько типов:

• Хондроитин-4-сульфат (хондроитинсульфат A) — сульфатная группа расположена у четвёртого атома углерода N-ацетилгалактозамина; преобладает в хряще, роговице, коже.
• Хондроитин-6-сульфат (хондроитинсульфат C) — сульфатная группа у шестого атома; характерен для хряща и пульпозного ядра межпозвоночных дисков.
• Дерматансульфат (хондроитинсульфат B) — отличается присутствием остатка идуроновой кислоты вместо глюкуроновой; содержится в коже, сосудах, клапанах сердца.
• Хондроитинсульфат D и E — редко встречающиеся формы с двумя сульфатными группами в звене.

Молекулярная масса цепей варьирует в широких пределах — от нескольких тысяч до десятков тысяч дальтон. В составе протеогликанов цепи ковалентно присоединяются к белковому кора (например, к коровому белку аггрекана) через связующую область.

¶Биологические функции

¶Формирование и гидратация матрикса

Главная функция хондроитинсульфатов — участие в построении внеклеточного матрикса. Отрицательно заряженные сульфатные и карбоксильные группы притягивают ионы натрия, а вслед за ними — молекулы воды. Благодаря этому протеогликаны удерживают значительные объёмы жидкости, обеспечивая тургор (внутреннее давление) хряща. Именно гидратированный матрикс придаёт хрящу упругость и способность противостоять сжатию.

¶Механическая устойчивость хряща

Совместно с коллагеновыми волокнами протеогликаны образуют сеть, распределяющую нагрузку. При сжатии вода вытесняется из матрикса, а при снятии нагрузки возвращается, восстанавливая форму ткани. Это свойство лежит в основе амортизирующей функции суставного и межпозвоночного хряща.

¶Регуляция клеточного поведения

Хондроитинсульфаты связывают ряд сигнальных молекул — факторов роста, цитокинов, ферментов. Тем самым они влияют на пролиферацию, миграцию и дифференцировку клеток, модулируют активность матриксных металлопротеиназ и регулируют процессы воспаления и ангиогенеза.

¶Участие в развитии и репарации тканей

В эмбриогенезе хондроитинсульфаты направляют формирование скелета, влияя на конденсацию хондроцитов и замещение хряща костной тканью. Во взрослом организме они участвуют в заживлении ран, ремоделировании костей и восстановлении хрящевых поверхностей.

¶Функции в других тканях

В роговице хондроитинсульфаты поддерживают прозрачность и упорядоченное расположение коллагеновых фибрилл. В коже и стенках сосудов они влияют на эластичность и проницаемость. В синовиальной жидкости обеспечивают смазку суставных поверхностей.

¶Синтез и распад

Синтез цепей происходит в аппарате Гольджи: ферменты гликозилтрансферазы последовательно присоединяют моносахариды к белковому кору, а сульфотрансферазы вводят сульфатные группы, используя 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфат как донор. Катаболизм осуществляется лизосомальными ферментами — гиалуронидазами, сульфатазами и гликозидазами. Нарушения этих процессов приводят к накоплению гликозаминогликанов в тканях (мукополисахаридозы).

¶Клиническое и практическое значение

С возрастом и при дегенеративных заболеваниях (остеоартрит, остеохондроз) содержание и качество хондроитинсульфатов в хряще снижаются, что ведёт к потере его амортизирующих свойств. Препараты на основе хондроитинсульфата применяются в медицине как симптоматические средства замедленного действия при остеоартрите; их эффективность остаётся предметом дискуссий в клинических исследованиях. В пищевой и косметической промышленности эти соединения используют как влагоудерживающие компоненты.

¶Источники и получение

В промышленности хондроитинсульфаты получают из хрящевой ткани крупного рогатого скота, свиней, а также из хрящей рыб и акул. Сырьём служат трахея, суставные хрящи, носовые перегородки. Продукт выделяют путём экстракции, ферментативного гидролиза и очистки.

¶Сравнение с гиалуроновой кислотой

Хондроитинсульфаты и гиалуроновая кислота относятся к гликозаминогликанам, но различаются строением и функциями. Гиалуроновая кислота не сульфатирована, имеет значительно большую молекулярную массу и не связана ковалентно с белком, тогда как хондроитинсульфаты всегда входят в состав протеогликанов и несут сульфатные группы, определяющие их ионные и механические свойства.