Гликобиология

Гликобиология — новая научная дисциплина, основанная на фундаментальных исследованиях в области биохимии и молекулярной биологии. Гликобиология изучает строение, биологический синтез и биологическую роль гликанов. Гликаны являются неотъемлемой частью всего живого и встречаются в природе повсюду.⁽¹⁾⁽²⁾

В биологии выделяют 4 основных группы макромолекул: ДНК, белки, жиры и гликаны, то есть углеводы. Гликаны⁽³⁾ имеют особые свойства, они отличаются очень большим молекулярным разнообразием, они могут быть олигомерными или полимерными, линейными или очень разветвленными, их мономеры могут образовывать между собой самые различные соединения.

Гликом

Гликом — это своеобразный паспорт, отражающий совокупность гликозидных комплексов организма. Можно также говорить о гликоме органа или гликоме клетки определенного типа. Гликом гораздо сложнее протеома, поскольку составляющие его базовые элементы отличаются большим разнообразием строения, а также обладают множеством возможностей для взаимодействия и образования соединений.

Гликаны⁽⁴⁾

Поскольку гидроксильные группы (-OH) моносахаридов имеют пространственную ориентацию, моносахариды способны образовывать разнообразные стереоизомеры. Положение гидроксильных групп обуславливает характер связей между сахаридами. Гидроксильные группы могут заменяться другими соединениями: карбоксилами, аминами или N-ацетилами.

Гликаны обычно делят на 4 основные группы:

• моносахариды, такие как глюкоза, галактоза и фруктоза. Это простые молекулы, не вступающие в реакцию гидролиза и образующие кристаллы.
• дисахариды, такие как мальтоза, лактоза и сахароза.
• олигосахариды и полисахариды с повторяющимися звеньями, скрепленными гликозильными мостами, могут образовывать линейные или разветвленные соединения и в большинстве случаев подвержены гидролизу.
• сложные олигосахариды с неповторяющимися звеньями, связанные, как правило, белками или жирами.

До недавнего времени считалось, что гликаны являются поставщиками энергии и играют роль «строительного материала». Всего несколько лет назад биологи начали более подробно изучать гликаны, их структуру и их роль в жизнедеятельности организмов. На данный момент известно, что гликаны, связанные с белками и жирами и расположенные на поверхности клеток, участвуют в межклеточном обмене. В частности, именно гликаны контролируют распределение белков и обеспечивают отличие одной клетки от другой внутри живого организма.

Гликобиология и медицина⁽⁵⁾

Уже имеющиеся на рынке лекарства, такие как гепарин, эритропоэтин и некоторые антигриппозные препараты, оказались эффективными и заставляют рассматривать гликаны в качестве нового класса медикаментов. Кроме того, ученые, занятые поиском новых средств для борьбы с раком, считают, что гликобиология открывает перед ними новые возможности ⁽⁶⁾. Противораковые, противовоспалительные и противоинфекционные средства с новыми механизмами воздействия находятся сегодня в стадии клинических испытаний. Они могут улучшить или дополнить существующие терапевтические методы.

Несмотря на то, что молекулы гликанов обладают очень сложной структурой и их по-прежнему очень трудно синтезировать и воспроизвести, эта новая область исследований внушает большие надежды на будущие результаты.

Гликобиология и кожа

Гликобиология, которая начала быстро развиваться благодаря последним технологическим достижениям, способна дать нам более глубокое понимание причин старения кожи.

Теперь уже полностью доказано, что гликаны являются главными веществами в составе кожи и играют основную роль в её гомеостазе. Это обусловлено тем, что:

• Гликаны играют ключевую роль в процессе молекулярного и клеточного узнавания, в частности, они находятся на поверхности клеток и передают биологические сигналы⁽⁷⁾,
• Гликаны участвуют в клеточном метаболизме: синтезе, делении, дифференциации и др.
• Гликаны необходимы для построения структуры и архитектуры тканей,

Гликаны необходимы для правильной жизнедеятельности кожи, с возрастом они претерпевают качественные и количественные изменения ⁽⁸⁾. Метаболизм и скорость передачи сигналов снижаются, структура кожи разрушается.

Библиография

• Varki A, Cummings R, Esko J, Freeze H, Stanley P, Bertozzi C, Hart G, Etzler M (2008). Essentials of glycobiology. Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2nd edition. ISBN 0-87969-770-9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=glyco2.
• Varki A, Cummings R, Esko J, Freeze H, Hart G, Marth J (1999). Essentials of glycobiology. Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 0-87969-560-9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.TOC&depth=2.
• Rademacher TW, Parekh RB and Dwek RA. (1988). «Glycobiology». Annu. Rev. Biochem. 57 (1): 785—838. doi:10.1146/annurev.bi.57.070188.004033. PMID 3052290.
• Olden K, Bernard BA, Humphries M et al. (1985).Function of glycoprotein glycans T.I.B.S., February, 78-82.
• Pohlmann, La glycobiologie, une nouvelle arme pour la médecine ?, Документальный фильм канала Arte, ZDF, 2007. 43 мин. http://video.google.com/videoplay?docid=-7663079290156002221#
• https://web.archive.org/web/20130530025337/http://falling-walls.com/lectures/peter-seeberger/
• Faury, G.,Ruszova,E.,Molinari,J.,Mariko,B.,Raveaud,S.,Velebny,V.,Robert,L., The alpha-1-rhamnose recognizing lectin site of human dermal fibrolasts functions as a signal transducer. Modulation of Ca++ fluxes and gene expression. Biochim.Biophys.Acta, 2008, 1780,1388-1394.
• Jang-Hee Oh, Yeon Kyung Kim, Ji-Yong Jung, Jeong-eun Shin, Jin Ho Chung, Changes in glycosaminoglycans and related proteoglycans in intrinsically aged human skin in vivo Experimental Dermatology, 2011