Estructura química y carga de la molécula
Desde el punto de vista bioquímico, el ácido hialurónico es el mayor de los glucosaminoglucanos. Su masa molecular alcanza valores colosales, desde $10^5$ hasta $10^7$ Daltones. Cabe destacar que pertenece exclusivamente al grupo de los glucosaminoglucanos y no a los proteoglucanos, ya que su estructura carece por completo de un centro proteico (núcleo proteico).
La estructura de este biopolímero es lineal y consta de numerosas unidades disacáridas repetitivas. Cada uno de estos bloques estructurales incluye dos componentes:
- Ácido D-glucurónico;
- N-acetil-D-glucosamina.
Dentro de un mismo disacárido, estos monosacáridos están unidos por un enlace glicosídico $\beta(1\to3)$. A su vez, las unidades disacáridas se unen entre sí mediante enlaces $\beta(1\to4)$, formando una cadena polimérica larga que no se encuentra sulfatada.
Un rasgo distintivo de la molécula es su carga negativa pronunciada. Cada unidad disacárida contiene un grupo carboxilo perteneciente al ácido glucurónico. Dada la enorme longitud de la cadena y la gigantesca cantidad de monómeros, la molécula en su conjunto adquiere las propiedades de un potente polianión.
Funciones biológicas en la sustancia intercelular
Las características de su estructura química determinan directamente las propiedades físicas y las funciones del ácido hialurónico en los tejidos del organismo.
- Unión de volúmenes colosales de agua. Precisamente gracias a su naturaleza polianiónica, la molécula posee una hidrofilia sumamente alta. Los grupos cargados negativamente atraen y retienen firmemente moléculas de $H_2O$.
- Formación de una matriz gelatinosa. Al saturarse de agua, el ácido hialurónico dota al espacio intercelular de un armazón estructural viscoso y en forma de gel que mantiene la forma de los tejidos.
- Unión de cationes. Al igual que todos los glucosaminoglucanos, el hialuronano es capaz de interactuar activamente con iones cargados positivamente. En particular, desempeña un papel importante en el depósito de iones de sodio ($Na^+$) en el medio intercelular.
Papel de la hialuronidasa en la diseminación de infecciones
En condiciones normales, la matriz extracelular actúa como una barrera fiable contra la propagación de agentes ajenos. Sin embargo, muchos microorganismos patógenos han desarrollado mecanismos evolutivos para superar esta defensa. Los agentes causantes de infecciones purulentas y gangrena gaseosa secretan una enzima específica: la hialuronidasa.
El sustrato de esta enzima es el propio ácido hialurónico. La hialuronidasa cataliza la reacción de hidrólisis, escindiendo selectivamente los enlaces $\beta$-glicosídicos entre los residuos de disacáridos. Este proceso se denomina despolimerización.
Consecuencias de la escisión enzimática:
- Se produce una destrucción rápida de la estructura normal en gel de la matriz tisular.
- Disminuye de forma brusca y significativa la viscosidad de la sustancia intercelular.
- Aumenta la permeabilidad de las barreras tisulares.
Por esta razón, la hialuronidasa suele denominarse «factor de permeabilidad» o factor de propagación. Como resultado de su acción, las bacterias patógenas y las toxinas que segregan obtienen la capacidad de invadir rápida y libremente nuevas áreas de los tejidos, agravando la gravedad del proceso infeccioso.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿En qué órganos y tejidos del cuerpo humano se encuentra la mayor cantidad de ácido hialurónico?
Las fuentes indican claramente que una alta concentración de ácido hialurónico es característica del tejido mucoso fetal; también forma parte del líquido sinovial y de la matriz del cartílago articular.
- Tejido mucoso — posee una sustancia intercelular gelatinosa debido a la alta concentración de ácido hialurónico; se encuentra únicamente durante el desarrollo intrauterino: en el cordón umbilical y en el espacio entre las membranas fetales.
- Líquido sinovial — el ácido hialurónico forma parte de su composición y proporciona viscosidad y lubricación.
- Cartílago articular — el ácido hialurónico forma parte de la matriz de tejido conjuntivo del cartílago articular junto con el colágeno tipo II y el agrecán.
¿Qué células sintetizan el ácido hialurónico en el organismo?
El ácido hialurónico es sintetizado por los fibroblastos.
- En la sustancia fundamental amorfa del tejido conjuntivo, los glucosaminoglucanos, incluidas las largas cadenas de ácido hialurónico, son sintetizados por los fibroblastos.
- Durante la regeneración y la cicatrización de heridas, los fibroblastos sintetizan activamente los componentes de la matriz extracelular, incluido el ácido hialurónico.
- En la segunda fase del proceso de curación de heridas, los fibroblastos sintetizan mucopolisacáridos, entre los cuales se menciona el ácido hialurónico.
¿Cómo se produce normalmente el catabolismo del ácido hialurónico en el ser humano?
La escisión enzimática del ácido hialurónico se lleva a cabo por acción de la hialuronidasa.
- La hialuronidasa cataliza la hidrólisis de los enlaces β-glicosídicos en el ácido hialurónico, es decir, provoca su despolimerización.
- La degradación de los glucosaminoglucanos por la hialuronidasa disminuye la viscosidad de la sustancia fundamental y aumenta la permeabilidad tisular.
- Asimismo, se indica que la degradación del ácido hialurónico provoca la destrucción de la estructura en gel de la matriz.
Para recordar la composición del disacárido ayuda la regla mnemotécnica: Ácido Glucurónico + N-Acetilglucosamina. Ambas moléculas del sustrato empiezan por la letra G, lo que concuerda con el nombre del propio Ácido Hialurónico.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué el ácido hialurónico se clasifica entre los glucosaminoglicanos y no entre los proteoglicanos?
Porque su molécula consta exclusivamente de cadenas poliméricas de carbohidratos y carece de un núcleo proteico, el cual es un componente obligatorio de los proteoglicanos.
¿A qué se debe que la molécula adquiera una carga negativa fuerte?
En la composición de cada monómero disacárido se encuentra el grupo carboxilo del ácido glucurónico. La presencia de numerosos grupos de este tipo en la cadena larga confiere a la molécula las propiedades de un polianión marcado.
¿En qué consiste la acción patógena de la hialuronidasa bacteriana?
La enzima hidroliza los enlaces beta-glicosídicos del polímero. Esto destruye la matriz gelatinosa, disminuye la viscosidad de los tejidos y permite que las bacterias y sus toxinas se propaguen fácilmente hacia el interior.
Qué más repasar sobre el tema
- Organización espacial de los enlaces glicosídicos beta(1→3) y beta(1→4)
- Mecanismo de unión de moléculas de agua por estructuras polianiónicas
- Diferencias entre el ácido hialurónico y los glucosaminoglucanos sulfatados
- Bases bioquímicas de la patogenia de la gangrena gaseosa
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