Karbohidrat adalah biopolimer yang terdiri dari unit monomer yang disebut monosakarida.
Berdasarkan jumlah unit monosakarida, karbohidrat dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis.
- Monosakarida: unit monomer tidak dapat dihidrolisis lebih lanjut.
- Oligosakarida: hidrolisis oligosakarida menghasilkan 2-10 unit monosakarida.
- Polisakarida: mereka terdiri dari 10-100 atau lebih dari unit monosakarida tersebut.
Polisakarida adalah karbohidrat kompleks yang terdiri dari beberapa monosakarida dengan struktur lain. Mereka juga disebut glikan karena unit monosakarida dihubungkan dengan ikatan glikosidik.
Polisakarida besar, molekul bercabang yang sering tidak larut dalam air, amorf di alam, dan karbohidrat non-manis. Pati, selulosa, glikogen, dan kitin adalah contoh terbaik dari polisakarida.
Glikogen dan pati terdiri dari unit glukosa. Di luar itu, pati bertindak sebagai bentuk penyimpanan pada tanaman, tidak larut dalam air dan dicerna dengan amilase. Glikogen adalah bentuk penyimpanan pada hewan.
Selulosa adalah komponen struktural utama pada tumbuhan, dan tidak dapat dicerna oleh manusia. Polisakarida lain seperti permen karet xanthan hadir dalam kapsul bakteri.
Polisakarida dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis:
- Homopolisakarida
- Heteropolisakarida
Homopolisakarida terdiri dari jenis unit monosakarida yang sama sedangkan heteropolisakarida memiliki jenis monosakarida yang berbeda. Rumus umum polisakarida adalah Cn (H2O) n-1, di mana n adalah bilangan antara 200 dan 2500.
Karakteristik glikosaminoglikan
- Glikosaminoglikan adalah polisakarida tidak bercabang panjang yang terdiri dari unit disakarida berulang dan juga disebut GAG atau mukopolisakarida karena sifat kental dan pelumasnya, seperti pada sekresi lendir.
- Mereka terdiri dari inti protein yang diproduksi di retikulum endoplasma dan dimodifikasi pasca-translasi oleh badan Golgi. Disakarida dari glikosaminoglikan menambah inti protein dan membentuk proteoglikan.
- Mereka sangat penting untuk kehidupan dan komponen penting dari jaringan ikat.
- Rantai GAG mengikat secara kovalen dengan protein lain seperti kemokin, sitokin, morfogen, faktor pertumbuhan, enzim, dan molekul adhesi dan membentuk proteoglikan.
- Mereka ditemukan dalam kolagen dan elastin dan air melekat pada GAG, memungkinkan resistensi terhadap tekanan.
- Oleh karena itu, dalam larutan berair GAG, selama kompresi, air dikeluarkan dan GAG dipaksa untuk menempati volume yang lebih kecil. Saat kompresi dihilangkan, mereka mendapatkan kembali volume terhidrasi aslinya karena tolakan yang timbul dari muatan negatifnya.
- Unit berulang glikosaminoglikan terdiri dari unit disakarida; unit monosakarida adalah cincin gula karbon heksosa atau asam heksuronat yang selanjutnya terikat pada heksosamin; nitrogen yang mengandung enam gula karbon dan satu (atau keduanya) unit monosakarida mengandung setidaknya satu gugus sulfat atau karboksilat bermuatan negatif.
- Glikosaminoglikan terlibat dalam berbagai fungsi ekstraseluler dan terkadang intraseluler. Contohnya; Heparin adalah glikosaminoglikan yang mengandung muatan negatif bersih tertinggi disakarida dan bertindak sebagai zat antikoagulan alami.
- Ini dapat mengikat kuat antitrombin III (protein yang terlibat dalam penghentian proses pembekuan) dan menghambat pembekuan darah. Contoh lain adalah molekul hialuronat terdiri dari sekitar 25.000 unit disakarida dengan berat molekul hingga 107.
- Mereka adalah komponen penting dari humor vitreous di mata dan cairan sinovial, yang merupakan cairan pelumas untuk sendi tubuh.
- Kerattan sulfat dan kondroitin juga merupakan contoh glikosaminoglikan yang ditemukan dalam jaringan ikat seperti tulang rawan dan tendon.
- Demikian pula dermatan sulfat merupakan komponen matriks ekstraseluler kulit. Di luar glikosaminoglikan ini, asam hialuronat tidak terikat pada inti protein, sementara tiga kondroitin sulfat lainnya, dermatan sulfat, dan Heparan sulfat terhubung ke proteoglikan melalui residu serin.
Struktur glikosaminoglikan
Umumnya, glikosaminoglikan adalah polisakarida linier bermuatan negatif yang mungkin atau mungkin tidak sulfat dan memiliki berat molekul sekitar 10-100 kilodalton.
Atas dasar unit struktur mereka dan hubungan antara unit disakarida; Mereka dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis.
- GAG non-sulfat: misalnya, asam hialuronat (HA).
- GAG tersulfat: misalnya; kondroitin sulfat (CS), dermatan sulfat (DS), keratan sulfat (KS), heparin, dan heparin sulfat (HS).
Ada daerah pengulangan disakarida dalam rantai glikosaminoglikan yang terdiri dari asam uronat seperti asam D-glukuronat atau asam L-iduronat dan gula amino seperti D-galaktosamin atau D-glukosamin. Semua glikosaminoglikan ini berbeda dalam jenis unit heksosamin, heksosa, atau asam heksuronat, serta dalam geometri ikatan glikosidik antara unit-unit ini.
Misalnya, dermatan sulfat dan kondroitin sulfat mengandung galaktosamin dan juga dikenal sebagai galaktosaminoglikan. Glikosaminoglikan lain seperti heparin sulfat dan heparin mengandung unit glikosaminoglikan dan dikenal sebagai glikosaminoglikan.
