Hyaluronsyre er et produkt av animalsk opprinnelse, som er mye brukt i medisin og kosmetikk. Egenskapene til dette stoffet er ennå ikke fullt ut forstått, og dets effekt på menneskekroppen er lovende for å lage ny generasjons medisiner. Denne forbindelsen er aktivt involvert i prosessene med embryogenese, celledeling, deres differensiering og bevegelse under immunresponsen.
Oppdagelseshistorikk og terminologi
Hyaluronsyre ifølge formelen refererer til glykosaminoglykaner, hvis molekyler består av repeterende enheter som ikke inneholder sulfatgrupper. For første gang ble denne høymolekylære forbindelsen isolert fra glasslegemet til storfe. Først antok forskerne at stoffet bare var karakteristisk for pattedyr. Men i 1937 ble dette tilbakevist - det ble hentet fra et flytende medium der hemolytiske streptokokker ble dyrket. I 1954, i det britiske generelle vitenskapelige tidsskriftet Nature, ble det først publisertstrukturformel for hyaluronsyre.
Det vanlige navnet på stoffet er assosiert med historien om dets oppdagelse (eng. "hyaloid" - glasslegeme, "uronsyre" - uronsyre). I internasjonal kjemisk terminologi er det også navnet "hyaluronan", som kombinerer syren og dens s alter. Den kjemiske formelen for hyaluronsyre er: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
For øyeblikket er bruksområdet svært bredt: medisin, kosmetikk, apotek. Hyaluronsyre brukes som hoved- og hjelpestoff. Egenskapene til forbindelsen, oppdaget de siste årene, har store muligheter for bruk i fremtiden, så etterspørselen etter denne biopolymeren vokser stadig.
Bygning
Hyaluronsyreformelen er et typisk anionisk polysakkarid. Molekyler er forbundet i lange lineære kjeder. Beslektede stoffer - glukoseaminoglykaner - har et stort antall sulfaterte grupper. Dette forklarer dannelsen av forskjellige isomerer - forbindelser som er forskjellige i det romlige arrangementet av atomer. Deres kjemiske egenskaper er også forskjellige. Hyaluronsyre er, i motsetning til glykosaminoglykaner, alltid kjemisk identisk. Egenskapene avhenger ikke av fremgangsmåtene og typen kildemateriale.
Sammensetningen av hyaluronsyre inkluderer D-glukuronsyre og N-acetyl-D-glykosamin, som er forbundet med en beta-glykosidbinding og danner dens disakkaridenheter (glukopyranoseringer med en molekylvekt på ca. 450 Da). Antallet deres i molekylene til denne forbindelsen kan nå 25 000. På grunn av dette har syren en høy molekylvekt (5 000-20 000 000 Da).
Strukturformelen til disakkaridfragmentet av hyaluronsyre er vist i figuren nedenfor.
Sammensetningen av syren inneholder hydrofobe og hydrofile områder, på grunn av hvilke denne høymolekylære forbindelsen i rommet ser ut som et vridd bånd. Kombinasjonen av flere kjeder danner en ball med løs struktur. Evnen til å binde og holde på opptil 1000 vannmolekyler er en annen egenskap ved hyaluronsyreformelen. Biokjemien til dette stoffet skyldes først og fremst dets høye hygroskopisitet, som sikrer metning av vev med vann og opprettholdelse av indre volum.
Kjemiske egenskaper
Hyaluronsyre har følgende karakteristiske kjemiske egenskaper:
- dannelse av et stort antall hydrogenbindinger;
- oppretting av en sur reaksjon av mediet i vandige løsninger på grunn av tilstedeværelsen av en deprotonert karboksylgruppe;
- dannelse av løselige s alter med alkalimetaller;
- dannelse i en vandig løsning med en sterk gelstruktur (pseudogel) som inneholder en betydelig mengde fuktighet (proteinkomplekser utfelles ofte);
- skaping av uløselige komplekser med tungmetaller og fargestoffer.
Utad ligner vandige løsninger av et stoff eggehvite i konsistensen. Den strukturelle formelen til hyaluronsyre lar deg taden har flere former, avhengig av mediets ioniske miljø:
- venstre enkelthelix;
- flate strukturer med flere filialer;
- dobbel helix;
- supercoiled strukturer med et tett molekylært nettverk.
Den siste formen er tertiær og er i stand til å absorbere store mengder vann, elektrolytter, proteiner med høy molekylvekt.
Forskjeller i hyaluronsyre av ulik opprinnelse
Som nevnt ovenfor er strukturen til dette stoffet veldig lik, uavhengig av kilden til dets produksjon. Forskjellen mellom syrer av bakteriell og animalsk opprinnelse er graden av deres polymerisering. Hyaluronsyreformelen fra dyr er lengre enn bakterieformen (henholdsvis 4 000-6 000 og 10 000-15 000 monomerer).
Løseligheten i vann for disse stoffene er den samme og avhenger hovedsakelig av tilstedeværelsen av hydroksyl- og s altgrupper i disakkaridrester. Siden den kjemiske strukturen til syren iboende er lik i alle levende individer, minimerer dette risikoen for uønskede immunologiske reaksjoner og avstøting når den administreres til mennesker og dyr.
Rolle i naturen
Hovedstedet til hyaluronsyre er sammensetningen av den intercellulære (eller ekstracellulære) matrisen til pattedyrvev. Som vitenskapelige studier viser, er det også tilstede i kapslene til noen bakterier - streptokokker, stafylokokker og andre parasittiske mikroorganismer. Syntesen av forbindelsen skjer også i kroppen til virvelløse dyr (protozoer,leddyr, pigghuder, ormer).
Forskere antyder at evnen til å produsere hyaluronsyre i bakterier har utviklet seg til å øke deres virulente egenskaper i vertsorganismen. På grunn av sin tilstedeværelse kan mikroorganismer lett trenge inn i huden og kolonisere den. Slike parasittiske bakterier er i stand til å nøytralisere vertens immunrespons og provosere utviklingen av en mer aktiv inflammatorisk prosess enn andre stammer av mikrober.
Hyaluronsyre produseres av proteiner som er innebygd i celleveggen eller membranene til intracellulære organeller. Den høyeste konsentrasjonen av et stoff i menneskekroppen er notert i væsken som fyller hulrommet i leddene, i navlestrengen, øyets glasslegeme og huden.
metabolisme
Syntesen av hyaluronsyre skjer i form av enzymatiske reaksjoner i 3 trinn:
- Glukose-6-fosfat – glukose-1-fosfat (fosforylert glukose) – UDP-glukose – glukuronsyre.
- Aminosukker – glukosamin-6-fosfat – N-acetylglukosamin-1-fosfat – UDP-N-acetylglukosamin-1-fosfat.
- Glykosidtransferasereaksjon som involverer enzymet hyaluronatsyntetase.
Omtrent 5 g av dette stoffet produseres og brytes ned i menneskekroppen per dag. Den totale mengden syre er omtrent syv tusendeler av en vektprosent. Hos virveldyr skjer syresyntese under påvirkning av 3 typer enzymproteiner (hyaluronatsyntetaser). De er metalloproteiner sammensatt av metallkationer og glukosidfosfater. Hyaluronatsyntetaser er de eneste enzymenekatalyserer produksjonen av syre.
Prosessen med ødeleggelse av C₂₈H₄₄N₂O₂3-molekyler skjer under påvirkning av hyaluronan-lytiske enzymer. I menneskekroppen er det minst syv av dem, og noen av dem undertrykker prosessene med svulstdannelse. Nedbrytningsproduktene til hyaluronsyre er oligo- og polysakkarider, som stimulerer dannelsen av nye blodårer.
Funksjoner i menneskekroppen
Kollagen og hyaluronsyre i sammensetningen av menneskelig hud er de mest verdifulle stoffene som elastisiteten og glattheten til dermis avhenger av. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ utfører følgende funksjoner:
- bevaring av vann, som sikrer elastisiteten til huden og dens turgor;
- å skape den nødvendige viskositetsgraden til interstitialvæsken;
- deltakelse i reproduksjonen av de viktigste og immunkompetente cellene i epidermis;
- støtte vekst og reparasjon av skadet hud;
- styrking av kollagenfibre;
- styrking av lokal immunitet;
- beskyttelse mot frie radikaler, kjemiske og biologiske midler.
Den høyeste konsentrasjonen av dette stoffet er observert i huden på embryoet. Med aldring binder det meste av syren seg til proteiner, noe som reduserer nivået av hydrering av huden. Evnen til å selvregulere stoffskiftet er spesielt sterkt redusert hos personer over 50.
Følgende egenskaper til hyaluronsyre i leddvæske er også bestemt:
- formasjonhomogen struktur for å holde en spesifikk komponent av brusk - kondroitinsulfat;
- styrking av kollagenstrukturen i brusken;
- gir smøring av bevegelige deler av leddene, reduserer slitasjen deres.
Den biologiske rollen til syremolekyler varierer avhengig av molekylvekten deres. Således har forbindelser som inneholder opptil 1500 monomerer en anti-inflammatorisk effekt og tar en aktiv del i konstruksjonen av kollagennettverket. Polymerer med en kjede på opptil 2000 monomerer spiller en rolle i å opprettholde hydrobalansen, og høymolekylære forbindelser har de mest utt alte antioksidantegenskapene.
