Proteoglikan merupakan komponen penting dari matriks ekstraseluler dalam jaringan hewan, misalnya dalam jaringan tulang rawan. Mereka juga terlokalisasi pada permukaan sel dan dalam granula sekretori intraseluler.
Proteoglikan membentuk kelas glikoprotein glikosilasi sangat kuat – makromolekul yang terbuat dari protein dan satu atau lebih kelompok karbohidrat yang terikat secara kovalen. Dalam kasus proteoglikan, rantai sampingnya adalah glikosaminoglikan (GAG). Ini adalah kelompok karbohidrat linear panjang yang terbuat dari pengulangan disakarida.
Karbohidrat membentuk sekitar 95% dari massa molar proteoglikan, berbeda dengan glikoprotein, yang kandungan proteinnya melebihi kandungan karbohidrat.
Proteoglikan adalah jenis molekul yang ditemukan di jaringan ikat tubuh. Jaringan ikat adalah jaringan fibrosa yang menyediakan dukungan untuk struktur tubuh lainnya.
Proteoglikan membuat bagian utama dari matriks ekstraseluler, bahan antara sel-sel yang memberikan dukungan struktural. Tidak seperti dalam jaringan tubuh lainnya, matriks ekstraseluler adalah bagian paling penting dari jaringan ikat.
Apa itu Proteoglikan
Proteoglikan (mukoprotein) terbentuk dari glikosaminoglikan (GAG) yang secara kovalen melekat pada protein inti.
Proteoglikan ditemukan di semua jaringan ikat, matriks ekstraseluler (ECM) dan pada permukaan banyak jenis sel. Proteoglikan luar biasa untuk keanekaragamannya (inti yang berbeda, jumlah GAG yang berbeda dengan berbagai lenghts dan komposisi).
Glikosaminoglikan yang membentuk proteoglikan adalah heteropolisakarida yang paling melimpah di dalam tubuh. Mereka adalah molekul panjang bercabang panjang yang mengandung unit disakarida berulang. Biasanya satu gula adalah asam uronat (baik D-glukuronat atau L-iduronat) dan lainnya adalah GlcNAc atau GalNAc. Satu atau kedua gula mengandung gugus sulfat (satu-satunya pengecualian adalah asam hialuronat).
GAG bermuatan sangat negatif apa yang penting untuk fungsi mereka.
Proteoglikan adalah glikoprotein berat glikosilasi. Ini berarti bahwa mereka adalah protein dengan rantai polisakarida, semacam karbohidrat, terpasang.
Jenis tertentu dari polisakarida proteoglikan yang melekat disebut glikosaminoglikan (GAG). Proteoglikan yang bermuatan negatif karena adanya sulfat dan asam uronat. Rantai GAG proteoglikan dapat dibuat dari kondroitin sulfat, dermatan sulfat, heparin sulfat, sulfat heparan atau keratan sulfat.
Selain jenis GAG yang mereka bawa, proteoglikan dapat dikategorikan berdasarkan ukuran. Molekul yang besar termasuk aggrekan, komponen penting dari tulang rawan, dan versikan, yang ditemukan pada kulit dan pembuluh darah.
Molekul-molekul kecil yang hadir dalam berbagai jaringan ikat meliputi dekorin, biglikan, fibromodulin, dan lumikan. Karena mereka adalah bermuatan negatif, proteoglikan juga membantu untuk menarik ion positif, atau kation, kalsium, kalium dan natrium. mereka juga mengikat air, dan membantu dalam pengangkutan air dan molekul-molekul lain melalui matriks ekstraseluler.
Semua komponen proteoglikan disintesis dalam sel. Bagian protein disintesis oleh ribosom, yang membuat protein dari asam amino. Protein kemudian pindah ke endoplasma kasar (REk). Hal ini glikosilasi di badan Golgi, organel lain, dalam beberapa langkah.
Pertama, tetrasakarida terhubung dengan polisakarida dapat tumbuh melekat ke protein. Kemudian, gula ditambahkan satu persatu. Setelah proteoglycan selesai, itu meninggalkan sel melalui sekresi vesikula, dan memasuki matriks ekstraseluler.
Sekelompok gangguan genetik metabolik yang dikenal sebagai mucopolysaccharidoses yang ditandai oleh ketidakmampuan untuk memecah proteoglikan karena Absen atau enzim lisosomal rusak. Gangguan ini menyebabkan penumpukan proteoglikan dalam sel.
Tergantung pada jenis proteoglikan diizinkan untuk membangun, mucopolysaccharidoses dapat menyebabkan gejala mulai dari perawakan pendek dan hiperaktif pertumbuhan tulang abnormal dan keterbelakangan mental.
Konstruksi dan struktur
Karakteristik dari keluarga yang sangat heterogen dari proteoglikan adalah rantai glikosaminoglikan polyanionik (rantai GAG) yang terikat secara kovalen dengan filamen protein pusat. Ini terdiri dari rantai polisakarida yang tidak bercabang yang terikat secara kovalen dengan filamen pusat melalui senyawa tetrasakarida yang khas. Rantai polisakarida terutama terdiri dari unit disakarida berulang dari aminosugar (N-acetylglucosamine dan N-acetylgalactosamine) dan biasanya asam uronat. Glikosaminoglikan dihubungkan dengan inti protein dalam peralatan Golgi. Senyawa tetrasakarida yang didefinisikan terkait dengan rantai samping serin. Rantai samping serin bertindak sebagai “benih” untuk polimerisasi bertahap GAG di pinggiran.
