Простые и сложные белки полости рта

Применение денатурирующих агентов
в биологических исследованиях и медицине
В медицине денатурирующие агенты часто используют для стерилизации
медицинских инструментов и материала, а также в качестве антисептиков.
Например, в автоклавах при высокой температуре стерилизуют медицинские инструменты и материалы.
Фенол и его производные (крезол, резорцин) относят к известным антисептикам ароматического ряда. Обладающие высокой гидрофобностью, они эффективно действуют на вегетативные формы бактерий и грибы, вызывая денатурацию их белков. Эффективность антисептических свойств уменьшается с увеличением растворимости препарата в воде.
Раствор крезола в калийном мыле известен как препарат лизол, применяемый в качестве дезинфицирующего средства.
Берёзовый дёготь - одна из основных составных частей мази Вишневского, содержит в своем составе фенол. Препарат, используемый для лечения ран, обладает высоким антимикробным действием.

Значительное количество антисептиков представлено солями тяжёлых металлов. Их антимикробное действие связано с тем, что уже в довольно низких концентрациях они взаимодействуют с белками микроорганизмов, блокируют их SH-группы и изменяют их конформа-цию. Из-за высокой токсичности большинство лекарств, содержащих соли тяжёлых металлов, применяют в качестве поверхностных антисептиков.
высокой антимикробной активностью обладает сулема - дихлорид ртути (HgCl2). Её используют для обработки рук и дезинфекции помещений. Случайное или преднамеренное отравление препаратами ртути вызывает тяжёлые некротические поражения слизистой оболочки пищеварительного тракта и некротические изменения в почках. Антимикробными свойствами обладают и препараты серебра, такие как ляпис (AgNO3), колларгол (серебро коллоидальное), применяемые для обработки слизистых оболочек при инфекционных заболеваниях.

Классификация белков
по форме молекул
по молекулярной массе
по химическому строению
по функциям
по локализации в клетке
по возможности адаптивно регулировать количество данных белков

ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ
ПОЛОСТИ РТА

•Коллаген—фибриллярный белок
•обладает огромной прочностью и практически не растяжим (прочнее стальной проволоки того же сечения, он может выдерживать нагрузку в 10000 раз большую собственного веса).
•Это самый распространенный белок организма, на него приходиться от 25 до 33% общего количества белка в организме, т.е. 6% массы тела образует основу сухожилий, костей, кожи, зубов и хрящей.
Около 50% всех коллагеновых белков содержится в тканях скелета, около 40% — в коже и 10% — в строме внутренних органов.

Субъединицей коллагена является тропоколлаген
тропоколлаген состоит из 3 α-цепей.
Известно около 30 видов α-цепей
Большинство α-цепей содержит около
1000АК
В тропоколлагене содержится 33% глицина, 25% пролина и 4-оксипролина, 11% аланина, есть гидроксилизин, мало гистидина, метионина и тирозина, нет триптофана.

Первичная структура α-цепей состоит из повторяющейся АК последовательности: ГЛИ-X-Y.
Где X – часто пролин, Y – 4оксипролин или 5-оксилизин.
Такая регулярная последовательность принимает конформацию, называемую коллагеновой спиралью.
Вторичная структура
α-цепи представлена левозакрученной спиралью в витке которой находиться 3 АК.
СТРУКТУРА КОЛЛАГЕНА

Четвертичная структура
3 α-цепи скручиваются друг с другом в правозакрученную суперспираль тропоколлагена.
Она стабилизируется водородными связями, радикалы АК направлены наружу.
При формировании фибрилл молекулы тропоколлагена располагаются ступенчато, смещаясь относительно друг друга на одну четверть длины, что придает фибриллам характерную исчерченность.
•Молекула проколлагена устроена также как и тропоколлагена, но на ее концах находятся С- и N-пропептиды, образующие глобулы.
N-концевой пропептид состоит из 100АК,
•С-концевой пропептид – из 250АК.
•С- и N-пропептиды содержат цистеин, который через дисульфидные мостики образует глобулярную структуру.

Пространственная структура коллагена
Тройная спираль тропоколлагена

Четвертичная структура коллагена
Ковалентные
Поперечные связи
Ионные связи
по типу «конец в
Конец»

Полипептидные
цепи
Тропоколлагеновые молекулы
(тройная спираль)
Коллагеновые фибриллы
Коллагеновое
волокно

На сегодняшний день известно свыше 28 генетических типов коллагена
которые отличаются по первичной структуре цепей, функциям и локализации в организме.

