Proteoglykane

Proteoglykane bilden einen Hauptbestandteil der tierischen extrazellulären Matrix, bestehend aus Glykosaminoglykanen und Proteinen. Der Abbau erfolgt intrazellulär durch entsprechende Enzyme, deren Fehlen zur intrazellulären Speicherung der Substanzen führt (s.a. Mukopolysaccharidosen, hereditäre).

Proteoglykane sind für die Stabilisierung der Zellverbände eines Organismus von essenzieller Bedeutung. Proteoglykane formieren sich hierbei zu sehr großen Molekülkomplexen mit einem Molekulargewicht > 2 Millionen Dalton. Proteoglykane speichern in erheblicher Menge Wasser, wodurch die Diffusion der Nährstoffe ermöglicht wird. Weiterhin wird damit die Konsistenz der Haut (Hautturgor) entscheidend beeinflusst.

Heparansulfat-Glykosaminoglykane sind für die Speicherung und Freisetzung von Wachstumsfaktoren wie für FGFs und VEGFs zuständig.  

Im Allgemeinen sind Proteine, die innerhalb der Zellen ihre Funktion ausüben, nur in seltenen Fällen mit Kohlenhydratseitenketten verbunden. Chemisch handelt es sich bei den Proteoglykane um eine Klasse von Glykoproteinen. Sie bestehen zu etwa 95% aus Kohlenhydraten (Oligosaccharide) und zu 5% aus Proteinen. Hierbei binden die Kernproteine (Core-Proteine) bis > 100 Polysaccharidmoleküle (Glykosaminoglykanketten). Die Glykosaminoglykanketten, bestehen aus einer Folge sich wiederholenden Disaccharideinheiten, meistens aus einem Hexosamin und einer Glucuronsäure, die über o-glykosidische oder n-glykosidische Bindungen mit dem Core-Protein verbunden sind. Je nachdem, welche Glykosaminoglykanketten überwiegend gebunden werden, unterscheidet man:

• Chondroitinsulfat-Proteoglykane (z.B. Decorin)
• Heparansulfat-Proteoglykane (Glypican,  z.B. Syndecan - Heparansulfat/Chondroitinsulfat)
• Ketaransulfat-Proteoglykan (z.B. Fibromodulin)
• Dermatansulfat-Proteoglykane (Biglycan)

Weiterhin bilden Proteoglykane mit Kollagenfibrillen strukturelle Komplexe. Diese sind z.B. Hauptbestandteil von Knorpel und Schleim (im Knorpel stellen sie ca. 25–35 % des Trockengewichts dar). Der Polysaccharidanteil im hyalinen Knorpel besteht vorwiegend aus den Glykosaminoglykanen Hyaluronsäure, Chondroitinsulfaten und Keratansulfaten.

In der Haut spielen die Proteoglykane Biglykan (Chondroitin/Dermatansulfat), Decorin (Chondroitin/Dermatansulfat), Fibromodulin (Keratansulfat), Syndecane (Chondroitinsulfat/Heparan) u.a. eine wichtige Rolle.

Die Biosynthese der Proteoglykane beginnt im rauhen endoplasmatischen Retikulum mit der Synthese der Polypeptidkette. Ihre Glykosylierung erfolgt anschließend im Golgi-Apparat. Nach der Exozytose der Proteoglykane, kommt es im extrazellulären Raum zur Ausbildung von Proteoglykan-Aggregaten, riesigen Komplexen mit relativen Molekülmassen von nahezu 108. Proteoglykane können wegen der vielen polaren und sauren Gruppen im Molekül große Mengen an Wasser binden. Hierdurch wird die Diffusion der Nährstoffe ermöglicht.

Lösliche Proteoglykangemische werden in kosmetischen Rezepturen eingesetzt (s.u. "Soluble proteoglycane")