Hyaluronsyre er også involvert i dannelsen og utviklingen av embryoet, i kontrollen av cellemobilitet - cellemigrasjon fra et sted til et annet, i noen interaksjoner med overflatecellereseptorer.
Motta
Det er 2 hovedgrupper av måter å skaffe et stoff på:
- Fysisk-kjemisk (ekstraksjon fra vev fra pattedyr, virveldyr og fugler). Siden animalske råvarer ofte inneholder syre i kombinasjon med proteiner og andre polysakkarider, er det nødvendig med en grundig rensing av det resulterende produktet, noe som påvirker kostnadene for det endelige legemidlet. For å oppnå syre i industriell skala, brukes navlestrengen til nyfødte og kammene til tamkyllinger. Det er andre metoder for utvinning - fra øynene til storfe, væsken som fyller hulrommene i leddene og leddposer; blodplasma,brusk, griseskinn.
- Mikrobielle metoder basert på dyrkede bakterier. Hovedprodusentene er bakteriene Pasteurellamultocida og Streptococcus. Disse metodene ble først testet i 1953. De er mer økonomiske og er heller ikke avhengige av sesongbaserte råvarer.
I det første tilfellet ødelegges biologiske materialer ved sliping og homogeniseringsmetoder, og deretter ekstraheres syre i blanding med peptider ved eksponering for organiske løsemidler. Den resulterende massen behandles med enzymer eller proteiner fjernes ved denaturering med kloroform eller en blanding av etanol og amylalkohol. Etter det konsentreres stoffet om aktivert karbon. Sluttrensing gjøres ved ionebytterkromatografi eller utfelling med cetylpyridiniumklorid.
Medisinsk bruk
Hyaluronsyre brukes til følgende patologier:
- oftalmologi – grå stær; bruk som et kirurgisk miljø under operasjoner;
- ortopedi - slitasjegikt, beskyttelse av leddbrusk mot ødeleggelse, samt for å stimulere utvinningen (synovialvæskeendoproteser);
- kirurgi - bløtvevsforstørrelse, operasjoner med omfattende bruskeksisjon;
- farmasøytiske midler - produksjon av legemidler basert på polymerstrukturen til forbindelsen (tabletter, kapsler, kremer, geler, salver);
- matindustri – sportsernæring;
- gynekologi - antiadhesjonmidler;
- dermatologi - behandling av brannskader, posttrombotiske trofiske hudsykdommer.
I følge forskernes prognoser kan dette stoffet bli grunnlaget for en ny gruppe medikamenter for behandling av kreft.
Andre egenskaper ved syren er også lovende:
- antimikrobiell, antiviral effekt (forbindelsen er aktiv mot herpesvirus og andre);
- forbedring av blodmikrosirkulasjonen;
- anti-inflammatorisk effekt;
- langvarig virkning (gradvis oppløsning i menneskelig vev).
Vitaminer
Hyaluronsyre i sammensetningen av vitaminer brukes i form av renset natriumhyaluronat, som er dens analog. Hovedformålet med stoffet er å bevare hudens ungdommelighet, fukte den og helbrede sår. For å forbedre absorpsjonen introduseres askorbinsyre i sammensetningen av vitaminkomplekser.
Det pågår også forskning for å utvikle legemidler og kosttilskudd med antiinflammatoriske og immunmodulerende effekter som kan brukes på mange områder av menneskelig aktivitet.
Kosmetologi
I kosmetologi brukes denne forbindelsen til å korrigere aldersrelaterte endringer. På grunn av det faktum at strukturen til syren er lik i alle levende organismer, er den egnet for bruk som et hudfyllstoff (injeksjon), spesielt rundt øynene. For at stoffet skal forbli i epidermis lenger, modifiseres det ved hjelp av tverrbundne molekyler.(tverrbindere). Tverrbundne fyllstoffer skiller seg fra hverandre når det gjelder gelviskositet, syrekonsentrasjon og varighet av resorpsjon i huden.
Injeksjoner administreres intra- eller subkutant i form av en 1-3 % vandig løsning. Dette bidrar til å øke elastisiteten og fastheten til vevet, en merkbar utjevning av rynker.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ er også lagt til sammensetningen av ekstern kosmetikk - geler, skum, kremer og andre basisprodukter. Hyaluronsyre i sammensetningen blir referert til som hyaluronsyre (og natriumhyaluronat er natriumhyaluronat). Denne typen kosmetiske produkter har de samme egenskapene som fillers - det forhindrer dannelse av rynker, akne, og bidrar til å mette huden med fuktighet.