ТИПЫ КОЛЛАГЕНОВ

ТИПЫ КОЛЛАГЕНОВ ПОЛОСТИ РТА
Все типы коллагенов в зависимости от структуры делятся на:
Фибриллообразующие
Ассоциированные с фибриллами коллагена
Нефибриллярные (сетевидные)
Микрофибриллы
Заякоренные фибриллы.
Основная масса коллагенов полости рта относится к фибриллообразующим.

Выполняет структурную и минерализующую функцию

Акцепторами служат радикалы АМК: СЕР, ТРЕ И ЛИЗ.

Эластин — гликопротеин с молек. массой 70 кДа.
Основной белок эластических волокон.
Содержится в стенках кровеносных сосудов, тканях периодонта, подслизистом слое губ и щек, в легких, коже.

Главное свойства эластических волокон – могут растягиваться в несколько раз, сохраняя при этом высокую прочность на разрыв, и возвращаться в первоначальное состояние после снятия нагрузки (резиноподобные свойства).

Аминокислотный состав эластина:
- 27% глицина;
- 19% аланина;
- 10% валина;
- 4,7% лейцина.

Первичная структура Эластина цепь из 800 АК, преобладают глицин, валин, аланин, много пролина и лизина, немного гидроксипролина, отсутствует гидроксилизин.
Большое количество гидрофобных радикалов препятствует созданию регулярной вторичной и третичной структуры эластина, поэтому он приобретает различные конформации.
Сшивки между остатками лизина двух, трёх или четырёх пептидных цепей эластина, образуют специфические структуры, которые называются десмозинами (десмозин или изодесмозин).
Структура эластина

В изодесмозине боковая
цепь мигрирует из положения
С4 в положение С2
Десмозин

Кроме десмозинов, в образовании поперечных сшивок принимает участие лизиннорлейцин, образованный 2-мя остатками лизина:
NH NH
-ОС-СН-(СР2)3-СН2-NH-CH2-(CH2)3-CH-CO-
При нарушении процесса образования десмозинов количество сшивок уменьшается. Это приводит к потере у эластических волокон резиноподобных свойств. Клинически это проявляется дефектами клапанов сердца, эмфиземой легких.
При синтезе эластина вначале синтезируется растворимый мономер – тропоэластин. После образования поперечных сшивок формируется нерастворимый внеклеточный эластин.

Различия между коллагеном и эластином

Свойства коллагена и эластина
высокая эластичность (эластин),
высокая прочность (коллаген),
волокнистость,
плохая растворимость в воде,
высокая устойчивость к денатурации,
плохая перевариваемость в ЖКТ,
низкая антигенность,
низкая биологическая ценность из-за ограниченного аминокислотного состава

Белки слюны представлены полиморфными группами:
Некоторые белки существуют в единичной форме: фактор роста эпителия, фактор роста нервов, лактоферрин и др.

1. Белки, богатые
пролином (ББП)
Выделяются, в основном, с секретом околоушных слюнных желез. Выполняют минерализующую и защитную функции.
ББП составляют 70% всех белков секрета и подразделяются на 3 группы:
Кислые
Основные
Гликозилированные
В этих белках пролина, глицина и глутамина от 70% до 90% от всех аминокислотных остатков.

2. Гистатины - белки богатые гистидином (ББГ)
Возможно, отсутствие определенной структуры у ББГ и ББП облегчает образование с различными таннинами и белками как растворимых, так и нерастворимых комплексов.

3. Белки, богатые тирозином - стазерины (статерины)
Это гликофосфопротеины с высоким содержанием тирозина. На N-концах молекул находятся фосфорилированные остатки серина, которые связывают кальций;
Кальций связывающие белки, препятствуют чрезмерно быстрому осаждению ионов фосфора и кальция на поверхности эмали зуба;
Участвуют в образовании пелликулы зуба и угнетают рост бактерий (как и гистатины).
Совместно с гистатинами они ингибируют рост как аэробных, так и анаэробных бактерий.

