Hyaluronsyra är en produkt av animaliskt ursprung, som används flitigt inom medicin och kosmetologi. Egenskaperna hos detta ämne är ännu inte helt förstått, och dess effekt på människokroppen är lovande för skapandet av nya generationens läkemedel. Denna förening är aktivt involverad i processerna för embryogenes, celldelning, deras differentiering och rörelse under immunsvaret.
Upptäcktshistorik och terminologi
Hyaluronsyra enligt formeln avser glykosaminoglykaner, vars molekyler består av repeterande enheter som inte innehåller sulfatgrupper. För första gången isolerades denna högmolekylära förening från nötkreaturens glaskropp. Först antog forskarna att ämnet endast var karakteristiskt för däggdjur. Men 1937 motbevisades detta - det erhölls från ett flytande medium i vilket hemolytiska streptokocker odlades. 1954 publicerades den första gången i den brittiska allmänna vetenskapliga tidskriften Naturestrukturformel för hyaluronsyra.
Det vanliga namnet på ämnet är förknippat med historien om dess upptäckt (eng. "hyaloid" - glaskropp, "uronsyra" - uronsyra). I internationell kemisk terminologi finns också namnet "hyaluronan", som kombinerar syran och dess s alter. Den kemiska formeln för hyaluronsyra är: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
För närvarande är användningsområdet mycket brett: medicin, kosmetologi, apotek. Hyaluronsyra används som huvud- och hjälpämne. Blandningens egenskaper, som upptäckts under de senaste åren, har stora möjligheter att användas i framtiden, så efterfrågan på denna biopolymer växer ständigt.
Byggnad
Hyaluronsyraformeln är en typisk anjonisk polysackarid. Molekyler är sammankopplade i långa linjära kedjor. Besläktade ämnen - glukosaminoglykaner - har ett stort antal sulfaterade grupper. Detta förklarar bildandet av olika isomerer - föreningar som skiljer sig åt i det rumsliga arrangemanget av atomer. Deras kemiska egenskaper skiljer sig också åt. Hyaluronsyra är, till skillnad från glykosaminoglykaner, alltid kemiskt identisk. Dess egenskaper beror inte på metoderna för att erhålla och typen av källmaterial.
Sammansättningen av hyaluronsyra inkluderar D-glukuronsyra och N-acetyl-D-glykosamin, som är sammankopplade med en beta-glykosidbindning och bildar dess disackaridenheter (glukopyranosringar med en molekylvikt på cirka 450 Da). Deras antal i molekylerna av denna förening kan nå 25 000. På grund av detta har syran en hög molekylvikt (5 000-20 000 000 Da).
Strukturformeln för disackaridfragmentet av hyaluronsyra visas i figuren nedan.
Syrans sammansättning innehåller hydrofoba och hydrofila områden, på grund av vilka denna högmolekylära förening i rymden ser ut som ett vridet band. Kombinationen av flera kedjor bildar en boll av lös struktur. Förmågan att binda och hålla upp till 1000 vattenmolekyler är en annan egenskap hos hyaluronsyraformeln. Biokemin för detta ämne beror främst på dess höga hygroskopicitet, vilket säkerställer mättnad av vävnader med vatten och upprätthållande av inre volym.
Kemiska egenskaper
Hyaluronsyra har följande karakteristiska kemiska egenskaper:
- bildning av ett stort antal vätebindningar;
- skapande av en sur reaktion av mediet i vattenlösningar på grund av närvaron av en deprotonerad karboxylgrupp;
- bildning av lösliga s alter med alkalimetaller;
- bildning i en vattenlösning med en stark gelstruktur (pseudogel) innehållande en betydande mängd fukt (proteinkomplex fälls ofta ut);
- skapande av olösliga komplex med tungmetaller och färgämnen.
Utåt liknar vattenlösningar av ett ämne äggvita i konsistensen. Den strukturella formeln av hyaluronsyra gör att du kan taden har flera former, beroende på mediets joniska miljö:
- vänster enkel helix;
- fläta platta strukturer;
- dubbel helix;
- superspolade strukturer med ett tätt molekylärt nätverk.
Den sista formen är tertiär och kan absorbera en stor mängd vatten, elektrolyter, högmolekylära proteiner.
Skillnader i hyaluronsyra av olika ursprung
Som nämnts ovan är strukturen för detta ämne mycket lik, oavsett källan till dess produktion. Skillnaden mellan syror av bakteriellt och animaliskt ursprung är graden av deras polymerisation. Hyaluronsyraformel från djur är längre än bakterieformen (4 000-6 000 respektive 10 000-15 000 monomerer).
