Биохимия соединительной ткани. Лекция 7

Структурные разновидности соединительной ткани
Жировая
клетчатка
хрящи
Клапаны
сердца
сухожилия
кости
фасции
нейроглия
зубы
десны
перегородки
Стенки
сосудов

ФУНКЦИИ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ
Структурная
Универсальный биологический клей
Обеспечение постоянства тканевой проницаемости
Обеспечение водно-солевого равновесия
Защитная функция
Депонирующая функция

Значение внеклеточного матрикса
Продвижение клеток во время эмбриогенеза,
Острые и хронические воспаления,
Проблема метастазирования опухолевых клеток,
Коллагенозы, связанные с генетическими нарушениями обмена молекул матрикса,
Старение и проблемы косметологии.

Основные белки
соединительной ткани:
-Коллаген,
-Эластин,
-Гликопротеины,
-Протеогликаны.

Коллаген
Самый распространенный белок (25-33% всех белков организма)
Входит в состав коллагеновых волокон
Самый прочный белок
Водонерастворимый, но набухающий белок
Мультимерный белок(субъединица–тропоколлаген)
Выполняет структурную и минерализующую функцию

Первичная структура коллагена
-мало или совсем нет триптофана, цистеина
-каждая третья аминокислота– глицин,
-содержание пролина и гидроксипролина колеблется от 14 до 23%,
- высока доля лизина и гидрокслизина
- [гли-про-Х], где Х – какая-либо из остальных аминокислот.

Вторичная структура коллагена
левозакрученная α-спираль.
На один виток спирали приходится 3 а.а остатка, а не 3,6, как это характерно для вторичной структуры глобулярных белков.

Третичная структура коллагена
Коллаген – мультимерный белок
Субъединицей коллагена является тропоколлаген- правозакрученная спираль из трёх α-цепей, соединенных друг с другом водородными связями за счет остатков гидроксипролина (тройная спираль)

Четвертичная структура коллагена
Ковалентные
Поперечные связи
Ионные связи
по типу «конец в
конец»
способ укладки молекул тропоколлагена в пространстве в виде фибриллярных структур

УРОВНИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ КОЛЛАГЕНА

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

Синтез и процессинг коллагена в фибробластах соединительной ткани

1. СИНТЕЗ ПРЕПРОКОЛЛАГЕНА
Молекула-предшественник- препроколлаген, содержащий на N-конце сигнальную последовательность, состоящую из 100 аминокислотных остатков, синтезируется на прикрепленных к эндоплазматическому ретикулуму рибосомах.

2. ТРАНСПОРТ В ЭПР, ГИДРОЛИТИЧЕСКОЕ ОТЩЕПЛЕНИЕ СИГНАЛЬНОГО ПЕПТИДА
После проникновения в пространство эндоплазматического ретикулума, происходит отщепление сигнальной последовательности под действием специфической протеиназы. Образуется проколлаген.

3. ГИДРОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТНЫХ ОСТАТКОВ ПРОЛИНА И ЛИЗИНА

4. ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТНЫХ ОСТАТКОВ ГИДРОКСИЛИЗИНА
Углеводные остатки связываются с 5-ОН-группами гидроксилизина О-гликозидными связями.
Чаще всего углеводными компонентами являются галактоза или дисахарид галактозилглюкоза.

5. ОБРАЗОВАНИЕ ТРОЙНОЙ СПИРАЛИ ПРОКОЛЛАГЕНА
включает несколько процессов:
а) Между С-концевыми последовательностями полипептидных цепей формируются межцепочечные дисульфидные связи
б) Каждая пептидная цепь проколлагена соединяется водородными связями с двумя другими цепями образуя тройную спираль проколлагена

6. СЕКРЕЦИЯ В МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС
После завершения внутриклеточного процессинга молекулы гликозилированного проколлагена перемещаются к наружной поверхности клетки через комплекс Гольджи,
включаются в секреторные пузырьки и секретируются в межклеточное пространство экзоцитозом.

