Химическое строение и заряд молекулы
С биохимической точки зрения гиалуроновая кислота представляет собой самый крупный гликозаминогликан. Её молекулярная масса достигает колоссальных значений — от $10^5$ до $10^7$ Дальтон. При этом важно отметить, что она относится исключительно к гликозаминогликанам, а не к протеогликанам, поскольку в её структуре полностью отсутствует белковый кор (осевой белок).
Структура этого биополимера имеет линейный характер и состоит из множества повторяющихся дисахаридных единиц. Каждый такой структурный блок включает в себя два компонента:
- D-глюкуроновую кислоту;
- N-ацетил-D-глюкозамин.
Внутри одного дисахарида эти моносахариды соединены $\beta(1\to3)$-гликозидной связью. В свою очередь, сами дисахаридные единицы скрепляются между собой посредством $\beta(1\to4)$-связей, формируя длинную полимерную цепь, которая не подвергается сульфатированию.
Отличительной чертой молекулы является её выраженный отрицательный заряд. В каждом дисахаридном звене присутствует карбоксильная группа, принадлежащая глюкуроновой кислоте. Учитывая огромную длину цепи и гигантское количество мономеров, молекула в целом приобретает свойства мощного полианиона.
Биологические функции в межклеточном веществе
Особенности химического строения напрямую определяют физические свойства и функции гиалуроновой кислоты в тканях организма.
- Связывание колоссальных объемов воды. Именно благодаря своей полианионной природе молекула обладает высочайшей гидрофильностью. Отрицательно заряженные группы притягивают и прочно удерживают молекулы $H_2O$.
- Формирование желеобразного матрикса. Насыщаясь водой, гиалуроновая кислота придает межклеточному пространству характер вязкого, гелеобразного структурного каркаса, который поддерживает форму тканей.
- Связывание катионов. Как и все гликозаминогликаны, гиалуронан способен активно взаимодействовать с положительно заряженными ионами. В частности, он играет важную роль в депонировании ионов натрия ($Na^+$) в межклеточной среде.
Роль гиалуронидазы в распространении инфекций
В норме межклеточный матрикс выступает надежным барьером на пути распространения чужеродных агентов. Однако многие патогенные микроорганизмы в процессе эволюции выработали механизм преодоления этой защиты. Возбудители гнойных инфекций и газовой гангрены секретируют специфический фермент — гиалуронидазу.
Субстратом для этого фермента выступает сама гиалуроновая кислота. Гиалуронидаза катализирует реакцию гидролиза, целенаправленно расщепляя $\beta$-гликозидные связи между дисахаридными остатками. Этот процесс называется деполимеризацией.
Следствия ферментативного расщепления:
- Происходит стремительное разрушение нормальной гелеобразной структуры тканевого матрикса.
- Резко и значительно снижается вязкость межклеточного вещества.
- Возрастает проницаемость тканевых барьеров.
Именно поэтому гиалуронидазу часто называют «фактором проницаемости» или фактором распространения. В результате её действия патогенные бактерии и выделяемые ими токсины получают возможность беспрепятственно и быстро захватывать новые участки тканей, усугубляя тяжесть инфекционного процесса.
Запомнить состав дисахарида поможет аббревиатура «ГАН»: Глюкуроновая кислота + Ацетил-N-глюкозамин. Обе молекулы субстрата начинаются на букву «Г», что созвучно с названием самой Гиалуроновой кислоты.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему гиалуроновую кислоту относят к гликозаминогликанам, а не к протеогликанам?
Потому что её молекула состоит исключительно из углеводных полимерных цепей и не имеет белкового кора, который является обязательным компонентом протеогликанов.
За счет чего молекула приобретает сильный отрицательный заряд?
В составе каждого дисахаридного мономера находится карбоксильная группа глюкуроновой кислоты. Множество таких групп в длинной цепи делает молекулу выраженным полианионом.
В чем заключается патогенное действие бактериальной гиалуронидазы?
Фермент гидролизует бета-гликозидные связи полимера. Это разрушает желеобразный матрикс, снижает вязкость тканей и позволяет бактериям с токсинами легко распространяться вглубь.
Что ещё разобрать по теме
- Пространственная организация бета(1→3) и бета(1→4) гликозидных связей
- Механизм связывания молекул воды полианионными структурами
- Отличия гиалуроновой кислоты от сульфатированных гликозаминогликанов
- Биохимические основы патогенеза газовой гангрены
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Гиалуроновая кислота» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Биохимия межклеточного матрикса»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.