Lösligheten i vatten för dessa ämnen är densamma och beror huvudsakligen på närvaron av hydroxyl- och s altgrupper i disackaridrester. Eftersom syrans kemiska struktur är likadan hos alla levande individer, minimerar detta risken för negativa immunologiska reaktioner och avstötning vid administrering till människor och djur.
Roll i naturen
Den huvudsakliga platsen för hyaluronsyra är sammansättningen av den intercellulära (eller extracellulära) matrisen av däggdjursvävnader. Som vetenskapliga studier visar finns det också i kapslarna hos vissa bakterier - streptokocker, stafylokocker och andra parasitära mikroorganismer. Syntesen av föreningen sker också i kroppen hos ryggradslösa djur (protozoer,leddjur, tagghudingar, maskar).
Forskare föreslår att förmågan att producera hyaluronsyra i bakterier har utvecklats för att öka deras virulenta egenskaper i värdorganismen. På grund av dess närvaro kan mikroorganismer lätt penetrera huden och kolonisera den. Sådana parasitiska bakterier kan neutralisera värdens immunsvar och provocera utvecklingen av en mer aktiv inflammatorisk process än andra mikroberstammar.
Hyaluronsyra produceras av proteiner som är inbäddade i cellväggen eller membranen i intracellulära organeller. Den högsta koncentrationen av ett ämne i människokroppen noteras i vätskan som fyller håligheten i lederna, i navelsträngen, ögats glaskropp och huden.
Metabolism
Syntesen av hyaluronsyra sker i form av enzymatiska reaktioner i 3 steg:
- Glukos-6-fosfat – glukos-1-fosfat (fosforylerad glukos) – UDP-glukos – glukuronsyra.
- Aminosocker – glukosamin-6-fosfat – N-acetylglukosamin-1-fosfat – UDP-N-acetylglukosamin-1-fosfat.
- Glykosidtransferasreaktion som involverar enzymet hyaluronatsyntetas.
Cirka 5 g av detta ämne produceras och bryts ner i människokroppen per dag. Den totala mängden syra är cirka sju tusendelar av en viktprocent. Hos ryggradsdjur sker syrasyntes under påverkan av 3 typer av enzymproteiner (hyaluronatsyntetaser). De är metalloproteiner som består av metallkatjoner och glukosidfosfater. Hyaluronatsyntetaser är de enda enzymernakatalyserar produktionen av syra.
Destruktionsprocessen av C₂₈H₄₄N₂O₂3-molekyler sker under inverkan av hyaluronan-lytiska enzymer. I människokroppen finns det minst sju av dem, och några av dem undertrycker processerna för tumörbildning. Nedbrytningsprodukterna av hyaluronsyra är oligo- och polysackarider, som stimulerar bildandet av nya blodkärl.
Funktioner i människokroppen
Kollagen och hyaluronsyra i sammansättningen av mänsklig hud är de mest värdefulla substanserna som läderhudens elasticitet och jämnhet beror på. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ utför följande funktioner:
- bevarande av vatten, vilket säkerställer hudens elasticitet och dess turgor;
- skapa den erforderliga viskositeten för interstitiell vätska;
- deltagande i reproduktionen av huvudcellerna och immunkompetenta celler i överhuden;
- stödja tillväxt och reparation av skadad hud;
- stärka kollagenfibrer;
- stärka lokal immunitet;
- skydd mot fria radikaler, kemiska och biologiska medel.
Den högsta koncentrationen av detta ämne observeras i embryots hud. Med åldrandet binder det mesta av syran till proteiner, vilket minskar nivån av återfuktning av huden. Förmågan att självreglera ämnesomsättningen är särskilt starkt nedsatt hos personer över 50.
Följande egenskaper hos hyaluronsyra i ledvätska har också fastställts:
- formationhomogen struktur för att hålla en specifik komponent av brosk - kondroitinsulfat;
- förstärkning av kollagenstrukturen i brosket;
- ger smörjning av rörliga delar av lederna, vilket minskar deras slitage.
Syramolekylers biologiska roll skiljer sig beroende på deras molekylvikt. Således har föreningar som innehåller upp till 1500 monomerer en antiinflammatorisk effekt och tar en aktiv del i uppbyggnaden av kollagennätverket. Polymerer med en kedja på upp till 2000 monomerer spelar en roll för att upprätthålla vattenbalansen, och högmolekylära föreningar har de mest uttalade antioxidantegenskaperna.
