Hyaluronsäure

Hyaluronsäure (nach neuerer Nomenklatur Hyaluronan, Abkürzung HA) ist ein Glykosaminoglykan, das einen wichtigen Bestandteil des Bindegewebes darstellt und auch eine Rolle bei der Zellproliferation, Zellmigration und Metastasenbildung

bei einigen Krebserkrankungen spielt.

Funktionen


Hyaluronsäure ist ein Bestandteil der extrazellulären Matrix (EZM) von Wirbeltieren.

Es liegt in vielerlei Geweben als langkettiges, lineares Polysaccharid vor und erfüllt viele Funktionen, wobei die zahlreichen verschiedenen chemisch-physikalischen Eigenschaften dieser Verbindung eine Rolle spielen. Nicht selten erreichen die einzelnen Ketten eine molare Masse von mehreren Millionen atomaren Masseneinheiten.

Mechanische Funktionen

Die Hyaluronsäure besitzt die Fähigkeit, relativ zu ihrer Masse sehr große Mengen an Wasser zu binden (bis zu sechs Liter

Wasser pro Gramm). Der Glaskörper des menschlichen Auges z. B. besteht zu 98 Prozent aus Wasser, das an nur zwei Prozent Hyaluronsäure gebunden ist.


Druckbeständigkeit

Wasser ist wenig komprimierbar und gibt diese Eigenschaft auch an hyaluronsäurehaltiges Gewebe weiter, in dem, wie oben erwähnt, sehr viel Wasser gebunden werden kann. Dies gilt allgemein für große Teile des Bindegewebes.

Eine besondere Bedeutung hat diese Tatsache während der Embryonalentwicklung, wenn feste Strukturen noch nicht entwickelt sind. Ein weiteres bekanntes Beispiel ist der Nucleus pulposus, der Gallertkern der Bandscheiben, der so große Teile des Körpergewichts tragen kann.

Schmiermittel

Die Hyaluronsäure ist Hauptbestandteil der Synovia (Gelenkflüssigkeit) und wirkt als Schmiermittel bei allen Gelenkbewegungen. Sie zeichnet sich hier zusätzlich durch strukturviskose Eigenschaften aus: Ihre Viskosität verändert

sich mit einwirkenden mechanischen Kräften, genauer nimmt die Viskosität ab, je stärker die Scherkräfte werden.

Zudem ist sie zwar flüssig, aber durch ihre hochmolekulare Gestalt viskos genug, dass sie nicht wie Wasser aus dem Gelenk herausgepresst wird. Zudem „haftet“ sie durch chemische Wechselwirkungen und die äußere Form besonders gut am

Knorpel des Gelenks.

Wirken nun im Anfang einer Bewegung, zum Beispiel im Kniegelenk bei Absprung oder beim Stehen, starke Druckkräfte auf ein Gelenk, knäulen sich die Moleküle zu Kugeln zusammen und hängen wie in einem Kugellager an der Knorpeloberfläche. Wenn aber eine schnelle Scherbewegung nötig ist, so zum Beispiel beim Lauf, wird die Zähigkeit der Hyaluronsäure wegen ihrer Strukturviskosität herabgesetzt und die Reibung verringert.

Freihalten von Wegen

Für wandernde Zellen hält die Hyaluronsäure die „Verkehrswege“ frei. Durch Erweiterung der Zellzwischenräume (Abstände zwischen den Zellen) wird die Migration (Wanderung) der Zellen unterstützt.

Biochemische Funktion

Während sich die bisher genannten Funktionen auf frei vorliegende Hyaluronsäure beziehen, ist sie auch an der Bildung weiterer, noch größerer Riesenmoleküle beteiligt, den Proteoglykanen. Insbesondere verknüpft sie bestimmte Proteoglykane (Aggrecan im hyalinen Knorpel) zu riesigen Proteoglykan-Aggregaten.


Funktion im Gehirn

Neben wichtiger Strukturfunktion im Gehirn konnte gezeigt werden, dass Hyaluronan den Wiederaufbau von Markscheiden um Axone (Remyelinisierung)
verhindern kann. Diese inhibitorische Funktion scheint vor allem bei der Multiplen Sklerose eine Rolle zu spielen.[4]

Interaktion mit Rezeptoren

Eine Reihe von Zelloberflächenrezeptoren interagieren mit Hyaluronsäure und lösen bestimmte Reaktionen der Zelle aus,

vor allem dieZellteilung und die Wanderung. In der Embryonalentwicklung sind diese Stimulationen notwendig, bei Kontakt mit Tumorzellen können sie allerdings auch entsprechend für den Organismus nachteilige Auswirkungen haben.

Antikarzinogene Wirkung bei Nacktmullen

Nacktmulle werden bis zu 30 Jahre alt und entwickeln praktisch keine Tumoren. Langkettige Hyaluronsäure ist als Ursache erkannt. Es wird angenommen, dass die Tiere diese zur Pflege ihrer Haut bilden. Dabei wird angenommen, dass die krebsverhindernde Eigenschaft ein Nebeneffekt sei. Die normale, kürzere Version der Hyaluronsäure wird am Menschen angewendet und ist gut verträglich. Die langkettige ist nicht erprobt.


Chemischer Aufbau

Die Hyaluronsäure ist eine makromolekulare Kette aus Disacchariden, die wiederum aus je zwei Glucosederivaten bestehen: D-Glucuronsäure und N-Acetyl-D-glucosamin. Beide unterscheiden sich von der β-D-Glucose nur durch eine Substitution am sechsten beziehungsweise am zweiten Kohlenstoffatom. Im Disaccharid wird die Glucuronsäure glykosidisch β(1→3) an das N-Acetyl-D-glucosamin geknüpft, das wiederum mit der nächsten Glucuronsäure in der polymeren Kette glykosidisch β(1→4) verbunden ist. Eine Kette besteht typischerweise aus 250 bis 50.000 Disaccharideinheiten.
In neutraler wässriger Lösung bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen hauptsächlich zwischen den Carboxyl- und den N-Acetylgruppen aus.

Biosynthese

Im Gegensatz zu allen anderen Glykosaminoglykanen wird die Hyaluronsäure nicht im endoplasmatischen Retikulum oder Golgi-Apparat zusammengesetzt, sondern von integralen Membranproteinen. Von diesen HA-Synthasen besitzen Wirbeltiere drei Typen, HAS1, HAS2 und HAS3.
Diese Enzyme übertragen in der Zelle die wachsende Kette auf immer neue Monosaccharidbausteine, die so immer länger wird und durch ABC-Transporter durch die Membran aus der Zelle heraustransportiert wird. Dies gilt nicht für alle HA-Synthasen.



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