Биохимия соединительной ткани

Необычна и вторичная  структура коллагена:шаг одного витка спирали составляют только 3 аминокислоты (даже немного меньше, чем 3), а не 3.6 аминокислоты на 1 виток, как это наблюдается у других белков. Такая плотная упаковка спирали объясняется присутствием глицина. Эта особенность определяет высшие структуры коллагена. Молекула коллагена построена из 3-х цепей и представляет собой тройную спираль. Эта тройная спираль состоит из 2-х -1-цепей и одной -2-цепи. В каждой цепи 1000 аминокислотных остатков. Цепи параллельны и имеют необычную укладку в пространстве: снаружи расположены все радикалы гидрофобных аминокислот. Известно несколько типов коллагена, различающихся генетически.

Синтез коллагена.

Существуют 8 этапов биосинтеза коллагена: 5 внутриклеточных  и 3 внеклеточных.

1-й этап

Протекает на рибосомах, синтезируется  молекула-предшественник: препроколлаген.

2-й этап

С помощью сигнального  пептида "пре" транспорт молекулы в канальцы эндоплазматической сети. Здесь отщепляется "пре" - образуется "проколлаген".

3-й этап

Аминокислотные остатки  лизина и пролина в составе молекулы коллагена подвергаются окислению под действием ферментов пролилгидроксилазы и лизилгидроксилазы (эти окислительные ферменты относятся к подподклассу монооксигеназ).

При недостатке витамина "С"- аскорбиновой кислоты наблюдается  цинга, - заболевание, вызванное синтезом дефектного коллагена с пониженной механической прочностью, что вызывает, в частности, разрыхление сосудистой стенки и другие неблагоприятные  явления.

4-й этап

Посттрасляционная модификация- гликозилирование проколлагена под действием фермента гликозил трансферазы. Этот фермент переносит глюкозу или галактозу на гидроксильные группы оксилизина.

5-й этап

Заключительный внутриклеточный  этап- идет формирование тройной спирали - тропоколлагена (растворимый коллаген). В составе про-последовательности - аминокислота цистеин, который образует дисульфидные связи между цепями. Идет процесс спирализации.

6-й этап

Секретируется тропоколлаген во внеклеточную среду, где амино- и карбоксипротеиназы отщепляют (про-)-последовательность.

7-й этап

Ковалентное "сшивание" молекулы тропоколлагена по принципу "конец-в-конец" с образованием нерастворимого коллагена. В этом процессе принимает участие фермент лизилоксидаза (флавометаллопротеин, содержит ФАД и Cu). Происходит окисление и дезаминирование радикала лизина с образованием альдегидной группы. Затем между двумя радикалами лизина возникает альдегидная связь.

Только после многократного  сшивания фибрилл коллаген приобретает  свою уникальную прочность, становится нерастяжимым волокном.

Лизилоксидаза является Cu-зависимым ферментом, поэтому при недостатке меди в организме происходит уменьшение прочности соединительной ткани из-за значительного повышения количества растворимого коллагена (тропоколлагена).

8-й этап

Ассоциация молекул нерастворимого коллагена по принципу "бок-в-бок". Ассоциация фибрилл происходит таким образом, что каждая последующая цепочка сдвинута на 1/4 своей длины относительно предыдущей цепи.

Эластические  волокна

Второй вид волокон - эластические.В основе строения - белок эластин. Эластин еще более гидрофобен, чем коллаген. В нем до 90 % гидрофобных аминокислот. Много лизина, есть участки со строго определенной последовательностью расположения аминокислот. Цепи укладываются в пространстве в виде глобул. Глобула из одной полипептидной цепи называется -эластин. За счет остатков лизина происходит взаимодействие между молекулами -эластина.

В образовании этой структуры  принимают участие радикалы аминокислоты лизина. Это структура десмозина. Десмозин - это структура пиридина, которая образуется при взаимодействии лизина 4-х молекул -эластина.

Клеточные элементы соединительной ткани

Это фибробласты, тучные клетки и макрофаги.В них происходят процессы синтеза структурных компонентов, а также процесс распада соединительной ткани. Коллаген обновляется на 50 % за 10 лет. В фибробластах идут синтетические процессы: синтез коллагена, эластина.

 

Соединительная ткань  пронизывает все части организма  и представлена многочисленными  разновидностями.

Функции соединительной ткани: опорная, защитная, депонирование, метаболистическая, репаративная, специализированная, трофическая, морфогенетическая. Для всех видов соединительной ткани характерно присутствие трёх компонентов:

1. клеточные элементы
2. межклеточное вещество
3. волокнистые, фибриллярные структуры.

Есть клетки, ответственные  за синтез внеклеточного вещества и  поддержания структурной целостности ткани - это фибробласты. Есть механоциты (хондробласты, остеобласты, одонтобласты). Большую роль играют клетки с защитными функциями (тучные, макрофаги, лейкоциты).

 Межклеточный матрикс  – это студенистая структура,  состоит из белков (коллагена, эластина) протеогликанов, гликозаминогликанов.

Известно 7 типов гликозаминогликанов. Они выполняют следующие функции:

1. Служат в качестве структурных элементов опорной, покровной и соединительной ткани.
2. Определяют содержание воды и проницаемость соединительной ткани.
3. Выполняют роль в свёртывании крови (гепарин).
4. Входят в состав веществ, участвующих в иммунных реакциях организма.

Студенты вспоминают химическое строение веществ (гиалуроновую кислоту, дерматан, кератан-сульфат, гепарин) изучаемых на занятиях «Обмен углеводов».

Основной фибриллярный белок внеклеточного матрикса –  коллаген -  представлен в организме 19 типами. Наиболее распространены:

1 тип – кости, дентин, сухожилия, роговица;

2 тип – хрящи, межпозвоночные  диски, стекловидное тело.

3 тип – сосуды, печень, почки, лимфоузлы.

Биосинтез коллагена является сложным, многоступенчатым процессом. Важную роль при этом играет аскорбиновая кислота. Она ускоряет гидроксилирование пролина и лизина, превращая проколлаген в коллаген.

Коллаген обновляется  медленно, в течение нескольких месяцев. О скорости его обмена судят по содержанию оксипролина в моче и крови. У взрослого человека выделяется 15-50 мг оксипролина с мочой в сутки. При некоторых болезнях, связанных с поражением соединительной ткани, выделение оксипролина увеличивается, например, при гиперпаратироидизме, болезни Педжета. Ферментом, расщепляющим коллаген, является коллагеназа. Известны 2 типа коллагеназ:   тканевая и бактериальная. Коллагеназа используется в медицинской практике для лечения ожоговой болезни и для лечения гнойных заболеваний глаз в офтальмологии.

Существует группа заболеваний  соединительной ткани, связанных с  нарушением структуры или синтеза коллагена. Основная причина – мутации в генах коллагена.

При этих заболеваниях наблюдают  костно-суставную патологию, кожные изменения, поражения легких, сердца, кишечника.

К специализированным белкам межклеточного матрикса относятся  адгезивные белки: фибронектин, ламинин, нидоген.

Биороль фибронектина:

1. Связывает коллаген, гиалуроновую кислоту, фермент трансглутаминазу.
2. Выполняет интегрирующую роль.
3. Способствует адгезии клеток.
4. Обеспечивает фагоцитоз.
5. Стимулирует пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток.

Ламинин – неколлагеновый белок базальных мембран. Главные функции определяются его способностью связывать клетки и модулировать клеточное поведение. Он может влиять на рост, морфологию, дифференциацию и подвижность клеток.