Proteoglykan
Proteoglykane sind eine Klasse von Glykoproteinen, die ein wichtiger Bestandteil der Extrazellulären Matrix sind. Sie sind besonders stark glykosyliert. Sie bestehen aus einem Kernprotein, das an Serinresten eine bis über hundert Glykosaminoglykanketten (Kohlenhydratketten) kovalent gebunden hat.
Proteoglykane werden nach ihren Glykosaminoglykanketten in verschiedene Gruppen eingeteilt:
- Heparansulfat-Proteoglykane
- Ketaransulfat-Proteoglykane
- Chondroitinsulfat-Proteoglykane
- Dermatansulfat-Proteoglykane
Sie sind negativ geladen und stark hydratisiert.
Neben ihrem Vorkommen in der extrazellulären Matrix (EZM) sind Proteoglykane auch an der Zelloberfläche und in intrazellulären sekretorischen Granula lokalisiert. Charakteristisch für die sehr heterogene Familie der Proteoglykane sind die am Proteinzentrafilament kovalent gebundenen polyanionischen Glykosaminoglykanketten (GAG-Ketten). Diese setzen sich aus repetitiven Disaccharideinheiten zusammen, die über eine charakteristische Kohlenhydratbindungssequenz an das Zentralfilament kovalent gebunden sind.
Die Bindungsregion besteht aus der Tetrasaccharidsequenz:
Glukuronyl-β-(1->3)-Galaktosyl-β-(1->3)-Galaktosyl-β-(1->4)-Xylosyl-β-1-O-(Serin).
Die Disaccharideinheiten setzen sich aus einem N-Acetylhexosamin (N-Acetyl-glukosamin oder N-Acetylgalaktosamin) und einer Uronsäure (D-Glukuronsäure oder ihr C5-Epimer, die L-Iduronsäure) bzw. Galaktose zusammen. Diese Einheiten können mit Sulfamat- und Sulfatester-Gruppen modifiziert sein. Zu einer ausgeprägten Heterogenität bei den Glykosaminoglykanen führt sowohl die Variabilität im Ausmaß der Sulfatierung als auch der Grad der Epimerisierung.
Nach der Zusammensetzung der Disaccharideinheiten unterscheidet man folgende Glykosaminoglykane (GAGs):
• Hyaluronsäure (HA)
• Heparin oder Heparansulfat (HS)
• Chondroitin (CS)- oder Dermatansulfat (DS)
• Keratansulfat (KS)
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Hyaluronsäure
Hyaluronsäure besteht aus β-(1->4)-glykosidisch miteinander verknüpften Glukuronyl-β- (1->3) N-Acetylglukosamin-Disaccharideinheiten, wobei bis zu 100.000 aufeinander folgen können. Die Zuckereinheiten sind unsulfatiert. Hyaluronsäure liegt als amphipathische Helix vor und ist als einziges Glykosaminoglykan nicht an ein Proteinzentralfilament gebunden. Ein Hyaluronsäuremolekül kann durch Hydratisierung eine bis zu 10.000mal größere Raumbeanspruchung besitzen als das Volumen des Moleküls selbst, so dass sich schon bei niedrigen Konzentrationen ein viskoses Gel bildet.
Heparin/Heparansulfat
Heparin besteht aus D-Glukuronsäure, die β-(1->4) glykosidisch, bzw. L-Iduronsäure, die α- (1->4)-glykosidisch mit einem Glukosamin verknüpft ist. Die Bindung zwischen den verschiedenen Disacchariden ist α-(1->4)-glykosidisch. Die Aminogruppe des Glukosamins ist häufig mit einer Acetylgruppe oder einer Sulfatgruppe substituiert. Zusätzlich sind O-Sulfatgruppen vorhanden. Heparansulfat ist strukturell mit dem Heparin verwandt, nur besitzt es weniger N- und O-Sulfatreste und mehr N-Acetylgruppen.
Chondroitinsulfat/Dermatansulfat
Chondroitinsulfat besteht aus β-(1->4) glykosidisch verknüpften Glukuronyl-β-(1->3)-NAcetylgalaktosamin-Disacchariden, wobei D-Glukuronsäure z.T. in L-Iduronsäure umgewandelt wird. Wenn mehr als 10 % des Uronats als Iduronat vorliegen, spricht man von Dermatansulfat. Der Grad der Sulfatierung von Chondroitinsulfat und Dermatansulfat beträgt etwa 1 Sulfatrest pro Disaccharid. Das Molekulargewicht liegt zwischen 10 und 50 kDa.
Keratansulfat
Die Disaccharideinheiten von Keratansulfat sind β-(1->3) verknüpfte Galaktosyl-β-(1->4)-N-Acetylglukosaminreste.Beide Zucker können eine Sulfatierung am C6-Atom aufweisen. Pro Einheit treten 0,8-1,5 Sulfatgruppen auf.
Ein Proteoglykan kann auch mehr als einen Typ von GAG-Ketten tragen; z.B. besitzt Aggrecan KS- und CS-Ketten. Außer den Glykosaminoglykan-Ketten tragen die Zentralfilamente zudem oft N- oder O-glykosidisch gebundene Oligosaccharide, wie sie auch in anderen Glykoproteinen vorkommen. Aufgrund der Größe des Proteinzentralfilaments werden die Proteoglykane der EZM in zwei Hauptgruppen, die großen und kleinen Proteoglykane, untergliedert. Wegen gemeinsamer struktureller Domänen werden die großen Proteoglykane unterteilt in Hyalektane (z.B. Aggrecan, Neurocan, Brevican, Versican,...), die einerseits Hyaluronsäure binden und andererseits das C-Typ-Lektin-Motiv enthalten, und in nicht hyaluronsäurebindende Proteoglykane (z.B. Perlecan, Agrin,...). Zu den kleinen Proteoglykanen der EZM zählen die leucinreichen Proteoglykane (z.B. Decorin, Biglycan, Fibromodulin, Lumican,...).
Für Details der biologischen Funktion der Proteoglykane sei auf den Artikel zur extrazellulären Matrix (EZM) verwiesen. Kategorie:Protein