Распад коллагена в организме.

Распад коллагена – многоступенчатый процесс. На начальных стадиях процесс идет под действием специфических ферментов – коллагеназ. Расщепление идет по связям "Гли – Лей" или "Гли – Илей", при этом расщепление молекулы не нарушает спиральной конформации обоих фрагментов.

Трехспиральные фрагменты молекулы коллагена, образующиеся в результате действия колагеназы, денатурируют в растворе при более низких температурах, чем нативные молекулы.

Одним из последних этапов деградации коллагена является расщепление трипептидов ГЛИ – ПРО – ОПРО, образовавшиеся дипептиды последовательно расщепляются имидодипептидазой и имимнодипептидазой.

Фибриллы коллагена состоят из повторяющихся полипептидных субъединиц, называемых тропоколлагеном. Молекулярная масса тропоколлагена составляет около 285 кДа. Тропоколлаген состоит из трех полипептидных цепей. Тропоколлаген представляет собой палочкообразную молекулу длиной 300 нм и толщиной всего лишь 1,5 нм. Субъединицы уложены вдоль фибриллы в виде параллельных пучков по типу "голова к хвосту". Головки параллельно расположенных молекул тропоколлагена сдвинуты относительно друг друга ступенчатым образом на одно и то же расстояние в продольном направлении. Этим объясняется характерная для коллагеновых волокон поперечная исчерченность. Три спирально навитые друг на друга полипептидные цепи имеют равную длину, и в каждой из них содержится около 1000 аминокислотных остатков. В одних коллагенах все три цепи имеют одинаковую аминокислотную последовательность, в других идентичны только две цепи, а третья отличается от них. Каждая полипептидная цепь тропоколлагена образует левую спираль, на один виток которой приходится только три аминокислотных остатка. Присутствие большого количества пролина и гидроксипролина придает цепи жесткую изогнутую конформацию, три спиральные полипептидные цепи плотно обвиты одна вокруг другой. Полипептидные цепи соединены между собой также поперечными водородными связями. В коллагене обнаружены необычные ковалентные связи, образующиеся между двумя остатками лизина, находящимися в соседних цепях. Расположенные рядом друг с другом тропоколлагеновые тройные спирали тоже соединены поперечными связями. Тропоколлаген практически нерастворим вследствие очень плотной скрученности его тройных спиралей, а также из-за наличия поперечных связей. По мере старения человека в тропоколлагеновых субъединицах и между ними становится все больше поперечных связей, что делает фибриллы коллагена в соединительной ткани более жесткими и хрупкими. Присутствие коллагена во многих структурах, его увеличивающаяся при старении хрупкость и жесткость изменяют механические свойства хрящей и сухожилий, делают более ломкими кости и понижают прозрачность роговицы глаза.

Коллагеновая спираль уникальна, так как не встречается ни в каких других белках, кроме коллагена, в отличие от a-спирали и b-конформации, которые хотя бы в виде небольших участков обнаруживаются во многих глобулярных белках. Две нестандартные аминокислоты присутствуют в коллагене. Они образуются из стандартных аминокислот – пролина и лизина – путем их гидроксилирования – это оксипролин и оксилизин:

_{6
5 4 3 2 1}

OH CH₂ – CH – CH₂ – CH₂ – CH - COOH

½ ½ ½ ½

H – C CH₂ NH₂ OH NH₂

^{4
3}

₁ оксилизин

H₂C⁵ ²CH – COOH

оксипролин

Исследование первичной структуры коллагена показало, что вдоль a-цепей коллагена чередуются области скоплений "полярных" и "неполярных" аминокислотных остатков. Наиболее часто среди дипепитдов, содержащих глицил, встречаются "Гли – Про" и "Опро – Гли", а среди трипептидов – "Гли – Про – Опро". Типичная последовательность "полярных" и "неполярных" блоков аминокислот в a-цепях может быть схематически представлена следующим образом:

-- (Гли – Х – Ц) -- --(Гли – Про – Z)—

"полярная" область "неполярная" область

В "полярных" областях содержатся кислые, основные или гидроксилированные боковые радикалы – лизина, аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, серина. В "неполярных" областях встречаются аминокислоты – оксипролин, аланин, аспарагин, глутамин, фенилаланин, метионин, треонин, серин.

Важная роль в стабилизации конформации коллагена принадлежит воде, на 1г коллагена приходится примерно 0,46г гидратной воды.

При денатурации коллагена происходит переход "спираль – клубок". При тепловой денатурации коллаген может распадаться на три a-цепи или на a-цепи и b-частицы, представляющие собой клубки из двух a-цепей, связанных по меньшей мере одной поперечной ковалентной связью, не рвущейся при денатурации, либо превращаться в g-частицы – клубки из трех ковалентно связанных перекрестными связями a-цепей. Превращение стержнеобразных молекул коллагена в статистические клубки сопровождается резким падением вязкости и оптической активности растворов коллагена.

Углеводы являются структурным компонентом коллагена. Количественный и качественный состав углеводов зависит от типа ткани и систематической принадлежности организма. В большинстве коллагенов позвоночных содержание углеводов составляет около 1%, основная часть представлена гексозами: глюкозой, галактозой, которые соединены между собой гликозидной связью. В свою очередь углеродный атом С₁ галактозы соединен с ОН – группой оксилизина:

СООН

СHNH₂

СН₂ОН (CH₂)₂

О ½