葡糖胺聚糖是形成
关节软骨组织与关节间润滑物质的重要原料,提供关节润滑与保护的功能,并有抑制自由基生成,攻击关节的生理活性。
葡糖胺聚糖(GAGs)是由重复的双糖单元组成的无分枝的多糖链。在重复的双糖中,两种糖中的其中一种总是氨基糖(N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰半乳糖),在大多数情况下是被硫酸化的。另一种通常是糖醛酸。因为它们的大部分糖上都有硫酸盐或者羧基,葡糖胺聚糖带有很高的负电荷。事实上,它们是动物细胞产生的负电荷最多的分子。葡糖胺聚糖主要分为四大类:(1)透明质酸,(2)硫酸软骨素和硫酸皮肤素,(3)硫酸肝素,(4)硫酸角蛋白。主要由它们糖-糖之间的连接类型以及硫酸盐基团的数量和位置来区分。
透明质酸(玻尿酸)是一种相对简单的葡糖胺聚糖。它由一条长链组成,由多达25000个重复的双糖单元组成,每个单元都带有一个负电荷。和其它葡糖胺聚糖一样,每个双糖单位中的一个糖单体是氨基糖。透明质酸在成年动物的所有组织和液体中以不同数量存在,在早期胚胎中尤其丰富。透明质酸并不是一个典型的葡糖胺聚糖,因为它不含硫酸糖,而且它所有的双糖单位都是相同的。同时,它的链长度巨大,而且通常不与任何核心蛋白共价连接。此外,其它葡糖胺聚糖是在细胞内合成并通过胞外分泌释放的,而透明质酸是通过嵌入细胞膜的酶复合物直接从细胞表面旋出的。
由于多聚糖链太硬以及它们的强亲水性,葡糖胺聚糖无法折叠成紧凑的球状结构,相反,它们更倾向于采用高度扩展的构象,这种构象相对于其质量来说占据了巨大的体积,因此,即使在非常低的浓度下,葡糖胺聚糖也能形成水合凝胶。
在结缔组织中,葡糖胺聚糖的质量通常小于蛋白质质量的10%,细胞外基质几乎完全由胶原蛋白组成,但葡糖胺聚糖占据了大部分细胞外空间。因此葡糖胺聚糖在结缔组织的细胞外基质中起着有效的“空隙填充物”的作用。它们的高密度负电荷吸引了大量的阳离子,尤其是渗透活性高的钠离子,导致大量的水被吸入基质,这就产生了膨胀压力,而这种压力可以通过与蛋白聚糖交织的胶原纤维的张力来平衡。这种基质坚韧、有弹性、抗压缩。例如,排列在膝关节上的软骨基质可以以这种方式承受数百个大气压的压力。
葡糖胺聚糖合成缺陷会影响许多不同的身体系统。例如,在一种罕见的人类遗传病中,存在一种严重的合成硫酸皮肤素缺陷的疾病,受影响的个体身材矮小,提前衰老,皮肤、关节、肌肉和骨骼普遍存在缺陷。