На головну

Волокнисті структури сполучної тканини.

  1. C. Холдингові структури.
  2. Pound; ? Маркетинг іміджу та інфраструктури регіону
  3. PR-структури корпорацій за напрямками діяльності
  4. Quot; Рассказова структури особистості "у К. Меррея: комедія, романс, трагедія, іронія.
  5. S: Перевагами матричної структури управління є
  6. VI СЕТКА упорядкування ПЕРВОСТРУКТУРИ
  7. VIII Короткий опис структури

3.2-а. Колаген. Особливості амінокислотного складу, структурної

організації та метаболізму.

Волокнисті структури сполучної тканини представлені колагеновими, еластичними і ретикулінові волокнами. Головним структурним компонентом колагенових і ретикулінові волокон є білок колаген або тропоколагену. Це найпоширеніший білок в організмі. Він становить 6% маси тіла і 30% всіх білків організму. Основна маса колагену зосереджена в мінералізованих тканинах і шкірі, близько 10% - в стромі внутрішніх органів. Тропоколагену є структурною одиницею генового волокна. Це фібрилярний білок з Мr ~ 300000, що складається з трьох односпрямованих поліпептидних ланцюгів (по 1000 амінокислот в кожній), закручених в потрійну спіраль. Довжина молекули колагену складає ~ 300 нм, товщина - ~ 1,5 нм. Кожна окрема ланцюг тропоколлагена є щільною левозакрученной альфа - спіраль, в якій на один виток припадає три амінокислотних залишку. Кожна третя амінокислота в альфа - спіралі представлена ??гліцином, 21% складають в сумі пролин і гидроксипролин, 11% - аланін, є також лізин, гідроксилізин, глютамінова, аспарагінова і інші амінокислоти. Послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі тропоколлагена може бути представлена ??як (-глі-Х-Y-)n, найчастіше - (-глі-про-гіп-)n. Гідроксилізин забезпечує утворення поперечних зв'язків і приєднання глюкози, галактози або лактози, гидроксипролин - утворення водневих зв'язків (з водою), що стабілізують альфа - спіральну конфігурацію поліпептидних ланцюгів колагену. Потрійна спіраль тропоколлагена стабілізується дисульфідними і водневими зв'язками, що виникають між атомом водню гліцину і атомом кисню карбонільної групи пептидних зв'язків. При цьому гліцин виявляється всередині трёхспірального джгута, а три ланцюги утворюють жорстку структуру, схожу на кабель, злегка закручену в праву суперспіраль.

Молекули колагену потім асоціюються в мікрофібрили. Коллагеновая фібрила є паралельні ряди молекул тропоколлагена, розташовані так, що кожен наступний ряд зрушать по відношенню до попереднього на 1/4 довжини тропоколлагена. Молекули тропоколлагена не пов'язані «кінець в кінець», тому між ними є проміжки, які можуть служити місцем первинного накопичення кальцію і фосфору при мінералізації кістки. В процесі філогенезу відбувається окисне дезамінування залишків лізину і гідроксилізин в складі поліпептидних ланцюгів колагену з утворенням альдегідопроізводних лізину. У цій реакції бере участь медьсодержащий фермент лізілоксідази, який активний при наявності вітамінів РР і В6. При взаємодії радикалів лізину з альдегідопроізводнимі лізину між молекулами тропоколлагена утворюються поперечні зв'язки ковалентного характеру, які стабілізують колагенову фибриллу. Утворення поперечних зшивок в колагенових фібрила відбувається за такою схемою:

Мал. 2. Освіта поперечних зшивок в коллагене.

