Биохимия соединительной ткани.

Соединительная ткань выполняет структурные и опорные функции. Сухожилия, связки, хрящи – элементы соединительной ткани.

Соединительная ткань окружает кровеносные сосуды, образует важную в структурном отношении подкожную клетчатку, связывает между собой клетки отдельных тканей, заполняет пространство между клетками так называемым основным веществом.

Существуют три главных молекулярных компонента соединительной ткани: два фибриллярных белка – коллаген и эластин и протеогликаны – семейство гибридных молекул, представляющих собой белки, ковалентно связанные с полисахаридами.

Фибриллы коллагена не растягиваются, а фибриллам эластина характерна высокая степень растяжимости.

Сухожилия, при помощи которых мышечное усилие передается костям, состоят, в основном, из коллагена. Связки, богатые эластином, соединяют кости скелета и удерживают их в суставах. Они должны быть гибкими и эластичными. Протеогликаны выполняют функцию основного вещества, в которое погружены или которым покрыты волокнистые элементы соединительной ткани. Протеогликаны содержат много полисахарида и относительно мало белка.

Протеогликаны играют также роль межтканевых прослоек и служат смазочным материалом в суставах.

Коллаген, эластин и протеогликаны синтезируются в фибробластах и хондроцитах – специализированных клетках соединительной ткани. Затем эти белки выталкиваются из клеток и приобретают структурную организацию, свойственную различным элементам соединительной ткани.

Синтез коллагена.

В организме человека основная масса коллагена синтезируется высокоспециализированными клетками – остеобластами в костях, одонтобластами в зубной ткани, хондробластами в хрящах, фибробластами в мягких опорных тканях (сухожилиях, связках, фасциях), паренхиматозных органах и мышечной ткани. Все эти типы клеток имеют мезодермальное происхождение. Коллаген некоторых базальных мембран (капсулы хрусталика, почечных клубочков) имеет эктодермальное происхождение. Коллагенсинтезирующие клетки производят также и другие структурные компоненты соединительной ткани: эластин, гликопротеиды, гликозаминогликаны.

Образование фибриллярного белка коллагена подчиняется общей схеме синтеза белка. В то же время для его осуществления необходимы специальные системы, обеспечивающие реакции гидроксилирования пролина и лизина с образованием оксипролина и оксилизина.(См. 3а).

Коллагены содержат около 35% остатков глицина и примерно 11% остатков аланина. Другим отличительным признаком коллагена является высокое содержание в нем пролина и 4-гидроксипролина, на их долю приходится около 21% всех аминокислотных остатков коллагена. Преобладание четырех аминокислот над всеми другими определяет относительно низкую питательную ценность белка (желатины). Пролин и гидроксипролин образуют изгибы в полипептидной цепи и поэтому вторичная структура белка представлена в этих участках b-складчатостью (так как присутствие этих аминокислот несовместимо с a-спиралью.

Первичная структура коллагена характеризуется высоким содержанием глицина (около 35%) и аланина (11%), а также пролина и оксипролина.

Вторичная структура представлена b-складчатостью, так как высокое содержание пролина и оксипролина несовместимо с образованием a-спирали.

Коллаген синтезируется в форме предшественника – проколлагена. Проколлаген содержит дополнительные N- и С-концевые пептиды, содержащие 120 – 130 аминокислотных остатков, среди которых нет либо очень мало пролина и глицина, много кислых остатков и цистеина. Дополнительные пептиды не способны образовывать спираль коллагенового типа, роль их окончательно еще не выяснена. После освобождения a-цепей из полисом между остатками цистеина в N-концевых пептидах образуются дисульфидные связи. Эти связи, по-видимому, необходимы для формирования тройной спирали коллагенового типа в той части молекулы предшественника, которая соответствует будущей молекуле коллагена.

Полагают, что дополнительные N-концевые пептиды могут препятствовать образованию внутри клеток нерастворимых молекулярных агрегатов либо участвовать в фибриллогенезе, где они служат "ориентационными" пептидами.

Дополнительные С-концевые пептиды проколлагена изучены мало. Показано, что они неспирализованы и в молекуле проколлагена соединены друг с другом дисульфидными связями.

Известно, что свободные оксипролин и оксилизин не включаются в полипептидные цепи коллагена в процессе трансляции. Их остатки образуются в результате ферментативного гидроксилирования остатков пролина и лизина, включенных в состав полипептидов. Считают, что процессы гидроксилирования пролтна и лизина идут на рибосомах после достижения синтезируемой цепью определенной длины.

Гидроксилирование пролина и лизина осуществляют два высокоспецифичных фермента – пролилигидроксилаза и лизилгидрокислаза. Подавление гидроксилирования остатков пролина и лизина в проколлагене препятствует выводу его из клетки. Часть образовавшихся остатков оксилизина, входящих в состав проколлагена, гликозилируется под воздействием высокоспецифичных глюкозил-галактозилтрансфераз. Этот процесс требует присутствия ионов двухвалентного марганца.

Сформировавшиеся молекулы проколлагена транспортируются в сферические участки мешочков комплекса Гольджи, откуда они переходят в цилиндрические части мешочков. Затем эти части мешочков формируются в секреторные гранулы, и молекулы проколлагена покидают клетку путем экзоцитоза.

В межклеточном пространстве молекулы проколлагена подвергаются отщеплению N- и С – концевых пептидов, в результате чего они превращаются в типичные молекулы коллагена. Вначале удаляются N-концевые, а потом С – концевые пептиды.

(Схема биосинтеза коллагена рис. 11, В.Н. Никитин, Е.Э. Пермский, Л.А. Утевская. Возрастная и эволюционная биохимия коллагеновых структур, стр. 42).

Образовавшиеся молекулы коллагена включаются либо в состав уже существующих фибриллярных структур, либо в состав вновь формирующихся структур.