Цепи гликозаминогликанов могут располагаться во внеклеточном матриксе высокоуноридоченным

образом [13]

Ввиду структурной гетерогенности молекул протеогликанов кажется маловероятным, чтобы их роль сводилась лишь к созданию гидратированного пространства вокруг клеток и между ними. Было показано, что in vitro протеогликаны связывают различные секретируемые сигнальные молекулы, и можно предполагать, что они выполняют эту функцию и в тканях, локализуя таким образом действие сигнальных лигандов; например, фактор роста фибробластов (разд. 13.3.1, табл. 13-1) связывается с протеогликаном гепарансульфатом как in vitro, так и в тканях. Протеогликаны могут образовывать гели с разной величиной пор и разной плотностью зарядов и служить фильтрами, регулирующими движение молекул и клеток в соответствии с их размерами и/или зарядом. Судя по некоторым данным, протеогликаны выполняют подобную функцию в базальной мембране почечных клубочков, фильтрующей молекулы из кровотока в мочу (разд. 14.2.16).

Способ организации гликозаминогликанов и протеогликанов во внеклеточном матриксе еще плохо изучен. Биохимические исследования показывают, что в матриксе эти молекулы специфическим образом связаны друг с другом и с фибриллярными белками. Было бы странным, если бы такие взаимодействия не играли никакой роли в организации матрикса. Было установлено, что главный протеогликан хряща, содержащий кератансульфат и хондроитинсульфат (см. выше), организован во внеклеточном матриксе в крупные агрегаты, нековалентно связанные через свои сердцевинные белки с макромолекулой гиалуроновой кислоты. Примерно 100 мономеров протеогликана связаны с одной цепью гиалуроновой кислоты, образуя гигантский комплекс с мол. массой в 100 млн. или больше, занимающий объем, равный объему бактерии. Выделенный из ткани, этот комплекс хорошо виден в электронном микроскопе (рис. 14-28).

Рис. 14-28. А. Электронная микрофотография агрегата протеогликанов из эмбрионального хряща коровы (напыление платиной). Видно также много свободных молекул протеогликана. Б. Схема строения гигантского протеогликанового агрегата, показанного на фото А. Он состоит примерно из сотни протеогликановых мономеров (вроде изображенного на рис. 14-27), нековалентно присоединенных к одной молекуле гиалуроновой кислоты с помощью двух связующих белков, которые одновременно соединены как с сердцевинным белком протеогликана, так и с цепью гиалуроновой кислоты, и стабилизируют таким образом агрегат. Молекулярная масса такого комплекса может достигать 108 и более, а занимаемый им объем равен объему бактериальной клетки (около 2- 10-12 см3). (А-с любезного разрешения Lawrence Rosen-berg.)

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

Однако попытки определить с помощью электронной микроскопии пространственное расположение молекул протеогликана, когда они находятся в ткани, оказались безуспешными. Так как эти молекулы хорошо растворимы в воде, при фиксации они легко вымываются из внеклеточного матрикса во время обработки срезов в водных растворах. Недавно протеогликаны удалось увидеть в почти нативном состоянии в хряще, быстро замороженном при очень низкой температуре (— 196°С) и высоком давлении с последующей фиксацией и окраской в замороженном состоянии (рис. 14-29). Вместо этого можно использовать катионный краситель с относительно низкой плотностью заряда в сочетании с более традиционной фиксацией. При таком окрашивании протеогликаны сухожилия из хвоста крысы выглядят как нитевидные структуры, обвивающие коллагеновые фибриллы с регулярными интервалами около 65 нм (рис. 14-30). Такой интервал соответствует продольному смещению параллельных молекул коллагена относительно друг друга в этих фибриллах (разд. 14.2.8). Такого рода упорядоченное расположение молекул, вероятно, весьма обычно во внеклеточном матриксе, и при том разнообразии, которое свойственно молекулам коллагена и прогеогликанов, могут получаться сложные и многообразные структуры.

Известно, что из некоторых полисахаридных цепей создаются высокоупорядоченные спиральные или лентовидные образования.

Например, у высших растений микрофибриллярный компонент клеточных стенок построен из цепей целлюлозы (полиглюкозы), плотно упакованных в лентовидную кристалл о подобную структуру (см. рис. 20-5). In vitro две различные полисахаридные цепи могут специфически взаимодействовать друг с другом, образуя участки с регулярной спиральной структурой (рис. 14-31); такое межполисахаридное взаимодействие могло бы проис-

Рис. 14-29. Электронная микрофотография протсогликанов внеклеточною матрикса из хряща крысы. Ткань была быстро заморожена при —196 С, зафиксирована и окрашена в замороженном состоянии (процесс, называемый замещением в замороженном состоянии), чтобы предотвратить сжатие протеогликановых цепей. Видно, что молекулы протеогликанов образуют тонкую волокнистую сеть, в которую погружено одно поперечноисчерченное коллагеновое волокно. Более темные участки протео-гликановых молекул сердцевинные белки; более светлые нити--

цепи гликозаминогликана. (Е. В. Hunziker, R.K. Schcnk, J. cell Biol. 98: 277-282, 1985 by copyright permission of the Rockefeller Univ. Press.)

Рис.. 4-30. Электронная микрофотография продольного среза сухожилия из хвоста крысы. Препарат контрастирован медьсодержащим красителем для выявления молекул протеогликанов. Сухожилие состоит из плотно упакованных коллатеновых фибрилл; несколько таких фибрилл видны на фотографии. Молекулы протеогликана имеют вид тонких нитей, окружающих каждую коллагеновую фибриллу через равные интервалы примерно в 65 нм (например, указанные стрелками b ); это указывает на специфическое взаимодействие молекул коллагена и протеогликанов. В тех местах, где не видно протеогликановых нитей, пересекающих коллагеновые фибриллы (как в участке, отмеченном двойной стрелкой а), плоскость среза, видимо, прошла прямо через фибриллу. (J. E. Scott, Biochem. J. 187: 887-891, 1980. Copyright 1980. Amer. Chem. Soc.)

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

Рис. 14-31. Некоторые из упорядоченных конформаций, которые могут принимать две разные полисахаридные цепи, А и Б, при образовании геля in vitro. Поскольку взаимодействие между молекулами ограничено определенными участками их цепей (так называемыми соединительными участками) и не распространяется на всю молекулу, каждая цепь может объединиться более чем с одним партнером и таким путем образовать решетку геля. К гелеобразующим полисахаридам относятся, в частности, агары (из водорослей) и пектины (из высших растений).

ходить и во внеклеточном матриксе. Если конформаций молекул протеогликанов могут быть столь же разнообразными, как их химическое строение, то мы едва только начинаем понимать их организацию.

Не все протеогликаны являются секретируемыми компонентами внеклеточного матрикса. Некоторые из них входят в состав плазматической мембраны, и иногда такие протеогликаны содержат сердцевинный белок, ориентированный поперек липидного бислоя.

Протеогликаны клеточных мембран обычно состоят лишь из небольшого числа гликозаминогликановых цепей и, по-видимому, играют какую-то роль в прикреплении клеток к внеклеточному матриксу и в организации макромолекул матрикса, секретируемых клетками.

Дата добавления: 2015-08-31