PROTEOGLICANS: ESTRUCTURA, CARACTERÍSTIQUES, FUNCIÓ, EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

Els proteoglicans són proteïnes glicosilades, generalment associades amb substituents glicosaminoglicans (GAG) aniònics. Usualment es troben a la cara externa de la membrana cel·lular o "omplen" l'espai extracel·lular, de manera que formen part de molts teixits connectius.

D'aquestes complexes macromolècules, les més estudiades i analitzades han estat les de les cèl·lules cartilaginoses en els animals vertebrats, ja que la matriu extracel·lular en aquestes comprèn més de l'90% de l'pes sec de el teixit que componen, on influeixen, entre altres coses, a la resistència enfront de compressions.

Estructura de la matriu extracel·lular que compon a el cartílag hialí (Font: See page for author / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Estructuralment, els proteoglicans contribueixen a l'organització de la matriu extracel·lular, la qual cosa li dóna a molts teixits o cèl·lules individuals les seves propietats físiques més distintives. A més, aquests són importants per a molts esdeveniments de senyalització i comunicació intercel·lular.

Són proteïnes summament abundants, ubiqües (estan en nombrosos tipus de cèl·lules) i complexes, les funcions biològiques i propietats bioquímiques deriven fonamentalment de les característiques dels seus components carbohidratados, els quals tenen una gran capacitat d'hidratació.

Hi participen activament en la comunicació intercel·lular, en els processos d'adhesió i migració i també han estat implicats en el desenvolupament de diversos teixits en els animals, com ara les xarxes perineuronals de el sistema nerviós.

Estructura i característiques dels proteoglicans

Els proteoglicans són proteïnes glicosilades de la superfície extracel·lular, encara que existeixen alguns que poden trobar-se en compartiments intracel·lulars. Són molècules generalment molt abundants, però la seva abundància depèn de el tipus de cèl·lula que es consideri.

Ordinàriament, la porció carbohidratada d'un proteoglicano consisteix en molècules de glicosaminoglicans, que són polisacàrids lineals compostos per disacàrids repetits, usualment d'un aminoazúcar acetilat que s'alterna amb àcid urónico.

La seva estructura general, per tant, consisteix en un "nucli" proteic que pot associar-se amb més de 100 cadenes de glucosaminoglicans no ramificades, unides per mitjà d'O -glicosilación.

Es tracta de molècules prou diverses quant a estructura, forma i funció. En les cèl·lules dels animals vertebrats, per exemple, s'han identificat diverses combinacions de diferents tipus de proteïnes i diferents classes de glucosaminoglicans, a saber:

proteïnes

- Proteïnes transmembranales de la superfície cel·lular (matriu extracel·lular)

- Proteïnes unides covalentment a àncores de glicosilfosfatidilinositol (GPI))

glucosaminoglicans

- Hialuronano (HA)

- Condroitín sulfat (CS)

- Keratan sulfat (KS)

- dermatán sulfat (DS)

- heparán sulfat (HS)

Esquema de proteoglicans i algunes combinacions de glucosaminoglicans (Font: Mfigueiredo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Alguns proteoglicans com els sindecans, que són proteïnes transmembranales, estan unides a 2 cadenes de heparán sulfat i 1 de condroïtina sulfat; mentrestant un altre proteoglicano, el agrecano (específic de cartílag) té prop de 100 cadenes de condroitina sulfat i 30 de keratan sulfat.

De l'anterior s'entén que les característiques de glicosilació de cada proteïna, així com el tipus de cèl·lula a la qual pertany, són les que defineixen la identitat de cada proteoglicano a la superfície cel·lular.

funció

De les característiques estructurals dels proteoglicans depenen les seves funcions. Això és particularment cert per a aquelles característiques que es relacionen amb la porció glucosaminoglicano, ja que aquestes molècules són les que li permeten a la proteïna interactuar amb altres elements en la superfície cel·lular.

Aquelles proteïnes riques en residus de heparán sulfat poden unir-se amb relativa facilitat a diferents factors de creixement, a altres components de la matriu extracel·lular, a enzims, inhibidors de proteases, quimiocines, etc., de manera que tenen un paper fonamental en la transducció de senyals cap al medi intracel·lular.

Així doncs, els proteoglicans poden complir funcions estructurals en la matriu o poden tenir funcions més específiques en la transmissió de missatges des del medi extracel·lular cap a l'espai citosòlic.