Kondroitin sulfat terdiri dari -D-glukuronat yang terikat pada karbon ketiga N-asetilgalaktosamin-4-sulfat dan heparin adalah campuran kompleks polisakarida linier yang memiliki sifat antikoagulan dan bervariasi dalam derajat sulfasi unit sakarida.
- Gula amino dalam glikosaminoglikan dapat disulfatkan pada C4 atau C6 atau nitrogen non-asetat.
- Tulang punggung gula GAG dapat disulfatkan pada berbagai posisi; oleh karena itu, satu oktasakarida dapat memiliki lebih dari 1.000.000 urutan sulfasi yang berbeda.
- Dalam unit berulang dari setiap spesies glikosaminoglikan, ada satu hingga dua atau 2 hingga 3 kemungkinan posisi sulfat dalam asam uronat dan gula amino, masing-masing.
- Karena posisi ini tidak selalu tersulfat, dapat ada 16 hingga 48 unit disakarida yang berbeda tergantung pada kombinasi posisi tersulfat.
Fungsi glikosaminoglikan
Glikosaminoglikan (GAG) berpartisipasi dalam banyak proses biologis melalui regulasi berbagai mitra proteinnya yang disebut proteoglikan. Keragaman struktural yang besar dari GAG membuat mereka dapat diakses untuk biokimia, biologi struktural dan pecaralan molekul dan membuatnya berguna dalam penemuan obat baru.
Fleksibilitas konformasi dan pola sulfasi yang mendasari GAG bertanggung jawab atas kompleksitas interaksi protein GAG. Empat molekul bermuatan negatif utama yang diproduksi dalam sel hewan adalah glikosaminoglikan (GAG), fosfolipid, dan asam nukleat, yaitu asam ribonukleat dan asam deoksiribonukleat.
Glikosaminoglikan bermuatan negatif melapisi permukaan sel hewan dan berinteraksi dengan ratusan molekul sinyal ekstraseluler. Karena kompleksitas strukturalnya, mereka telah diklaim sebagai biopolimer paling padat informasi yang ditemukan di alam.
Biomolekul ini terkait dengan data hewan transgenik dan knockout dari dekade terakhir yang memberikan bukti kuat. Saat ini, banyak proyek baru sedang berlangsung berdasarkan aplikasi yang berbeda dari glikosaminoglikan>. Beberapa di antaranya adalah sebagai berikut.
- Dalam regulasi pensinyalan FGF / FGFR.
- Aktivator dan penghambat sinyal FGF / FGFR berbasis GAG.
- GAG Dasar spesifisitas sendi pada rheumatoid arthritis.
- GAG serum dan proteoglikan sebagai biomarker untuk kanker paru-paru.
Asam hialuronat menunjukkan banyak peran penting dalam aktivitas sinyal selama morfogenesis embrionik, penyembuhan luka, dan penyakit paru dan pembuluh darah.
Ini juga bertindak sebagai pelumasan untuk sendi sinovial dan membantu pergerakan sendi, serta mengisi ruang, zat pembasah, dan penghalang aliran di dalam sinovium. Ini juga mempengaruhi perkembangan kanker dan melindungi permukaan tulang rawan.
CD44, yang diekspresikan pada permukaan hampir semua sel punca, termasuk sel punca kanker, bertindak sebagai reseptor utama untuk asam hialuronat. Interaksi asam hialuronat dengan dapat memediasi laminasi dan ekstravasasi leukosit di beberapa jaringan. Glikosaminoglikan lainnya, heparin pertama kali ditemukan pada tahun 1917 dan digunakan terutama untuk antikoagulasi.
Sifat antikoagulan GAG sulfat adalah karena kemampuannya untuk memperpanjang proses pembekuan darah, yang disebabkan oleh interaksi potensial GAG dengan inhibitor alami trombin, antitrombin III (AT-III), dengan hanya sepertiga dari semua rantai heparin. memiliki struktur yang diperlukan untuk pengikatan AT.
Glikosaminoglikan memainkan peran penting dalam pensinyalan dan perkembangan sel, angiogenesis, antikoagulasi, perkembangan tumor, pertumbuhan aksonal, dan metastasis. Mereka juga berpartisipasi dalam proliferasi sel karena mereka bertindak sebagai koreseptor untuk faktor pertumbuhan dari keluarga faktor pertumbuhan fibroblas.
Anggota keluarga faktor pertumbuhan fibroblas perlu berinteraksi dengan rantai heparin / HS dan menyadari potensi pensinyalan penuh mereka oleh reseptor afinitas tinggi.
Glikosaminoglikan tersulfat adalah komponen umum dalam berbagai jenis amiloid yang memainkan peran penting dalam patologi penyakit amiloid seperti amiloid A amiloidosis, penyakit prion, diabetes tipe 2, dan penyakit Parkinson.
Selama penyakit ini, akan ada deposisi di jaringan agregat fibrilar polipeptida. Glikosaminoglikan seperti Heparan sulfat dapat berikatan dengan peptida amiloidogenik in vitro dan in vivo untuk mendorong pembentukan fibril dan meningkatkan status penyakit.
Penyakit seperti penyakit inflamasi usus dan infeksi mikroba dan rheumatoid arthritis juga berhubungan dengan respon inflamasi dan banyak protein berperan dalam kaskade inflamasi yang mengarah ke aktivasi leukosit dan sel endotel dan akhirnya ekstravasasi leukosit dan migrasi leukosit ke inflamasi. jaringan.
Glikosaminoglikan seperti heparin bertindak sebagai ligan adhesi dalam ekstravasasi leukosit dan pembawa kemokin dan faktor pertumbuhan.