Межклеточное вещество (или внеклеточный матрикс / МКВ) образуется из продуктов секреции клеток соединительной ткани и компонентов плазмы крови и представлено:

1) волокнами (коллагеновыми, эластическими и ретикулярными). Коллагеновые и ретикулярные состоят из белков семейства коллагенов, а эластические – эластина. Эти волокна распределены среди различных типов соединительной ткани, с преобладающим типом волокон, который определяет специфические свойства ткани.

2) основного (аморфного) вещества.

Функции мкв:

- обеспечение архитектоники, физико-химических и механических свойств ткани;

- участие в создании оптимального микроокружения для деятельности клеток;

- интеграция в единую систему всех клеток в соединительной ткани и обеспечение передачи информации в ней;

- воздействие на многочисленные функции различных клеток (пролиферация, дифференцировка и др.).

В рыхлой волокнистой соединительной ткани коллагеновые волокна располагаются в различных направлениях в виде волнообразно изогнутых, спиралевидно скрученных, округлых или уплощенных в сечении тяжей толщиной 1—3 мкм и более. Длина их различна.

Функции коллагеновых волокон:

- обеспечивают высокие механические свойства соединительной ткани, так как являются прочными и практически нерастяжимыми

- определение архитектоники (ландшафта)

- обеспечение взаимодействий между клетками и МКВ

- влияние на пролиферацию, дифференцировку, миграцию, активность разных клеток.

Внутренняя структура коллагенового волокна определяется фибриллярным белком — коллагеном.

Коллаген - белок, синтезируется в гр ЭПС фибробластов. Клетки, которые также могут синтезировать коллагены - хондробласты, остеобласты, одонтобласты, цементобласты, ретикулярные клетки, гладкие миоциты и др.

Молекулы коллагена состоят из трех скрученных спирально полипептидных цепей – альфа-цепей, в которых преобладают аминокислоты: глицин, пролин, лизин, гидроксипролин, гидроксилизин.

Различают около 28 типов коллагена, отличающихся молекулярной организацией, органной и тканевой принадлежностью. Определено более 30 вариантов альфа-цепей, которые различаются по химическому составу. Каждая комбинация кодируется специфическими генам.

1) коллаген I типа встречается преимущественно в соединительной ткани кожи, сухожилиях, костях, роговице глаза, склере, стенке артерий и др.;

2) коллаген II типа входит в состав гиалиновых и фиброзных хрящей, стекловидного тела и роговицы глаза, хорде эмбриона, nucleus pulposus межпозвоночного диска;

3) коллаген III типа находится в дерме кожи плода, в стенках крупных кровеносных сосудов, а также в ретикулярных волокнах (например, органов кроветворения), кишечнике, печени, легком, клапанном аппарате сердца и др;

4) коллаген IV типа — встречается в базальных мембранах, капсуле хрусталика (в отличие от других типов коллагена он содержит гораздо больше боковых углеводных цепей, а также гидроксилизина и гидроксипролина);

5) коллаген V типа – базальные мембраны, стенка кровеносных сосудов, кожа, связки, роговица, поперечнополосатые мышечные ткани, в хорионе, амнионе, эндомизии, перимизии, коже, а также вокруг клеток (фибробластов, эндотелиальных, гладкомышечных), принимающих участие в синтезе коллагена.

Коллаген IV и V типа не образует выраженных фибрилл.

Также структурно различают:

- фибриллярные коллагены – 1, 2, 3, 5 типа, которые формируют большие фибриллы;

- аморфные, сеть-формирующие коллагены – 4 типа, продуцируется эпителиальными клетками для базальной мембраны, образуют плоские сети.

Якорные или связывающие коллагены – короткие белки, которые могут фиксировать клетки к базальной мембране (коллаген 7 типа).