Hyaluronsyra är också involverad i bildandet och utvecklingen av embryot, i kontrollen av cellmobilitet - cellmigrering från en plats till en annan, i vissa interaktioner med ytcellsreceptorer.
Receive
Det finns två huvudgrupper av sätt att få ett ämne:
- Fysikalisk-kemisk (extraktion från vävnader från däggdjur, ryggradsdjur och fåglar). Eftersom animaliska råvaror ofta innehåller syra i kombination med proteiner och andra polysackarider krävs en grundlig rening av den resulterande produkten, vilket påverkar kostnaden för det slutliga läkemedlet. För att få syra i industriell skala används navelsträngen hos nyfödda och kammar från tamkycklingar. Det finns andra metoder för extraktion - från nötkreaturs ögon, vätskan som fyller håligheterna i lederna och artikulära påsar; blodplasma,brosk, grisskinn.
- Mikrobiella metoder baserade på odlade bakterier. De huvudsakliga producenterna är bakterierna Pasteurellamultocida och Streptococcus. Dessa metoder testades första gången 1953. De är mer ekonomiska och är inte heller beroende av säsongsbetonade tillgångar av råvaror.
I det första fallet förstörs biologiska material genom malning och homogeniseringsmetoder, och sedan extraheras syra i en blandning med peptider genom exponering för organiska lösningsmedel. Den resulterande massan behandlas med enzymer eller proteiner avlägsnas genom denaturering med kloroform eller en blandning av etanol och amylalkohol. Därefter koncentreras ämnet på aktivt kol. Slutlig rening görs genom jonbyteskromatografi eller utfällning med cetylpyridiniumklorid.
Medicinsk användning
Hyaluronsyra används för följande patologier:
- oftalmologi – grå starr; använd som kirurgisk miljö under operationer;
- ortopedi - artros, skydd av ledbrosk från förstörelse, samt för att stimulera dess återhämtning (endoproteser i ledvätskan);
- kirurgi - mjukvävnadsförstoring, operationer med omfattande broskexcision;
- läkemedel - tillverkning av läkemedel baserade på föreningens polymerstruktur (tabletter, kapslar, krämer, geler, salvor);
- livsmedelsindustrin - sportnäring;
- gynekologi - antiadhesionmedel;
- dermatologi - behandling av brännskador, posttrombotiska trofiska hudsjukdomar.
Enligt forskarnas prognoser kan detta ämne bli grunden för en ny grupp läkemedel för behandling av cancer.
Andra egenskaper hos syran är också lovande:
- antimikrobiell, antiviral effekt (föreningen är aktiv mot herpesvirus och andra);
- förbättring av blodets mikrocirkulation;
- antiinflammatorisk effekt;
- förlängd verkan (gradvis upplösning i mänskliga vävnader).
Vitaminer
Hyaluronsyra i vitaminsammansättningen används i form av renat natriumhyaluronat, som är dess analog. Huvudsyftet med ämnet är att bevara hudens ungdomlighet, återfukta den och läka sår. För att förbättra absorptionen införs askorbinsyra i sammansättningen av vitaminkomplex.
Forskning pågår också för att utveckla läkemedel och kosttillskott med antiinflammatoriska och immunmodulerande effekter som kan användas inom många områden av mänsklig aktivitet.
Kosmetologi
Inom kosmetologi används denna förening för att korrigera åldersrelaterade förändringar. På grund av att syrans struktur är likartad i alla levande organismer är den lämplig att använda som hudfyllmedel (injektion), speciellt runt ögonen. För att ämnet ska stanna kvar längre i epidermis modifieras det med hjälp av tvärbindningsmolekyler.(tvärbindare). Tvärbundna fillers skiljer sig från varandra när det gäller gelviskositet, syrakoncentration och varaktighet av resorption i huden.
Injektioner administreras intra- eller subkutant i form av en 1-3 % vattenlösning. Detta hjälper till att öka elasticiteten och fastheten i vävnaderna, en märkbar utjämning av rynkor.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ läggs också till sammansättningen av extern kosmetika - geler, skum, krämer och andra basprodukter. Hyaluronsyra i kompositionen kallas hyaluronsyra (och natriumhyaluronat är natriumhyaluronat). Den här typen av kosmetiska produkter har samma egenskaper som fillers - den förhindrar bildning av rynkor, akne och hjälper till att mätta huden med fukt.