En els últims anys l'interès per l'estudi dels proteoglicans ha crescut considerablement, fet que està relacionat amb el descobriment de la importància que aquestes molècules tenen en algunes condicions patològiques en els éssers humans.

Un exemple d'aquestes és la síndrome de Simpson-Golabi-Behmel (SGBS), caracteritzat per un creixement pre i post-natal exagerat, defectes en el naixement i susceptibilitat a la formació de tumors associats amb mutacions en un proteoglicano ric en heparán sulfat i ancorat mitjançant GPI.

Principals proteoglicans de les artèries i vasos sanguinis. Es mostra el pes molecular de l'nucli proteic (Font: ALEISF / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

funcions cel·lulars

Pràcticament tots els processos cel·lulars que impliquen interaccions moleculars en la superfície cel·lular, com ara interaccions cèl·lula-matriu, cèl·lula-cèl·lula i lligant-receptor tenen a veure, d'una o altra manera, amb proteoglicans, ja que aquestes són capaces d'unir-se a gran quantitat d'altres molècules i són considerablement abundants a la superfície.

Durant el desenvolupament de sistema nerviós i també durant la invasió d'un tumor i la metàstasi, és a dir, esdeveniments que tenen a veure amb moviments i prolongacions o extensions cel·lulars, els proteoglicans exerceixen funcions molt actives.

Aquestes proteïnes glicosilades també participen en els processos d'adhesió, proliferació i establiment de la forma cel·lular i aquelles que són proteïnes transmembranales que posseeixen un domini citosòlic, participen en cascades de transducció i senyalització.

Exemples de proteoglicans

Agrecano

El agrecano és el principal proteoglicano present en el teixit cartilaginós, el qual s'associa amb fragments de l'glicosaminoglicà "hialuronano" (HA) en la matriu extracel·lular dels condròcits.

El hialuronano és un glucosaminoglicano lineal compost per residus alternats d'àcid glucorónico i N-acetilglucosamina, que pot trobar-se tant en la superfície cel·lular com en la matriu extracel·lular ia l'interior de les cèl·lules.

La unió de l'hialuronano a l'agrecano passa a través d'una "proteïna d'unió" que forma importants agregats amb pesos moleculars de fins a diversos milions d'daltons.

Moltes malalties articulars relacionades amb el progrés de l'edat tenen a veure amb l'augment en l'agregació de l'agrecano i el hialuronano.

Pelecano

En els glomèruls renals, la membrana basal està conformada principalment per un proteoglicano conegut com pelecano, que s'associa amb porcions de heparán sulfat. Aquest proteoglicano té importants funcions com lloc aniònic de selectivitat de càrregues durant la filtració glomerular.

Aquest proteoglicano té el nucli proteic més gran que s'ha observat en qualsevol d'aquestes molècules i s'especula que aquest domini proteic pugui interactuar amb altres macromolècules presents en la membrana basal.

Decorina

La decorina és un proteoglicano intersticial de mida petita i es caracteritza per tenir una sola cadena de glucosaminoglicano i un petit nucli proteic. És un component important de molts teixits connectius, s'uneix a fibres de col·lagen tipus I i participa en l'acoblament de la matriu extracel·lular.

referències

1. Godfrey, M. (2002). Extracel·lular matrix. In Asthma and COPD (p. 211-218). Academic Press.
2. Iozzo, RV, & Schaefer, L. (2015). Proteoglycan form and function: a comprehensive Nomenclature of proteoglycans. Matrix Biology, 42, 11-55.
3. Muncie, JM, & Weaver, VM (2018). The physical and biochemical properties of the extracel·lular matrix Regulate cell fate. In Current topics in developmental biology (Vol. 130, pp. 1-37). Academic Press.
4. Perrimon, N., & Bernfield, M. (2001, April). Cellular functions of proteoglycans-an overview. In Seminars in cell & developmental biology (Vol. 12, No. 2, pp. 65-67). Academic Press.
5. Petty, RE, & Cassidy, JT (2011). Structure and function. In Textbook of pediatric Rheumatology (pp. 6-15). WB Saunders.
6. Yanagishita, M. (1993). Function of proteoglycans in the extracel·lular matrix. Pathology International, 43 (6), 283-293.