Биосинтез коллагена. Обмен меди (Сu)

06 Августа в 17:55 3605 0


Коллаген, основной внеклеточный компонент соединительной ткани, представляет собой фибриллярный секреторный белок. Он входит в состав всех тканей организма, обеспечивая им структурную прочность. Молекулы коллагена имеют характерную структуру в виде длинной жесткой тройной спирали. Три полипептидные цепи (α-цепи) белка скручены друг с другом в правостороннюю суперспираль, образующую стержневидную структуру. В общей массе белков у млекопитающих коллаген составляет около 30%, и содержится в коже, костях скелета и строме внутренних органов в примерном соотношении 4:5:1. В тканях коллаген находится в основном в виде волокон, образуя нити, фибриллы, сетки и связки. Для коллагена, а также эластина, характерны прочность на разрыв и гибкость.

По составу коллагену свойствен ряд особенностей:

1) Формирование тройной спирали обусловлено большим количеством пролиновых и глициновых остатков. Треть всех остатков α-цепи — глицин. Эта аминокислота — единственная, которая может формировать центральный участок спирали;

2) Обнаружено около 25 различных белков a-цепей, причем каждый кодируется отдельным геном. В разных тканях экспрессируются разные комбинации этих генов;

3) На сегодняшний день обнаружено около 15 типов коллагенов. Наиболее распространены коллагены I типа — фибриллярные, скрученные в канатовидную спираль. В табл. 1 приведены основные характеристики различных типов коллагенов по Д.М. Фаллер и Д. Шилдс (2004);

4) Богатство коллагенов остатками гидроксипролина и гидроксилизина, которые образуются при посттрансляционном гидроксилировании пролина и лизина соответствующими гидроксилазами, благодаря легкости образования преимущественно между остатками лизина дисульфидных мостиков обеспечивает прочность коллагеновых волокон.

Таблица 1. Основные характеристики разных типов коллагена

Тип

Распределение в тканях

Отличительные черты

Ультра-структура

Место синтеза

Взаимодействие с гликозами- ногликанами

Основная функция

I

Дерма, кости, сухожилия, фасции, склера, капсулы органов, волокнистые хрящи

Плотно упакованные, толстые волокна

Волокна различного диаметра

Фибробласт, остеобласт, хондробласт

Незначительные, в основном с дерматансульфатом

Препятствует растяжению

II

Гиалиновые и эластиновые хрящи

Рыхлая сеть коллагена

Нет волокон; очень тонкие фибриллы, погруженные в большое количество основного вещества

Хондробласт

Сильные взаимодействия, в основном с хондроитинсульфатом

Устойчивость к перепадам давления

III

Гладкая мускулатура, эндоневрий, артерии, матка, печень, селезенка, почки, легкие

Рыхлая сеть из тонких волокон; ретикулярные волокна

Рыхло упакованные тонкие фибриллы относительно постоянного диаметра

Фибробласт, гладкая мускулатура, ретикулярные и шванновские клетки, гепатоцит

Средняя активность взаимодействий, в основном с гепарансульфатом

Поддержание структуры крупных органов

IV

Эпителииальные и эндотелиальные базальные мембраны

Тонкая, аморфная мембрана

Нет ни волокон, ни фибрилл

Эндотелиальные и эпителиальные клетки, мышечные и шванновские клетки

Взаимодействие с гепарансульфатом

Поддержка и фильтрация

V

Мышечные базальные мембраны

Данных недостаточно

Данных недостаточно

Данных недостаточно

Данных недостаточно

Данных недостаточно

Установлено, что синтез и стабилизация волокнистого компонента соединительной ткани, а именно, полимеризация коллагеновых и эластических волокон, происходит в несколько стадий. На внутриклеточных стадиях, проходящих вначале на рибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума (ШЭР), синтезируются α-цепи пропептида, которые затем поступают в полость ЭР. Здесь с помощью витамина С и -содержащих проколлаген-гидроксилаз остатки пролина и лизина гидроксилируются, а гидроксилизин дополнительно гликозилируется углеводными остатками глюкозы и галактозы. Уровень гликозилирования зависит от типа ткани, где образуется коллаген. По цистернам гладкого ЭР и аппарата Гольджи про-α-цепь перемещается к плазматической мембране. На последних стадиях гликозилирования α-цепи соединяются дисульфидными мостиками по 3 в единый комплекс, который сворачивается в тройную спираль проколлагена. Он секретируется из клетки аппаратом Гольджи в везикулах путем экзоцитоза.

На внеклеточных стадиях проколлаген превращается в тропоколлаген, волокна которого с помощью Си- и пиридоксаль-содержащего фермента лизилоксидазы поперечно сшиваются в микрофибриллы, а затем в полимерные фибриллы коллагена. Образование внутри- и межмолекулярных поперечных связей происходит благодаря окислительному дезаминированию ε-аминогрупп лизина и оксипролина (Гринстейн, 2004) (рис. 1).

Синтез коллагена

Рис. 1. Синтез коллагена

При окислительном дезаминировании аминогрупп лизиновых остатков р-пептидных цепей коллагена образуются поперечные связи типа шиффовых оснований и альдольных конденсатов. Кроме лизилоксидазы, в этом процессе участвует Fe-содержащий фермент пролилгидроксилаза. Недостаточность в организме меди или пиридоксаля (витамина В6) приводит к снижению активности лизилоксидазы и, следовательно, к замедлению полимеризации при формировании волокнистого компонента соединительной ткани мономеров коллагена и эластина. То же происходит при недостатке в организме железа. Именно такие последствия наблюдаются при ангио-, остео- и дерматолатиризме, т.е. при заболеваниях, вызванных поступлением в организм ариламинов, например, латирогенов (β-аминопропионитрил, β-аминоа- цетонитрил и другие компоненты душистого горошка Lathyrus odoratus и других растений этого рода, в частности, чины — L. sativa).

Удаление ионов металлов из молекул ферментов с помощью хелатообразующих лигандов приводит к замедлению процесса окислительного дезаминирования отмеченных аминогрупп и к повреждению волокнистого компонента соединительной ткани, то есть к нарушению нормального фибрилло- генеза. Ингибирование указанных ферментов лекарственными препаратами объясняется образованием хелатных комплексов, где ион Сu в лизилоксидазе и Fe в пролилгидроксилазе являются центральным атомом, а молекулы ариламинов — лигандами. При длительном применении различных лекарств может развиваться волчаночноподобный синдром (Подымов, 1981).

Следует оговориться, что степень комплексообразования лигандов (препаратов) с центральными атомами ферментов зависит от концентрации (дозы) лигандов, особенностей их фармакокинетики, физиологического состояния организма.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74636 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19425 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17287 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы