De glycosaminoglycanen , ook wel mucopolysacchariden genoemd, zijn koolhydraatstructuren, met een structurele functie van biomoleculen die voornamelijk in bindweefsel, botweefsel, intercellulaire omgeving en epitheelweefsel voorkomen. Het zijn lange ketens van complexe polysacchariden of proteoglycanen, samengesteld uit zich herhalende eenheden van disacchariden.
Glycosaminoglycanen zijn zeer polair en hebben het vermogen om water aan te trekken, waardoor ze ideaal zijn voor de biologische functies die ze vervullen. Ze worden ook gebruikt als smeermiddel of om schokken op te vangen. Elk bestaat uit hexosamine en een hexose of hyaluronzuur.
Structuur van glycosaminoglycanen
kenmerken
Glycosaminoglycanen zijn de grootste component van de extracellulaire matrix van moleculen in dierlijke weefsels en spelen een fundamentele rol bij verschillende fysiologische gebeurtenissen. We kunnen deze verbindingen niet alleen bij gewervelde dieren vinden, maar ook bij veel ongewervelde dieren. Zijn functie is het behoud in het dierenrijk.
Verschillende gesulfateerde structuren van heparine, een glycosaminoglycaan dat wordt aangetroffen in de lever, huid en longen, zijn te vinden in verschillende soorten organismen, van de meest primitieve tot de mens. Dit bepaalt hun actieve en fundamentele deelname aan biologische processen.
In het geval van hyaluronzuur vinden we het in het menselijk lichaam aanwezig in de navelstreng, bindweefsel, gewrichtsvloeistof, kraakbeen, bloedvaten en glasvocht (de gelatineuze massa die wordt gevonden tussen de lens en het netvlies in het oog); terwijl het in de natuur alleen in weekdieren voorkomt.
Een ander verschil is dat chondroïtinesulfaat in het lichaam voorkomt in botweefsel en kraakbeen, terwijl het bij andere, minder ontwikkelde dieren in beperkte mate wordt aangetroffen, afhankelijk van de structurele complexiteit van het individu en zijn associatie met bepaalde functies.
Aanwezigheid van glycosaminoglycanen
In de natuur vinden we glycosaminoglycanen (GAG's) met fundamentele functies in celgroei, hun differentiatie, celmigratie, morfogenese en virale of bacteriële infecties.
Bij gewervelde dieren zijn de belangrijkste glycosaminoglycanen heparine of heparinesulfaat, chondroïtinesulfaat, dermatansulfaat en hyaluronzuur. Al deze GAG's worden bevestigd door ketens die eenheden van een aminosuiker en een hyaluronzuur afwisselen, wat glucuronzuur of iduronzuur kan zijn.
Aan de andere kant kunnen de aminosuikereenheden N-acetylglucosamine of N-acetylgalactosamine zijn.
Hoewel de bouwstenen van GAG's meestal altijd dezelfde zijn, vereisen polysacchariden, de zich herhalende lijnen van de heparine- en chondroïtinesulfaatketens een aanzienlijke mate van structurele variatie.
Dit komt door de voortdurende modificaties die sulfatering en epemerisatie van uronaten omvatten, die de basis vormen van de grote verscheidenheid aan structuren met biologische activiteiten die verband houden met GAG's.
De aanwezigheid van deze biomoleculen in de natuur, zowel in gewervelde als ongewervelde organismen, is goed gedocumenteerd. Daarentegen zijn GAG's nooit in planten aangetroffen.
Gesynthetiseerde polysacchariden met dezelfde pijlerstructuur als GAG's worden waargenomen in sommige bacterieketens, maar deze vergelijkbare polysacchariden zijn niet gebonden aan kerneiwitten en worden alleen geproduceerd op het binnenoppervlak van het cytoplasmatische membraan.
In het geval van GAG's in dierlijke cellen worden ze toegevoegd aan eiwitkernen en vormen ze proteoglycanen. Bacteriële polysacchariden zijn dus verschillend.
Er is een grote structurele variatie in GAG's die tot gewervelde dieren behoren. Van vissen en amfibieën tot zoogdieren, de structuur van deze biomoleculen is buitengewoon heterogeen.
De biosynthese van het structurele complex van GAG's wordt gereguleerd en de verschillende sulfatatiepatronen worden gevormd in een specifiek orgaan en weefsel, tijdelijk tijdens groei en ontwikkeling.
Mutatiedefecten in veel genen van de biosynthetische enzymen van GAG's hebben in feite ernstige gevolgen voor gewervelde organismen. Dit is de reden waarom de expressie van GAG's en hun specifieke gesulfateerde structuren een fundamentele rol spelen in het leven.
Functies van glycosaminoglycanen
Hun functie is essentieel omdat ze fundamentele componenten zijn van het bindweefsel, en de ketens van de GAG's zijn via covalente bindingen verbonden met andere eiwitten zoals cytokines en chemokines.
Een ander kenmerk is dat ze zijn gekoppeld aan antitrombine, een eiwit gerelateerd aan het stollingsproces, waardoor ze deze functie kunnen remmen, waardoor ze essentieel zijn bij behandeling van bijvoorbeeld trombose.
Dit is ook interessant op het gebied van kankeronderzoek. Door de binding van GAG-eiwitten te kunnen remmen, kan het proces van deze of andere ziekten zoals ontstekingsprocessen en infectieziekten worden gestopt, waarbij GAG's werken als receptoren voor sommige virussen, zoals dengue, van het flavivirus-type.
GAG's behoren ook tot de drie componenten van de dermis, de laag die zich onder de epidermis van de huid bevindt, samen met collageen en elastine. Deze drie elementen vormen het systeem dat bekend staat als de extracellulaire matrix, die onder meer de regeneratie van weefsels en de afvoer van gifstoffen uit het lichaam mogelijk maakt.
GAG's zijn de stoffen die water naar de diepere huidlagen trekken. Een van de bekendste glycosaminoglycanen is hyaluronzuur, aanwezig in veel anti-aging en huidverzorgingsproducten. Het idee van deze crèmes, lotions en toners is om de hydratatie van de huid te verhogen en rimpels en expressielijnen te verminderen.
Naast het feit dat ze water kunnen vasthouden, hebben GAG's ook een hoge viscositeit en lage compressie, waardoor ze ideaal zijn voor het beschermen van de verbinding van botten in de gewrichten.
Dit is de reden waarom ze aanwezig zijn in gewrichtsvloeistof, gewrichtskraakbeen, hartkleppen (chondroïtinesulfaat, de meest voorkomende GAG in het lichaam), huid, longslagaders en in de lever (heparine, dat een antistollingsfunctie heeft), pezen en longen (dermataansulfaat) en hoornvlies en botten (keransulfaat).
Referenties
- Evolutie van glycosaminoglycanen. Vergelijkende biochemische studie. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
- Speciale uitgave "Glycosaminoglycanen en hun mimetica". Opgehaald van mdpi.com.
- Manipulatie van macromoleculen op het celoppervlak door flavivirussen. Robert Anderson, in Advances in Virus Research, 2003. Hersteld van sciencedirect.com.
- Collageen, elastine en glycosaminoglycanen. Opgehaald van justaboutskin.com.