Asam hialuronat pusat telah mengikat hingga 100 protein inti, yang pada gilirannya masing-masing mengikat sekitar 50 rantai keratan sulfat (dengan hingga 250 unit disakarida) dan sekitar 100 rantai kondroitin sulfat (dengan hingga 1.000 unit disakarida).
Seperti glikosaminoglikan, proteoglikan juga membentuk struktur yang relatif kaku dengan konformasi besar. Bahkan jika fraksi massa mereka dalam matriks ekstraseluler tidak terlalu besar, mereka memiliki kebutuhan ruang yang sangat besar. Proteoglikan sangat hidrofilik dan bermuatan negatif pada pH fisiologis karena gugus asam yang terdeprotonasi. Akibatnya, mereka mengikat kation untuk diri mereka sendiri dengan kerang air yang banyak. Dengan cara ini, proteoglikan membentuk massa ekstraseluler seperti gel di mana protein serat dimasukkan. Air hanya dapat ditekan keluar dari massa di bawah tekanan sampai kepadatan muatan polimer meningkat sedemikian rupa sehingga kompresi lebih lanjut oleh kekuatan elektrostatik yang saling berlawanan dapat dicegah.
Mereka juga sering disebut sebagai mucopolysaccharides asam.
Peran proteoglikan dan glikosaminoglikan
Mereka melakukan banyak fungsi vital di dalam tubuh.
Fungsi dependen GAG dapat dibagi menjadi dua kelas: biofisik dan biokimia.
Fungsi biofisik tergantung pada sifat unik GAG: kemampuan untuk mengisi ruang, mengikat dan mengatur molekul air dan mengusir molekul bermuatan negatif. Karena viskositas tinggi dan kompresibilitas rendah, mereka ideal untuk cairan pelumas pada sambungan. Di sisi lain, kekakuannya memberikan integritas struktural pada sel dan memungkinkan migrasi sel karena menyediakan jalan masuk antar sel.
Misalnya jumlah besar kondroitin sulfat dan keratan sulfat yang ditemukan pada aggrecan memainkan peran penting dalam hidrasi tulang rawan. Mereka memberi kartilago sifat seperti gel dan tahan terhadap deformasi.
Aggrekan adalah salah satu proteoglikan ekstraseluler yang paling penting. Ini membentuk agregat yang sangat besar (agregat tunggal adalah salah satu makromolekul terbesar yang diketahui; panjangnya bisa lebih dari 4 mikron). Molekul aggrekan terikat secara kovalen dengan molekul panjang hyaluronan. Ini difasilitasi oleh protein penghubung. Untuk setiap protein inti aggrecan, beberapa rantai kondroitin sulfat dan keratan sulfat secara kovalen dilekatkan melalui penghubung trisakarida
Yang lain, lebih banyak fungsi biokimia GAG dimediasi oleh pengikatan spesifik GAG ke makromolekul lain, sebagian besar protein. Proteoglikan berpartisipasi dalam pengembangan dan fisiologi sel dan jaringan.
Fungsi
Proteoglikan adalah komponen utama dari matriks ekstraseluler hewan, yang menstabilkan antara sel-sel suatu organisme. Di sini mereka membentuk kompleks besar, baik dengan proteoglikan lain dan dengan asam hialuronat, serta dengan protein serat seperti kolagen. Mereka juga terlibat dalam pengikatan kation dan mengatur pergerakan molekul melalui matriks. Ada bukti bahwa mereka dapat mempengaruhi aktivitas dan stabilitas protein dan memberi sinyal molekul dalam matriks. Fungsi proteoglikan sebagian dapat dikaitkan dengan inti protein atau rantai GAG terlampir.
Proteoglikan dapat bertindak sebagai reseptor inti untuk faktor pertumbuhan seperti mis. B. bertindak faktor pertumbuhan fibroblast (FGF) dan hormon lainnya. Inhibitor protein seperti antitrombin juga dapat digunakan sebagai “stasiun dok”.
Sintesis
Komponen protein dari proteoglikan disintesis oleh ribosom dan ditranslokasi ke dalam lumen retikulum endoplasma kasar. Glikosilasi proteoglikan terjadi pada peralatan Golgi dalam beberapa langkah enzimatik. Pertama, rantai tetrasakarida khusus dilekatkan pada rantai samping serin pada protein inti untuk berfungsi sebagai primer untuk pertumbuhan polisakarida. Kemudian gula ditambahkan satu per satu dengan transferase glikosil. Proteoglikan yang lengkap kemudian diekspor dalam vesikel sekretori ke matriks ekstraseluler jaringan.
Signifikansi klinis
Ketidakmampuan untuk memecah proteoglikan adalah karakteristik dari sekelompok kelainan genetik, yang disebut mucopolysaccharidosis. Ketidakaktifan enzim lisosom spesifik yang biasanya mendegradasi glikosaminoglikan menyebabkan akumulasi proteoglikan di dalam sel. Ini mengarah ke berbagai gejala penyakit, tergantung pada jenis proteoglikan yang tidak terdegradasi. Mutasi pada gen yang mengkode galactosyltransferase B4GALT7 menghasilkan pengurangan substitusi dari proteoglikan dekorasi dan biglycan dengan rantai glikosaminoglikan, dan menyebabkan bentuk spondylodysplastic dari sindrom Ehlers-Danlos.