Этапы синтеза коллагенового волокна включают внутриклеточный и внеклеточный:

Внутриклеточный этап:

- образование иРНК, кодирующих синтез альфа-цепей коллагена в результате транскрипции генов (в ядре);

- поглощение и транспорт аминокислот, необходимых для синтеза с помощью эндоцитоза;

- Молекулы коллагена имеют длину около 280 нм и ширину 1,4 нм. Они построены из триплетов - трех полипептидных α-цепи предшественника - проколлагена, свивающихся еще в клетке в единую тройную спираль. Проколлаген секретируется в межклеточное вещество. Проколлаген формирует первый, молекулярный, уровень организации коллагенового волокна.

Процесс происходит в рибосомах грЭПС следующим образом: три альфа-цепи стабилизируются дисульфидными связями и формируют триплет-спираль, которая является базовой единицей для сборки.

Молекулы образуются с длинными «регистрационными пептидами» (краевыми), которые необходимы для: 1) последующей правильной сборки альфа-цепей, 2) растворимости в воде, и 3) предотвращения самопроизвольной сборки фибрилл внутри клетки.

- Далее происходит транспорт в цистерны грЭПС. Центральный главный домен цепи богат пролином и лизином, а также глицином. Гидроксилазные ферменты в цистернах грЭПС добавляют гидроксильные группы аминокислотами в реакциях, что также требует железа, кислорода и витамина С, как кофакторов.

- В просвете цистерн грЭПС происходит скручивание трех альфа-цепей, С-терминальные области трех альфа цепей стабилизированы цистеиновыми дисульфидными связями.

- далее проколлагеновая молекула транспортируется в аппарат Гольджи, где происходит терминальное гликозилирование упаковка и секреция.

- от аппарата Гольджи происходит транспорт проколлагена к плазмолемме с помощью микротрубочек и микрофиламентов.

- происходит экзоцитоз молекул проколлагена в инвагинации цитоплазмы фибробласта.

Внеклеточный этап (сборка фибрилл)

- Второй, надмолекулярный, уровень — внеклеточная организация коллагенового волокна - снаружи клетки проколлаген-пептидаза отщепляет регистрационные пептиды и превращает проколлаген в молекулу нерастворимого тропоколлагена. Самосборка в полимерный коллаген происходит на специальных нишах клеточной поверхности. Сначала образуются протофибриллы, а 5—6 протофибрилл, скрепленных между собой боковыми связями, составляют микрофибриллы толщиной около 5 нм. Лизилоксидаза предотвращает разборку и стабилизирует фибриллярные структуры.

3) При участии гликозаминогликанов и гликопротеинов, секретируемых фибробластами, формируется третий, фибриллярный, уровень организации коллагенового волокна. Коллагеновые фибриллы представляют собой поперечно исчерченные структуры толщиной в среднем 20—100 нм. Период повторяемости темных и светлых участков 64—67 нм. Каждая молекула коллагена в параллельных рядах, смещена относительно соседней цепи на четверть длины, что служит причиной чередования темных и светлых полос. В темных полосах под электронным микроскопом видны вторичные тонкие поперечные линии, обусловленные расположением полярных аминокислот в молекулах коллагена.

4) Четвертый, волоконный, уровень организации - коллагеновое волокно, образующееся путем агрегации фибрилл, имеет толщину 1 — 10 мкм (в зависимости от топографии). В него входит различное количество фибрилл — от единичных до нескольких десятков. Волокна могут складываться в пучки (волокон) толщиной до 150 мкм.

Клиническое значение:

Синдром Элерса-Данло связан с патологической подвижностью суставов, повышенной эластичностью кожи, аневризмами и разрывами стенок аорты или кишечной трубки. Причиной является генетические нарушения в синтезе и сборке коллагена.

 

Цинга – является дефицитным состоянием витамина С, который участвует в синтезе коллагена. Проявляется также кровоточивостью, мышечной слабостью, отечностью.

 

Несовершенный остеогенез (хрустальная болезнь) связан с синтезом дефектного коллагена 1 типа, (а также других коллагенов) в костной и других тканях. Характеризуется повышенной ломкостью костей.