Багаторазове скручування забезпечує високу міцність генового волокна. Колаген - білок, як правило, глікозильований. Глюкоза, галактоза або лактоза приєднуються до залишків гідроксилізин О-гликозидной зв'язком. Відомо 19 типів колагену, що відрізняються один від одного набором поліпептидних ланцюгів (вони можуть бути ідентичними або різними), ступенем їх глікозилювання тагідроксилювання, а також розподілом в організмі. Не всі типи колагену утворюють фібрили. До фібріллообразующім відносяться колаген 1,2,3,5 і 11 типів. Найбільш поширений колаген 1-го типу. Він входить до складу кісток, дентину, сухожиль, рогівки. Колаген 2-го типу поширений в хрящової тканини, міжхребцевих дисках, в склоподібному тілі ока. Колагени 5-го і 6-го типів присутні в різних співвідношеннях в міжклітинній речовині різних тканин. Колаген 4-го типу є структурним компонентом базальних мембран. Базальні мембрани - це особливий вид міжклітинної матриксу, у вигляді тонкого шару відокремлює клітини від навколишнього сполучної тканини, а також різні шари клітин один від одного. Базальні мембрани відіграють роль напівпроникного фільтра в ниркових клубочках, а також беруть участь в процесах ембріонального розвитку і регенерації. Колаген 7-го типу входить до складу фібрил, які знаходяться в субепітеліально шарі і беруть участь у приєднанні епідермісу до дерми. 9,12,14 і 17 типи колагену фібрил не утворюють, але пов'язані з колагеновими фибриллами інших типів. Мікрофібрили складаються найчастіше з 5 рядів поліпептидних ланцюгів. Разом з різними гликопротеинами вони утворюють фібрили. Молекули гликопротеинов знаходяться, як правило, на поверхні фібрил і захищають їх від дії колагенази. Схематична будова коллагеновой фібрили представлено на малюнку 3.

Рис.3. Схематичне зображення фібрили колагену.

Інтенсивність обміну колагену варіює залежно від виду тварини, типу тканини, віку, характеру харчування, наявності патології. У дорослої людини в нормі колаген оновлюється повільно, а процеси його синтезу і розпаду збалансовані. Період напіврозпаду колагену вимірюється тижнями, місяцями. Найбільш активно колаген оновлюється у віці до 20 років. Його обмін стає більш інтенсивним також при деяких інфекційних захворюваннях, при колагенозах і гиперпаратиреозе. У дитячому віці швидкість синтезу колагену переважає над швидкістю його розпаду. При цьому збільшується загальна маса колагену (головним чином, за рахунок кісткової тканини). Відомо, що колагенові фібрили в фізіологічних умовах (нейтральне значення рН середовища, температура 37 градусів за Цельсієм) стійкі до дії трипсину, пепсину, лізосомальних і нелізосомальних пептідаз, здатних розщеплювати тільки денатурований колаген. Катаболізм колагену - це складний багатоступінчастий процес, що відбувається всередині - і внеклеточно за участю різних пептідаз, глюкозидаз. Ключову роль в цьому процесі відіграє фермент коллагеназа, що розщеплює всі три поліпептидні ланцюга тропоколлагена на відстані 1/4 їх довжини від С-кінця між гліцином і лейцином (изолейцином). Утворилися фрагменти розчиняються у воді і розщеплюються далі різними протеазами.

Розрізняють два види коллагеназ: мікробні і тканинні. Мікробні - виробляються мікробами і сприяють їх проникненню через сполучнотканинні бар'єри господаря. Тканинні колагенази мають оптимум рН 8,5, активні в присутності іонів цинку (металлозавісімие). Вони проявляють найбільшу активність в тканинах, що зазнають реорганізацію, наприклад, в матці після пологів, а також при деяких захворюваннях, що супроводжуються деструкцією міжклітинної речовини сполучної тканини. Тканинна коллагеназа виробляється у вигляді проколлагенази, яка переходить в активну форму шляхом відщеплення N-кінцевого октапептид під дією катепсина D, інших протеїназ або аутокаталітіческі. Активність тканинних коллагеназ контролюється гормонами і інгібіторами. Найбільш вивчений т.зв. «Тканинної інгібітор металопротеїназ (ТІМП)» - гликопротеид з Мr 28000, постійно присутній в тканинах. Активаторами тканинних коллагеназ є плазмін, калікреїн, катепсини В. Мікробні колагенази розщеплюють колаген більш, ніж в 200-х ділянках одночасно, що обумовлює швидке руйнування сполучнотканинних бар'єрів і проникнення бактерій всередину тканин.

Продукти розщеплення колагену (пептиди, амінокислоти) виводяться з сечею. Гідроксипролін і пролін є маркерами сполучної тканини. За добу з сечею дорослої людини виводиться в нормі 15 -20 мг гідроксипроліну, а з сечею дитини і підлітка ~ 200 мг / добу. При деяких захворюваннях, пов'язаних з ураженням сполучної тканини, зміст гідроксипроліну в сироватці крові і його екскреція з сечею збільшуються внаслідок підвищеного розпаду колагену. Це зазначається, зокрема, при гіперфункції паращитовидних залоз, переломах трубчастих кісток, деяких пухлинах кістки, пародонтиті, спадкової гіпергідроксіпролінеміі. Останнє захворювання пов'язане з вродженою недостатністю ферменту гідроксіпроліноксідази, який в нормі окисляє частина гидроксипролина крові.