4. Цистатины - кислые низкомолекулярные белки
полости рта
Есть данные, что цистатины выполняют антимикробную и антивирусную функцию, через ингибирование активности ферментов – цистеиновых протеиназ, гидролизирующих белки полости рта.
Специфически связываясь в активном центре ферментов с остатками цистеина, тормозят активность цистеиновых протеиназ.
К ним относятся - катепсины
B, H, L.

Carbohydrates and Glycobiology
Glycoconjugates: Proteoglycans, Glycoproteins, and Glycosphingolipids
Carbohydrates as Informational Macromolecules: the Sugar Code
Fig. 7-34. Helicobacter pylori cells adhering to the gastric surface.

Гликобиология изучает структуру и функции гликоконъюгатов; сегодня эта наука является одной из наиболее активно развивающихся областей биохимии.
Класс под названием гликопротеины или,
гликоконъюгаты – это белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе.

Гликопротеины
Истинные ГП
простой белок 80-90%
углеводы 10-20 %
нерегулярного строения:
моносахариды
гексозамины
нейраминовая кислота
сиаловая кислота
Протеогликаны
простой белок 2-10 %
углеводы 90-98 %
регулярные – ГАГи
гиалуроновая кислота
хондроитинсульфаты
гепарин

Истинные ГП
Муцины
Гормоны – ФСГ, ЛГ, ТТГ
Ферменты – протромбин, холинэстераза
Транспортные белки- трансферрин, церулоплазмин, гаптоглобин
Белки, определяющие группу крови
Иммуноглобулины
Рецепторы
Сиалопротеины
Интерфероны

ГЛИКОПРОТЕИНЫ
ДЛЯ ИСТИН. ГЛИКОПРОТЕИНОВ УГЛЕВОДНЫЙ ОСТАТОК ЯВЛЯЕТСЯ ОЛИГОСАХАРИДОМ,
ИМЕЕТ НЕРЕГУЛЯРНОЕ СТРОЕНИЕ И СОДЕРЖИТ МАННОЗУ, ГАЛАКТОЗУ, ГЛЮКОЗУ, И ИХ АМИНОПРОИЗВОДНЫЕ, ТАКЖЕ N-АЦЕТИЛНЕЙРАМИНОВУЮ КИСЛОТУ.
ОЛИГОСАХАРИДНЫЕ ЦЕПИ УЧАСТВУЮТ В ГЛИКОПРОТЕИНАХ В ОБРАЗОВАНИИ
ВЫСОКОСПЕЦИФИЧНЫХ УЧАСТКОВ УЗНАВАНИЯ И ЦЕНТРОВ СВЯЗЫВАНИЯ.
ОНИ ПРИСОЕДИНЕНЫ К АМИНОКИСЛОТАМ БЕЛКОВ ЛИБО N-ГЛИКОЗИДНОЙ СВЯЗЬЮ -
К АМИДНОМУ АЗОТУ АСПАРАГИНА, ЛИБО О-ГЛИКОЗИДНОЙ СВЯЗЬЮ - К ГИДРОКСИГРУППЕ ОСТАТКОВ СЕРИНА, ТРЕОНИНА, ГИДРОКСИЛИЗИНА.
Способы присоединения углевода к белку

ФУНКЦИЕЙ ГЛИКОПРОТЕИНОВ ЯВЛЯЮТСЯ:
1. Структурная –клеточная стенка бактерий, костный матрикс, например, коллаген, эластин.Протеогликаны значимы для межклеточного пространства, особенно соединительной ткани, в которое погружены коллагеновые волокна. 2. Защитная – например, антитела, интерферон, факторы свертывания крови (протромбин, фибриноген).
3. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ.
4. Гормональная – гонадотропный, адренокортикотропный и тиреотропный гормоны.
5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза.
6. Транспортная – перенос веществ в крови и через мембраны, например, трансферрин, транскортин, альбумин, Na+,К+-АТФаза.

Лизоцим - антимикробный фермент
Лизоцимы – гликопротеины, молекулярная масса составляет 15 – 17 кДа, содержат до 50% углеводных компонентов.
Лизоцим катализируют реакцию гидролиза
1-4-гликозидных связей в полисахаридах бактериальных стенок.

