Asam hialuronat adalah produk yang berasal dari hewan, yang banyak digunakan dalam pengobatan dan tata rias. Sifat zat ini belum sepenuhnya dipahami, dan efeknya pada tubuh manusia menjanjikan untuk pembuatan obat generasi baru. Senyawa ini secara aktif terlibat dalam proses embriogenesis, pembelahan sel, diferensiasi dan pergerakannya selama respon imun.
Sejarah dan istilah penemuan
Asam hialuronat menurut rumus mengacu pada glikosaminoglikan, molekul yang terdiri dari unit berulang yang tidak mengandung gugus sulfat. Untuk pertama kalinya senyawa dengan berat molekul tinggi ini diisolasi dari tubuh vitreous sapi. Pada awalnya, para ilmuwan berasumsi bahwa zat itu hanya khas mamalia. Namun, pada tahun 1937 ini dibantah - diperoleh dari media cair di mana streptokokus hemolitik dibudidayakan. Pada tahun 1954, dalam jurnal ilmiah umum Inggris Nature, pertama kali diterbitkanrumus struktur asam hialuronat.
Nama umum zat dikaitkan dengan sejarah penemuannya (eng. "hyaloid" - vitreous, "uronic acid" - uronic acid). Dalam terminologi kimia internasional, ada juga nama "hyaluronan", yang menggabungkan asam dan garamnya. Rumus kimia asam hialuronat adalah: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Saat ini, jangkauan aplikasinya sangat luas: kedokteran, tata rias, farmasi. Asam hialuronat digunakan sebagai zat utama dan tambahan. Sifat senyawa yang ditemukan dalam beberapa tahun terakhir memiliki prospek yang besar untuk digunakan di masa depan, sehingga permintaan untuk biopolimer ini terus meningkat.
Gedung
Formula asam hialuronat adalah polisakarida anionik yang khas. Molekul terhubung dalam rantai linier panjang. Zat terkait - aminoglikan glukosa - memiliki sejumlah besar gugus sulfat. Ini menjelaskan pembentukan berbagai isomer - senyawa yang berbeda dalam susunan spasial atom. Sifat kimianya juga berbeda. Asam hialuronat, tidak seperti glikosaminoglikan, selalu identik secara kimiawi. Sifatnya tidak bergantung pada metode memperoleh dan jenis bahan sumber.
Komposisi asam hialuronat meliputi asam D-glukuronat dan N-asetil-D-glikosamin, yang saling berhubungan oleh ikatan beta-glikosidik dan membentuk unit disakarida (cincin glukopiranosa yang memiliki berat molekul sekitar 450 Da). Jumlah mereka dalam molekul senyawa ini bisa mencapai 25.000. Karena itu, asam memiliki berat molekul yang tinggi (5.000-20.000.000 Da).
Rumus struktur fragmen disakarida asam hialuronat ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Komposisi asam mengandung area hidrofobik dan hidrofilik, sehingga senyawa bermolekul tinggi di ruang angkasa ini terlihat seperti pita bengkok. Kombinasi beberapa rantai membentuk bola dengan struktur longgar. Kemampuan untuk mengikat dan menahan hingga 1000 molekul air adalah fitur lain dari formula asam hialuronat. Biokimia zat ini terutama karena higroskopisitasnya yang tinggi, yang memastikan kejenuhan jaringan dengan air dan pemeliharaan volume internal.
Sifat kimia
Asam hialuronat memiliki sifat kimia karakteristik sebagai berikut:
- pembentukan sejumlah besar ikatan hidrogen;
- pembuatan reaksi asam medium dalam larutan berair karena adanya gugus karboksil yang terdeprotonasi;
- pembentukan garam larut dengan logam alkali;
- pembentukan dalam larutan berair dari struktur gel yang kuat (pseudogel) yang mengandung sejumlah besar uap air (kompleks protein sering mengendap);
- pembuatan kompleks tak larut dengan logam berat dan pewarna.
Dari luar, larutan berair dari suatu zat menyerupai putih telur dalam konsistensi. Formula struktural asam hialuronat memungkinkan Anda untuk mengambilia memiliki beberapa bentuk, tergantung pada lingkungan ionik mediumnya:
- heliks tunggal kiri;
- struktur datar multifilamen;
- heliks ganda;
- struktur superkoil dengan jaringan molekul padat.
Bentuk terakhir adalah tersier dan mampu menyerap sejumlah besar air, elektrolit, protein dengan berat molekul tinggi.
Perbedaan asam hialuronat dari berbagai asal
Seperti disebutkan di atas, struktur zat ini sangat mirip, terlepas dari sumber produksinya. Perbedaan antara asam yang berasal dari bakteri dan hewan adalah derajat polimerisasinya. Formula asam hialuronat yang bersumber dari hewan lebih panjang dari bentuk bakteri (masing-masing 4.000-6.000 dan 10.000-15.000 monomer).