Синтез колагену відбувається на рибосомах фібробластів. Спочатку синтезуються попередники поліпептидних ланцюгів тропоколлагена, що не містять гидроксипролина і гідроксилізин - препроколлаген, який складається з короткого сигнального пептиду, двох С - і N кінцевих пропептид і центрального сегмента - альфа-ланцюга. Сигнальний пептид орієнтує синтез поліпептидних ланцюгів в порожнину ЕПР. Потім відбувається Посттрансляційна модифікація ланцюгів препроколлагена, яка складається з таких етапів:

1. Відщеплення сигнального пептиду під дією специфічної протеїнази.

2. Перетворення залишків проліну і лізину в гидроксипролин і гідроксилізин, відповідно, в складі поліпептидних ланцюгів за участю специфічних гідроксилази, альфа-кетоглютарат, молекулярного кисню, іонів двовалентного заліза і аскорбінової кислоти в якості кофакторів (рис. 4).

 Пролілгідроксілаза-сукцинат
 ...- Гідроксіпроліл -... (в складі поліпеп-тидной ланцюга)
 a-кетоглутарат
+
 СО2
+
O2; аскорбат; Fe 2+

 ...- Пролив -... (в складі полі-пептидного ланцюга)


 Лізілгідроксілаза- сукцинат
 СО2
+
+
O2; аскорбат; Fe 2+
 ...- Гідроксілізіл -... (в складі поліпептіднойцепі)
 a-кетоглутарат
 ...- Лізіл -... (в складі полі-пептидного ланцюга)

Мал. 4. Гідроксилювання залишків проліну і лізину в складі поліпептидних ланцюгів проколагену.

3. Глікозилювання поліпептидних ланцюгів проколагену - приєднання глюкози, галактози або лактози до ОН - груп гідроксилізин під дією різних глікозилтрансфераз.

4. Освіта потрійної спіралі проколлагена і секреція його в міжклітинний простір, де відбувається перетворення проколагену в «зрілий» колаген (тропоколагену) шляхом відщеплення N - і С - кінцевих пептидів у всіх поліпептидних ланцюгах під дією проколлагенпептідази. У стабілізації потрійної спіралі тропоколлагена важливу роль відіграють водневі зв'язки, в утворенні яких беруть участь ОН-групи гидроксипролина.

Далі відбувається полімеризація молекул тропоколлагена в колагенові мікрофібрили, в яких між молекулами тропоколлагена утворюються поперечні ковалентні зв'язки. У їх формуванні беруть участь радикали лізину і гідроксилізин, що знаходяться в різних поліпептидних ланцюгах. Як описано вище, радикали гідроксилізин окислюються далі медьсодержащего лізілоксідази, яка в присутності вітамінів В6 і РР перетворює їх в альдегідні похідні лізину. Новостворені високореактівние альдегідні групи утворюють з іншими залишками лізину ковалентні зв'язки за типом шіффово підстав:

R-CH2-CH2СН2-CH = N-СН2-CH2-CH2-CH2-R *

Просторова структурна організація колагенових фібрил завершується за участю глікопротеїнів типу фібронектину і протеогліканів.

Синтез колагену в клітці регулюється за принципом негативного зворотного зв'язку. Обмін колагену контролюється також гормонами. Глюкокортикоїди пригнічують синтез колагену, паратгормон активує розпад колагену; естрогени, соматотропін, тироксин активують синтез колагену. У процесі синтезу колагену можуть виникати мутації, що обумовлює можливість виникнення спадкових захворювань, пов'язаних з патологією сполучної тканини. До них відносяться недосконалий остеогенез, хондродисплазія і інші.



Загальна характеристика сполучної тканини. | Б. Вітамін С, антискорбутний, аскорбінова кислота, участь в синтезі колагену і інші метаболічні функції.

Фосфорно-кальцієвий обмін і його регуляція. | Біологічні функції фтору. Залежність стану зубів і кісткової системи від вмісту фторидів у воді. | Основна речовина сполучної тканини. Структурна організцією міжклітинної матриксу | Біохімічні зміни в сполучної тканини в процесі старіння і при деяких патологічних станах. | Кісткова тканина як різновид мінералізованою сполучної тканини. | іонного обміну | Органічні компоненти емалі зуба. | Проникність емалі зуба і процес її дозрівання | Дентин. Особливості хімічного складу і обмінних процесів. | Цемент, його біологічні функції, хімічний склад, особливості метаболізму. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати