Вопрос 106
Убрали из списка
Вопрос 107 Коллаген: особенности аминокислотного состава, первичной и пространственной структуры. Особенности биосинтеза и созревания коллагена. Роль аскорбиновой кислоты в созревании коллагена
Коллагены – семейство родственных фибриллярных белков, секретируемых
клетками соединительной ткани. Самые распространённые белки межклеточного матрикса и организма в целом, составляют около 1/4 всех белков организма человека.
Являются осн. белковым элементом кожи, костей, сухожилий, хрящей, сосудов, зубов
В разных тканях преобладают разные типы коллагена:
1. В пластинчатой костной ткани, из которой построены плоские и трубчатые
кости, коллагеновые волокна имеют строго ориентированное направление:
Продольное – в центральной части пластинок
Поперечное и под углом – в периферической.
Это способствует тому, что даже при расслоении пластинок, фибриллы одной
пластинки могут продолжаться в соседние, создавая таким образом единую волокнистую структуру кости. Поперечно ориентированные коллагеновые волокна могут вплетаться в промежуточные слои между костными пластинками, благодаря чему достигается прочность костной ткани.
2. В сухожилиях коллаген образует плотные параллельные волокна, которые дают
возможность этим структурам выдерживать большие механические нагрузки.
3. В хрящевом матриксе коллаген образует фибриллярную сеть, которая придаёт
хрящу прочность, а в роговице глаза коллаген участвует в образовании гексагональных решёток десцеметовых мембран, что обеспечивает прозрачность роговицы, а также участие этих структур в преломлении световых лучей.
4. В дерме фибриллы коллагена ориентированы таким образом, что формируют
сеть, особенно хорошо развитую в участках кожи, которые испытывают сильное давление (кожа подошв, локтей, ладоней), а в заживающей ране они агрегированы весьма хаотично
Молекулы коллагена образуют полимеры – фибриллы коллагена, которые
обладают огромной прочностью и практически нерастяжимы. Механические свойства с их первичной и пространственной структурами.
Молекулы коллагена состоят из 3х ППЦ, называемых α-цепями.
Первичная структура α-цепей коллагена (тропоколлаген) – трёхцепочная правозакрученная суперспиральная молекула
В коллагене отсутствуют АК: цистеин, триптофан, но содержится необычная АК –
гидроксилизин. Каждая 3-я АК – глицин.
ППЦ коллагена можно представить как последовательность:
Гли-Х-У (где Х, У – другие АК)
Спираль коллагена стабилизирована за счет стерического отталкивания
пирролидиновых колец в остатках пролина
Цепи удерживаются друг около друга за счёт водородных связей, возникающих
между амино- и карбоксильными группами пептидного остова разных ППЦ
"Жёсткие" аминокислоты – пролин и гидроксипролин – ограничивают вращение
полипептидного стержня и увеличивают тем самым стабильность тройной спирали. Глицин, имеющий вместо радикала атом водорода, всегда находится в месте
пересечения цепей; отсутствие радикала позволяет цепям плотно прилегать друг к другу
В результате такого скручивания пептидных остовов ППЦ и наличия удлинённой структуры два других радикала из триады аминокислот Гли-X-Y оказываются на наружной поверхности молекулы тропоколлагена.
Коллагеновые фибриллы формируются при объединении комплементарных
участков молекул тропоколлагена, причём эти участки расположены таким образом, что одна нить тропоколлагена сдвинута по отношению к другой примерно на ¼. Между радикалами АК возникают ионные, водородные и гидрофобные связи.
Роль модифицированных АК:
Гидроксильные группы гидроксипролина соседних цепей тропоколлагена
образуют водородные связи, укрепляющие структуру коллагеновых фибрилл.
Радикалы лизина и гидроксилизина необходимы для образования прочных
поперечных сшивок между молекулами тропоколлагена, ещё сильнее укрепляющие структуру коллагеновых фибрилл.
Синтез и созревание коллагена – сложный многоэтапный процесс,
начинающийся в клетке, а завершающийся в межклеточном матриксе.
Синтез и созревание коллагена включают в себя ряд посттрансляционных изменений:
Гидроксилирование пролина и лизина с образованием
гидроксипролина (Hyp) и гидроксилизина (Hyl)
Гликозилирование гидроксилизина
Частичный протеолиз – отщепление "сигнального" пептида,
а также N- и С-концевых пропептидов
Образование тройной спирали
Синтез полипептидных цепей коллагена: ППЦ коллагена синтезируются на
полирибосомах, связанных с мембранами ЭР, в виде более длинных, чем зрелые цепи, предшественников – препро-α-цепей, у кот. имеется гидрофобный "сигнальный" пептид на N-конце. Функция сигнального пептида – ориентация синтеза пептидных цепей в полость ЭР, после выполнения которой он сразу же отщепляется.
Синтезированная молекула проколлагена содержит дополнительные участки –
N- и С-концевые пропептиды, в состав которых входят остатки цистеина, которые образуют внутри- и межцепочечные (только в С-пептидах) S-S-связи.
Концевые пропептиды не образуют тройную спираль, а формируют глобулярные домены. Отсутствие N- и С- концевых пептидов в структуре проколлагена нарушает правильное формирование тройной спирали.
Посттрансляционные модификации коллагена:
1. Гидроксилирование пролина и лизина начинается в период трансляции
коллагеновой мРНК на рибосомах и продолжается на растущей полипептидной цепи вплоть до её отделения от рибосом. После образования тройной спирали дальнейшее гидроксилирование пролиловых и лизиловых остатков прекращается.
Реакции гидроксилирования катализируют оксигеназы.
Пролиловые и лизиловые остатки в Y-положении пептида (Гли-Х-У)n
подвергаются действию, соответственно, пролил-4-гидроксилазы и лизил-5-гидроксилазы. Пролил-3-гидроксилаза действует на некоторые остатки пролина в Х-положениях.
Необходимыми компонентами этой реакции являются альфа-кетоглутарат, О2 и
витамин С (аскорбиновая кислота). Донором атома кислорода, который присоединяется к С-4 пролина, является молекула О2, второй атом О2 включается в сукцинат, который образуется при декарбоксилировании α-кетоглутарата, а из карбоксильной группы
α-кетоглутарата образуется СО2.
Роль аскорбиновой кислоты: гидроксилазы пролина и лизина содержат в активном центре атом железа Fe2+. Для сохранения атома железа в ферроформе необходим восстанавливающий агент – это аскорбин. К-та (кофермент гидроксилаз), которая легко окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. Обратное превращение происходит в ферментативном процессе за счёт восстановленного глутатиона
Гидроксилирование пролина необходимо для стабилизации тройной спирали
коллагена, ОН-группы гидроксипролина (Hyp) участвуют в образовании водородных связей. А гидроксилирование лизина очень важно для последующего образования ковалентных связей между молекулами коллагена при сборке коллагеновых фибрилл.
При цинге (заболевании, вызванном недостатком вит. С), нарушается
гидроксилирование остатков пролина и лизина. В результате образуются менее прочные и стабильные коллагеновые волокна, что приводит к большой хрупкости и ломкости кровеносных сосудов с развитием цинги => множествен. точечные кровоизлияния под кожу и слизистые, кровоточивость дёсен, выпадение зубов, анемия.
2. Гликозилирование гидроксилизина: по окончании гидроксилирования в
состав молекулы проколлагена вводятся углеводные группы (галактоза или дисахарид галактозилглюкоза). Они образуют ковалентную О-гликозидную связь с 5-ОН-группой гидроксилизина.
Гликозилирование гидроксилизина происходит в коллагене, ещё не претерпевшем
спирализации, и завершается после образования тройной спирали.
Число углеводных единиц в молекуле коллагена зависит от вида ткани:
В коллагене сухожилий (тип I) их 6,
В коллагене капсулы хрусталика (тип IV) – НО).
Роль этих углеводных групп неясна; но при наследственном заболевании,
причиной которого является дефицит лизилгидроксилазы (синдром Элерса-Данло-Русакова, тип VI), содержание гидроксилизина и углеводов в коллагене снижено.