Биологическая роль глюкозамина и хондроитина

Биологическая роль глюкозамина и хондроитина

Глюкозамин, образующийся в организме в виде глюкозамина 6-фосфата, является фундаментальным строительным блоком, необходимым для биосинтеза таких соединений, как гликолипиды, гликопротеины, гликозаминогликаны, гиалуронат и протеогликаны. В связи с этим глюкозамин - компонент клеточных мембран и клеточных поверхностных белков, а также промежуточных структурных молекул, соединяющих клетки. Непосредственно или косвенно глюкозамин играет роль в формировании суставных поверхностей, сухожилий, связок, синовиальной жидкости, кожи, костной ткани, ногтей, клапанов сердца, кровеносных сосудов и слизистой оболочки пищеварительного, дыхательного и мочевого тракта.

Соединительная ткань состоит главным образом из коллагена и протеогликанов. Последние обеспечивают каркас для коллагена и удерживают воду, увеличивая эластичность и сопротивление сжатию, которые необходимы, чтобы противодействовать физическому напряжению. Строительными блоками для коллагена являются такие аминокислоты, как пролин, глицин и лейцин, в то время как для всех протеогликанов - аминосахара. Глюкозамина 6-фосфат - строительный блок, предшественник, необходимый для дальнейшего синтеза аминосахаров. Для образования галактозамина, N-ацетилгликозамина и хондроитин сульфата необходим глюкозамина 6-фосфат (рис. 1). Гиалуроновая кислота, основа протеогликанов, также нуждается в глюкозамина 6-фосфате для ее синтеза.

Суставной хрящ состоит из клеток, встроенных в матрицу волокнистого коллагена в пределах сконцентрированного водного протеогликанового геля. Целостность этой матрицы определяет биомеханические свойства суставного хряща. Протеогликаны - большие макромолекулы, состоящие из белкового ядра, к которому присоединены множественные цепи гликозаминогликанов и олигосахаридов. Хондроитин сульфат - важный класс гликозаминогликанов, необходимых для формирования протеогликанов, найденных в суставном хряще.

Первичная биологическая роль глюкозамина непосредственно обусловлена его способностью стимулировать биосинтез гликозаминогликанов и гиалуроновой кислоты, необходимых для формирования протеогликанов, находящихся в структурной матрице сустава. Хондроитин сульфат обеспечивает дополнительный субстрат для формирования здоровой суставной матрицы.

Синтез глюкозамина 6-фосфата начинается со структурной перестройки глюкозы-6-фосфата в фруктозу-6-фосфат, чтобы облегчить взаимодействие с аминокислотой глутамином. Фермент глюкозаминсинтетаза облегчает перемещение амидной группы (NH₃) от глутамина к фруктозе-6-фосфату. Фермент изомеризирует это соединение, чтобы сформировать глюкозамина 6-фосфат. Образовавшаяся молекула является предшественником всех гексозаминов и их производных. Глюкозамина 6-фосфат затем ацетилируется коэнзимом А, что приводит к формированию N-ацетилгликозамина, который может впоследствии быть преобразован в N-ацетилгалактозамин или N-ацетилманнозамин.

Хондроитин сульфат, дерматан-, кератан-, гепарансульфат и гепаран являются соединениями, классифицируемыми как гликозаминогликаны. Хондроитин сульфат сформирован прежде всего из объединения чередующихся остатков сульфатированных и/или несульфатированных глюкуроновой кислоты и N-ацетилгалактозамина в полисахаридные цепи. Хотя хондроитин сульфаты часто упоминаются как гомогенная субстанция, их полисахаридные цепи состоят из нескольких уникальных, но структурно подобных дисахаридов, среди которых наиболее часто встречаются хондроитин сульфат А (хондроитин-4-сульфат) и хондроитин сульфат С (хондроитин-6-сульфат). Из-за биохимического разнообразия дисахаридов (связанного с числом и положением групп сульфата и процентом подобных дисахаридов), включенных в первичную структуру цепи полисахарида, хондроитин сульфат - гетерогенная группа соединений, имеющих различную молекулярную массу и удельный вес. Эта способность иметь подобную, но переменную первичную структуру позволяет хондроитин сульфату специализировать биологические функции в пределах живого организма.

Хондроитин сульфаты являются компонентом протеогликанов. Протеогликаны - макромолекулы (гигантские молекулярные комплексы), содержащие много молекул гликозаминогликанов (некоторые из которых - хондроитин сульфат), прикрепленные к длинной цепи гиалуроновой кислоты (гиалуроната).

Одна из первичных физиологических ролей глюкозамина - стимуляция синтеза веществ, необходимых для надлежащей суставной функции. В экспериментальных исследованиях доказано, что глюкозамин стимулирует синтез протеогликанов, ингибирует их деградацию и стимулирует регенерацию хряща после экспериментально вызванного повреждения (табл. 3).

Таблица 3.
Фармакологические свойства глюкозамина сульфата

Механизм действия хондроитин сульфата подобен таковому глюкозамина, так как он может также обеспечить субстрат для синтеза протеогликанов. В условиях эксперимента глюкозамины гидрохлорид, гидройодид и сульфат способствовали существенному увеличению количества гликозаминогликанов во внеклеточном матриксе хряща. Хотя хондроитин сульфат также способен положительно влиять на метаболизм гликозаминогликанов, его эффект был менее значимым.

=================
Вы читаете тему:
Остеоартроз: современные принципы лечения

1. Остеоартроз и механизмы его развития.
2. Клинические проявления остеоартроза и принципы лечения.
3. Биологическая роль глюкозамина и хондроитина.
4. Глюкозамин и хондроитин в лечении остеоартроза.

Поворознюк В. В. Институт геронтологии АМН Украины, г. Киев.
Опубликовано: "Медицинская панорама" № 11, декабрь 2004.