ФУНКЦИИ МУЦИНОВ В СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКЕ
МУЦИНЫ - ГЛАВНЫЕ ГЛИКОПРОТЕИНЫ СЛИЗИ
Муцины — главные гликопротеины слизи, покрывающей дыхательные, пищеварительные и мочеполовые пути. Слизистый слой защищает от инфекций, обезвоживания, физических и химических повреждений, а также играет роль смазки и способствует прохождению веществ по тракту.
Муцины слизи продуцируются высокоспециализированными бокаловидными клетками эпителия или клетками специализированных слизистых желез.

УГЛЕВОДНО-БЕЛКОВЫЙ СОСТАВ МУЦИНОВ
Углеводный состав муцинов. Около 95% массы слизи составляет вода, 1% – соли и другие диализуемые компоненты, 0,5-2% – свободные белки, нуклеиновые кислоты и липиды и около 3% – муцины. Муцины с аналогичными характерными чертами присутствуют не только в слизи. Их много обнаружено в желчи, соке пожелудочной железы и дуоденальном соке.
Углеводный состав муцинов представлен пятью типами моносахаридов: фукозой (Fuc), галактозой (Gal), N-ацетилглюкозамином (GlcNAc), N-ацетил-галактозамином (GalNAc) исиаловыми кислотами. Сиаловые кислоты — обобщенное название производных нейраминовой кислоты. Имеется незначительном присутствии в муцинах и других моносахаридов. Перечисленные моносахариды образуют олигосахаридные цепочки, содержащие от 1 до 22 (в среднем 8–10) моносахаридных остатков. Цепочки связаны O-гликозидной связью, в образовании которой участвуют N-ацетилгалактозамин и гидроксильная группа боковой цепи серина или треонина.

Белковый состав муцинов. На долю белка в муцинах приходится около 30% массы молекулы. Муцины характеризуются необычным аминокислотным составом — более 50% приходится на серин, треонин и пролин. Большое содержание серина и треонина в муцинах обусловлено тем, что сотни углеводных цепочек связываются только с серином или треонином. Высокое содержание пролина необходимо, по-видимому, для формирования особой конформации белкового остова, способного разместить на себе сотни углеводных цепочек. Кроме того, известно, что пролин способствует гликозилированию соседних с ним серина или треонина. Из соотношения аминокислотных остатков и углеводных цепей следует, что каждый третий остаток должен быть связан с углеводной цепочкой. Поэтому основная часть белка в муцинах должна иметь конформацию вытянутого, довольно жесткого стержня. Такую структуру сравнивают с ершиком для мытья посуды, у которого стержнем является полипептид, а углеводные цепочки – щетинками.
Вторая особенность аминокислотного состава муцинов – большое количество цистеиновых остатков. Эти остатки участвуют в образовании олигомерной структуры муцинов, так как при обработке тиоловыми агентами муцины распадаются на отдельные, скорее всего неидентичные, но очень сходные между собой субъединицы. При этом углеводный и белковый состав отдельной субъединицы мало отличается от их состава в олигомерной структуре

МЕМБРАННЫЕ И СЕКРЕТИРУЕМЫЕ МУЦИНЫ
.
У человека выделяют до 21 вида мукопротеинов, обозначаемых как MUC1, MUC2 и так далее (табл. 1), которые по месту своего расположения в слизи делятся на мембранные и секретируемые формы .

Секретируемые и мембранные формы муцинов в защитном барьере эпителия. а — Секретируемые муцины формируют поверхностный защитный гель над эпителиальными клетками. MUC2 — самый распространенный муцин слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. б — Трансмембранные муцины экспонируются на поверхности клеток эпителия, где они представляют собой часть гликокаликса. Участки с тандемными повторами аминокислот на N-конце жестко закреплены над гликокаликсом, и при их отрыве у MUC1 и MUC4 открываются субъединицы муцинов, способные передать в клетку стрессовый сигнал.

Таблица 1. Классификация муцинов и их примерная локализация в организме.

Функции муцинов

Функции белков полости рта

ГЛИКОЗАМИНОГЛИКАНЫ

Гликозаминогликаны относятся к гетерополисахаридам. Это линейные структуры, построенные из повторяющихся дисахаридных единиц. Молекула дисахарида состоит из уроновой кислоты и аминосахара, аминогруппа которого обычно ацетилирована.
Основными представителями структурных гликозаминогликанов являются гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и
дерматансульфаты.
Эти молекулы входят в состав протеогликанов, функцией которых является заполнение межклеточного пространства и удержание здесь воды, также они выступают как смазочный и структурный компонент суставов и других тканевых структур.