7. ОТЩЕПЛЕНИЕ С- и N-КОНЦЕВЫХ ПЕПТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
Внеклеточные специфичные проколлагенпептидазы
( амино- и карбоксипептидазы), отщепляют на N-и С- концах последовательности аминокислот с молекулярной массой 20 и 30-35 кДа, в результате чего образуются молекулы тропоколлагена

8. ОБЪЕДИНЕНИЕ МОЛЕКУЛ ТРОПОКОЛЛАГЕНА
а) Самопроизвольное объединение молекул тропоколлагена по типу «конец в конец» (ионные связи)
б) Ковалентное объединение молекул тропоколлагена по типу «бок о бок» (кислород, Сu2+, лизилоксидаза) с образованием нерастворимого коллагена.
Образовавшиеся альдегиды участвуют в формировании ковалентных связей между собой, а также с другими остатками лизина или гидроксилизина соседних молекул тропоколлагена, и в результате возникают поперечные сшивки, стабилизирующие фибриллы коллагена

СИНТЕЗ И ПРОЦЕССИНГ КОЛЛАГЕНА

КАТАБОЛИЗМ КОЛЛАГЕНА

Эластин- основной белок
эластических волокон, которые
содержатся в межклеточном веществе
кожи, стенок кровеносных сосудов,
связок, лёгких, желчного пузыря,
мочевого пузыря, кишечника,
(тканей, которые могут растягиваться).
преобладают аминокислоты с неполярными радикалами: глицин, валин, аланин
много пролина и лизина
нет гидроксилизина
мало гидроксипролина
- не формируют регулярные вторичную и третичную структуры

Молекулярная организация эластиновой структуры

Различия между коллагеном и эластином

Основные гликопротеины
соединительной ткани

Протеогликаны

Структура мономера глюкозамингликанов
{гексуроновая кислота (галактоза)-O-
Ацетилгексозамин / сульфат}n

СОСТАВ ГЛЮКОЗАМИНГЛИКАНОВ
Название глюкозамин-
гликана
Дисахаридный мономер

Глюкозаминогликаны входят в состав сложных белков- протеогликанов

ПРОТЕОГЛИКАНОВЫЙ АГРЕГАТ
Коровый
белок
субъединица
Гиалуроновая
кислота
Другие
ГАГ
Связующий
белок
Протеогликановый
агрегат

Функции протеогликанов
Депонирование воды,
Депонирование жира (адипоциты)
Депонирование осмотически активных ионов (Na+, Cl-),
Формирование тургора ткани,
Минерализационная роль (связывание Ca2+ в кости и зубе),
Формирование гисто-гематических барьеров,
Противосвертывающая функция (гепарин)
Защитная функция (сайты связывания иммуноглобулинов)

Особенности метаболизма соединительной ткани
1. Низкая скорость обновления всех молекул
(более длительный период полураспада
по сравнению с другими тканями). Например:
- τ1/2 белков печени, почек, легких ~ 5 дней
- τ1/2 альбуминов плазмы крови ~ 7-26 дней,
- τ1/2 коллагена кости ~ 10 лет

Особенности метаболизма соединительной ткани
Возрастные изменения метаболизма соединительной ткани:
-снижение количества ГАГ,
-снижение отношения ХС/KС (12.0 – дети; 0.95 – старше 60 лет),
-увеличение отношения коллаген/эластин,
-увеличение числа поперечных сшивок в коллагене,
-увеличение резистентности коллагена к протеолизу,
-снижение уровня экскреции оксипролина с мочой,
-снижение содержания воды (тургор),
-аномальное накопление солей кальция и
других труднорастворимых солей,
-накопление липофусцина,
-накопление гликозилированных белков (белков Амадори)

МУКОПОЛИСАХАРИДОЗЫ
Наследственные дефекты гидролаз, участвующих в катаболизме гликозаминогликанов. Характеризуются избыточным накоплением гликозаминогликанов в тканях, приводящим к деформации скелета и увеличению органов, содержащих большие количества внеклеточного матрикса. Проявляются деформациями скелета, поражениями сосудов, помутнением роговицы, нарушениями в умственном развитии детей, уменьшением продолжительности жизни.