Kelarutan dalam air untuk zat-zat ini adalah sama dan terutama bergantung pada keberadaan gugus hidroksil dan garam dalam residu disakarida. Karena struktur kimia asam secara inheren serupa pada semua individu yang hidup, ini meminimalkan risiko reaksi imunologis yang merugikan dan penolakan bila diberikan kepada manusia dan hewan.
Peran di alam
Lokasi utama asam hialuronat adalah komposisi matriks interseluler (atau ekstraseluler) jaringan mamalia. Seperti yang ditunjukkan oleh penelitian ilmiah, itu juga hadir dalam kapsul beberapa bakteri - streptokokus, stafilokokus dan mikroorganisme parasit lainnya. Sintesis senyawa tersebut juga terjadi pada tubuh hewan invertebrata (protozoa,arthropoda, echinodermata, cacing).
Para ilmuwan menyarankan bahwa kemampuan untuk memproduksi asam hialuronat pada bakteri telah berevolusi untuk meningkatkan sifat virulennya pada organisme inang. Karena keberadaannya, mikroorganisme dapat dengan mudah menembus kulit dan menjajahnya. Bakteri parasit tersebut mampu menetralkan respon imun inang dan memicu perkembangan proses inflamasi yang lebih aktif daripada strain mikroba lainnya.
Asam hialuronat diproduksi oleh protein yang tertanam di dinding sel atau membran organel intraseluler. Konsentrasi tertinggi suatu zat dalam tubuh manusia terdapat pada cairan yang mengisi rongga sendi, pada tali pusat, badan vitreus mata dan kulit.
Metabolisme
Sintesis asam hialuronat berlangsung dalam bentuk reaksi enzimatik dalam 3 tahap:
- Glukosa-6-fosfat – glukosa-1-fosfat (glukosa terfosforilasi) – UDP-glukosa – asam glukuronat.
- Gula amino – glukosamin-6-fosfat – N-asetilglukosamin-1-fosfat – UDP-N-asetilglukosamin-1-fosfat.
- Reaksi glikosida transferase yang melibatkan enzim hialuronat sintetase.
Sekitar 5 g zat ini diproduksi dan dipecah dalam tubuh manusia per hari. Jumlah total asam adalah sekitar tujuh per seribu persen berat. Pada vertebrata, sintesis asam terjadi di bawah pengaruh 3 jenis protein enzim (hyaluronate synthetases). Mereka adalah metaloprotein yang terdiri dari kation logam dan fosfat glukosida. Sintetase hialuronat adalah satu-satunya enzimmengkatalisis produksi asam.
Proses penghancuran molekul C₂₈H₄₄N₂O₂₃ terjadi di bawah aksi enzim hialuronan-litik. Dalam tubuh manusia, setidaknya ada tujuh di antaranya, dan beberapa di antaranya menekan proses pembentukan tumor. Produk pemecahan asam hialuronat adalah oligo- dan polisakarida, yang merangsang pembentukan pembuluh darah baru.
Fungsi dalam tubuh manusia
Kolagen dan asam hialuronat dalam komposisi kulit manusia adalah zat paling berharga yang menjadi sandaran elastisitas dan kehalusan dermis. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ melakukan fungsi berikut:
- pengawetan air, yang menjamin elastisitas kulit dan turgornya;
- menciptakan tingkat viskositas yang diperlukan dari cairan interstisial;
- partisipasi dalam reproduksi sel-sel epidermis utama dan imunokompeten;
- mendukung pertumbuhan dan perbaikan kulit yang rusak;
- menguatkan serat kolagen;
- memperkuat kekebalan lokal;
- perlindungan terhadap radikal bebas, agen kimia dan biologi.
Konsentrasi tertinggi zat ini diamati pada kulit embrio. Dengan penuaan, sebagian besar asam mengikat protein, yang mengurangi tingkat hidrasi kulit. Kemampuan untuk mengatur metabolisme sendiri sangat berkurang pada orang yang berusia di atas 50 tahun.
Sifat asam hialuronat berikut dalam cairan sinovial juga telah ditentukan:
- formasistruktur homogen untuk menahan komponen tulang rawan tertentu - kondroitin sulfat;
- menguatkan kerangka kolagen tulang rawan;
- memberikan pelumasan pada bagian yang bergerak dari sambungan, mengurangi keausannya.
Peran biologis molekul asam berbeda tergantung pada berat molekulnya. Dengan demikian, senyawa yang mengandung hingga 1500 monomer memiliki efek antiinflamasi dan berperan aktif dalam pembangunan jaringan kolagen. Polimer dengan rantai hingga 2000 monomer berperan dalam menjaga keseimbangan hidro, dan senyawa bermolekul tinggi memiliki sifat antioksidan yang paling menonjol.
Asam hialuronat juga terlibat dalam pembentukan dan perkembangan embrio, dalam kontrol mobilitas sel - migrasi sel dari satu tempat ke tempat lain, dalam beberapa interaksi dengan reseptor sel permukaan.
Terima
Ada 2 kelompok utama cara untuk mendapatkan zat:
- Physico-chemical (ekstraksi dari jaringan mamalia, vertebrata dan burung). Karena bahan baku hewani sering mengandung asam dalam kombinasi dengan protein dan polisakarida lainnya, diperlukan pemurnian menyeluruh dari produk yang dihasilkan, yang mempengaruhi biaya obat akhir. Untuk mendapatkan asam pada skala industri, tali pusar bayi yang baru lahir dan sisir ayam domestik digunakan. Ada metode ekstraksi lain - dari mata sapi, cairan yang mengisi rongga sendi dan kantong artikular; plasma darah,tulang rawan, kulit babi.
- Metode mikroba berdasarkan kultur bakteri. Produsen utamanya adalah bakteri Pasteurellamultocida dan Streptococcus. Metode ini pertama kali diuji pada tahun 1953. Metode ini lebih ekonomis dan juga tidak bergantung pada pasokan bahan baku musiman.
Dalam kasus pertama, bahan biologis dihancurkan dengan metode penggilingan dan homogenisasi, dan kemudian asam diekstraksi dalam campuran dengan peptida dengan paparan pelarut organik. Massa yang dihasilkan diperlakukan dengan enzim atau protein dihilangkan dengan denaturasi dengan kloroform atau campuran etanol dan amil alkohol. Setelah itu, zat tersebut dipekatkan pada karbon aktif. Pemurnian akhir dilakukan dengan kromatografi penukar ion atau pengendapan dengan setilpiridinium klorida.
Penggunaan medis
Asam hialuronat digunakan untuk patologi berikut:
- oftalmologi – katarak; digunakan sebagai lingkungan bedah selama operasi;
- ortopedi - osteoartritis, perlindungan tulang rawan artikular dari kerusakan, serta untuk merangsang pemulihannya (endoprostesis cairan sinovial);
- operasi - augmentasi jaringan lunak, operasi dengan eksisi tulang rawan yang ekstensif;
- farmasi - produksi obat berdasarkan struktur polimer senyawa (tablet, kapsul, krim, gel, salep);
- industri makanan - nutrisi olahraga;
- ginekologi - antiadhesidana;
- dermatologi - pengobatan luka bakar, gangguan kulit trofik pasca-trombotik.
Menurut prakiraan para ilmuwan, zat ini bisa menjadi dasar bagi kelompok obat baru untuk pengobatan kanker.
Sifat lain dari asam juga menjanjikan:
- antimikroba, efek antivirus (senyawa ini aktif melawan virus herpes dan lain-lain);
- peningkatan mikrosirkulasi darah;
- efek antiinflamasi;
- tindakan berkepanjangan (pembubaran bertahap dalam jaringan manusia).
Vitamin
Asam hialuronat dalam komposisi vitamin digunakan dalam bentuk natrium hialuronat murni, yang merupakan analognya. Tujuan utama dari zat tersebut adalah untuk menjaga keremajaan kulit, melembabkannya, dan menyembuhkan luka. Untuk meningkatkan penyerapan, asam askorbat dimasukkan ke dalam komposisi vitamin kompleks.
Penelitian juga sedang dilakukan untuk mengembangkan obat-obatan dan suplemen makanan dengan efek anti-inflamasi dan imunomodulator yang dapat digunakan di banyak bidang aktivitas manusia.
Tas rias
Dalam tata rias, senyawa ini digunakan untuk memperbaiki perubahan terkait usia. Karena struktur asam yang sama pada semua organisme hidup, sangat cocok untuk digunakan sebagai pengisi kulit (suntikan), terutama di sekitar mata. Agar zat tetap berada di epidermis lebih lama, zat itu dimodifikasi dengan bantuan molekul ikatan silang.(pengikat silang). Pengisi cross-linked berbeda satu sama lain dalam hal viskositas gel, konsentrasi asam, dan durasi resorpsi di kulit.
Injeksi diberikan secara intra- atau subkutan dalam bentuk larutan berair 1-3%. Ini membantu meningkatkan elastisitas dan kekencangan jaringan, menghaluskan kerutan yang nyata.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ juga ditambahkan ke komposisi kosmetik eksternal - gel, busa, krim, dan produk dasar lainnya. Asam hialuronat dalam komposisi disebut sebagai asam hialuronat (dan natrium hialuronat adalah natrium hialuronat). Jenis produk kosmetik ini memiliki sifat yang sama dengan filler - mencegah pembentukan kerutan, jerawat, dan membantu melembabkan kulit.