Структура различных классов гликозаминогликанов

СОСТАВ ГЛЮКОЗАМИНГЛИКАНОВ
Название глюкозамин-
гликана
Дисахаридный мономер

Протеогликаны

Протеогликаны
Другая группа гликоконъюгатов, протеогликаны состоят из белковой части, к которой ковалентно присоединено несколько десятков полисахаридных цепей, состоящих из повторяющихся дисахаридных остатков.
Дисахариды включают в себя какую-либо уроновую кислоту и аминосахар. Многократно дублируясь, дисахариды образуют олиго- и полисахаридные цепи – гликаны. Для углеводной части встречаются другие названия – кислые гетерополисахариды (т.к. имеют много кислотных групп), гликозаминогликаны (содержат аминогруппы). Избыток анионных групп (сульфатных, карбоксильных) придает молекулам гликозаминогликанов высокий отрицательный заряд.

Протеогликаны
Коровый белок (5-10%)
ГАГ (90-95%)
Белковый компонент - это особый COR-белок. К нему при помощи трисахаридов присоединяются ГАГ.
1 молекула COR-белка может присоединить до 100 ГАГ.
Белковый и небелковый компоненты связаны прочными ковалентными связями.

Структура надмолекулярного протеогликанового комплекса

В межклеточном пространстве протеогликаны связаны с гиалуроновой кислотой. Образуется сложный надмолекулярный комплекс. В его составе: гиалуроновая кислота, особые связующие белки, а также протеогликаны.
Разные протеогликаны отличаются размерами молекул. Относительным содержанием белка и набором ГАГ.

Классификация протеогликанов

Классификация протеогликанов.
Большие протеогликаны.
Белки имеют большую молекулярную массу и содержат более 100 цепей ГАГ.
Сюда относятся агрекан, версикан, нейрокан и др.
Агрекан – основной ПГ хрящевой ткани. В цементе зуба, пульпе, слизистой оболочке, костной ткани и коже присутствует версикан.
Их особенность: они могут связываться с коллагенами, гиалуроново кислотой и образовывать протеогликановые агрегаты.
Малые протеогликаны.
Имеют небольшой коровый белок, к которому присоединены 1-2 цепи ГАГ.
К ним относятся:
- фибромодулин – присоединяется к коллагену 2 типа и ограничивает тем самым их диаметр;
- люмикан – присутствует в мышечной, хрящевой тканях, легких, тонкой кишке, роговице. Регулирует образование сетчатой структуры коллагена;
- остеоадерин – синтезируется остеобластами и одонтобластами. Определяется ан стадии созревания эмали и участвует в процессах минерализации;
- декорин и бигликан – сходны по размерам и структуре. Участвуют в межклеточных взаимодействиях.

ПГ, ассоциированные с клетками.
Сюда относятся: серглицины, синдеканы, тромбомодулин, фосфатидилинозитол – это заякоренные ПГ.
Они содержат внутриклеточный и внеклеточный домены. Внеклеточными доменами они связываются с коллагенами, фибронектином, тромбоспондином и др.
ПГ базальных мембран.
В состав их входит гепарансульфат. Основной представитель перлекан. В молекуле перлекана определяется около 30-ти глобулярных доменов, которые обеспечивают связь между клетками и компонентами межклеточного матрикса.

Функции протеогликанов и ГАГ
они являются структурными компонентами межклеточного матрикса;
протеогликаны и гликозаминогликаны специфически взаимодействуют с коллагеном, эластином, фибронектином, ламинином и другими белками межклеточного матрикса;
депонирование воды.Формирование тургора ткани;
все протеогликаны и гликозаминогликаны, являясь полианионами, могут присоединять, кроме воды, большие количества катионов (Na+, K+, Са2+).Минерализационная роль (связывание Ca2+ в кости и зубе).

протеогликаны и гликозаминогликаны играют роль молекулярного сита в меж-клеточном матриксе, они препятствуют распространению патогенных микроор-ганизмов;
гиалуроновая кислота и протеогликаны выполняют рессорную функцию в суставных хрящах;
противосвертывающая функция (гепарин)
защитная функция (сайты связывания иммуноглобулинов)

Протеогликаны и гликозаминогликаны в тканях полости рта