Муцин: биологический полисахарид¶
Муцин — это общий термин для обозначения семейства гликопротеинов, продуцируемых секреторными клетками слизистых оболочек многоклеточных организмов. Муцины формируют слизь — вязкую гидрофильную субстанцию, покрывающую эпителиальные поверхности дыхательных, пищеварительных, мочеполовых путей и других полых органов. Благодаря высокой гидратации и гелеобразующим свойствам муцины выполняют барьерные, смазывающие и защитные функции.
¶Химическая структура
Молекула муцина представляет собой сложный гликопротеин, состоящий из белкового (протеинового) ядра и присоединённых к нему углеводных цепей — олигосахаридов. Доля углеводного компонента может достигать 50–80 % массы молекулы. Олигосахаридные боковые цепи прикреплены к аминокислотам серину и треонину через O-гликозидные связи. Характерной особенностью муцинов является высокое содержание остатков серина, треонина и пролина, формирующих так называемые «муциновые домены» — повторяющиеся участки белкового скелета.
Углеводные цепи муцинов содержат ряд характерных моносахаридов: N-ацетилгалактозамин, галактозу, N-ацетилглюкозамин, фукозу и сиаловые кислоты. Концевые сиаловые кислоты придают молекулам отрицательный заряд, что обеспечивает их гидрофильность и способность удерживать большие объёмы воды. Молекулярная масса мономерных муцинов составляет от 200 до 500 кДа, а полимерные (гель-образующие) муцины, соединённые дисульфидными мостиками, могут достигать гигантских размеров — до 10⁹ Да.
¶Классификация
Муцины делятся на две основные группы:
- Секреторные муцины — выделяются экзокринными клетками (бокаловидными клетками) и образуют слизистый гель на поверхности эпителия. К ним относятся MUC5AC, MUC5B (дыхательные пути), MUC2 (кишечник), MUC6 (желудок).
- Трансмембранные муцины — встроены в клеточную мембрану и участвуют в межклеточном взаимодействии и сигналинге. К ним относятся MUC1, MUC3, MUC4, MUC16 и другие.
В настоящее время в геноме человека идентифицировано более 20 генов муцинов (MUC1–MUC21).
¶Функции
Основные биологические роли муцинов определяются их физико-химическими свойствами:
- Барьерная защита. Слизистый слой предотвращает прямой контакт эпителия с патогенами, токсинами, ферментами и механическими повреждениями.
- Смазывание. Муцины снижают трение между контактирующими поверхностями — например, между пищевым комком и стенкой пищевода.
- Увлажнение. Высокая гидратация слизи поддерживает нормальное функционирование эпителия дыхательных путей и роговицы глаза.
- Транспорт. В дыхательных путях муциново-реснитчатый аппарат обеспечивает мукоцилиарный клиренс — выведение инородных частиц и микроорганизмов.
- Регуляция сигналинга. Трансмембранные муцины участвуют в передаче клеточных сигналов и распознавании клеток.
¶Муцины в медицине и промышленности
¶Медицинское значение
Нарушение синтеза и структуры муцинов лежит в основе ряда заболеваний. При муковисцидозе (муковисцидозе) мутация гена CFTR приводит к нарушению транспорта ионов хлора, что изменяет реологические свойства слизи — она становится гипервязкой и трудноотделяемой, вызывая обструкцию дыхательных путей и поджелудочной железы. При хроническом бронхите и бронхиальной астме отмечается гиперсекреция муцинов. Изменения экспрессии трансмембранных муцинов, особенно MUC1 и MUC16, характерны для многих злокачественных опухолей — рака поджелудочной железы, яичников, молочной железы. Антиген CA-125, используемый в онкологической диагностике, представляет собой внеклеточный домен MUC16.
¶Промышленное и пищевое применение
Муцины морских беспозвоночных — гребешков, мидий, улиток — изучаются как источник биоактивных веществ с противовоспалительными и антимикробными свойствами. В пищевой промышленности родственные соединения — пищевые гидроколлоиды (пектин, каррагинан, гуаровая камедь) — используются как загустители и стабилизаторы.
¶Муцины растений
Термин «муцин» применяется и к слизистым веществам растительного происхождения. Слизь алоэ, семян льна, корней алтея содержит полисахариды и гликопротеины со сходными гидрофильными свойствами. Эти вещества используются в фармакологии как обволакивающие и противовоспалительные средства при воспалении слизистой оболочки желудка и кишечника.
¶См. также
- Слизь
- Гликопротеины
- Муковисцидоз
- Мукоцилиарный клиренс
¶Источники
- «Биохимия» под ред. В. П. Мержинского
- «Гликобиология» — R. D. Cummings, J. D. Esko
- Медицинская энциклопедия «Муковисцидоз: клиника, диагностика, терапия»
- Статьи в журнале «Glycobiology» о семействе муцинов человека