- •Кафедра биохимии
- •Лекция № 29 Тема: Биохимия соединительной ткани
- •Клетки соединительной ткани
- •Межклеточный матрикс
- •Химический состав межклеточного матрикса
- •Функция межклеточного матрикса
- •1. Коллаген
- •Строение коллагена
- •Виды коллагена
- •Этапы синтеза и созревания коллагена
- •Коллагеновые волокна. Образование, строение, свойства, биологическое значение
- •Сетеподобные структуры. Строение, свойства биологическое значение
- •Регуляция синтеза коллагена
- •Патологии образования коллагена
- •Катаболизм коллагена
- •Диагностика скорости распада коллагена
- •Особенности обмена коллагена
- •2. Эластин
- •Строение эластина
- •Синтез эластина
- •Нарушения структуры эластина и их последствия
- •Катаболизм эластина
- •3. Гликозаминогликаны и протеогликаны
- •Строение и классы гаг
- •Синтез гаг
- •Регуляция синтеза гаг
- •Катаболизм гаг
- •Мукополисахаридозы
- •Строение и виды протеогликанов
- •Специализированные белки межклеточного матрикса
- •Адгезивные белки
- •Антиадгезивные белки
- •Классификация соединительной ткани
- •1. Волокнистая ткань:
- •2. Скелетные ткани:
- •3. Специальные виды соединительной ткани:
- •4. Кровь
- •Функции соединительной ткани
- •Особенности обмена веществ и энергии в соединительной ткани
Катаболизм эластина
Катаболизм эластина происходит при участии эластазы нейтрофилов. Это очень активная протеаза, которая выделяется во внеклеточное пространство нейтрофилами и разрушает эластин и другие структурные белки. Особое значение это имеет в лёгких, поскольку лёгочная ткань не регенерирует. Разрушение эластина в альвеолярных стенках ведёт к потере эластичных свойств, разрушению альвеол и развитию эмфиземы лёгких.
В норме эластазу нейтрофилов и другие протеазы ингибирует α1-антитрипсин. Основное количество α1-антитрипсина синтезируется печенью и находится в крови. В лёгких α1-антитрипсин синтезируется альвеолярными макрофагами, что и обеспечивает защиту альвеол от действия эластазы. При дефиците α1-антитрипсина, который может быть следствием различных мутаций, повышается риск развития эмфиземы лёгких.
3. Гликозаминогликаны и протеогликаны
Гликозаминогликаны (ГАГ) — линейные отрицательно заряженные гетерополисахариды. ГАГ могут связывать большие количества воды, в результате чего межклеточное вещество приобретает желеобразный характер.
Протеогликаны — высокомолекулярные соединения, состоящие из гликозаминогликанов (90—95%) и белка (5—10%). Они образуют основное вещество межклеточного матрикса соединительной ткани и могут составлять до 30% сухой массы ткани.
ГАГ и протеогликаны специфически взаимодействуют с коллагеном, эластином, фибронектином, ламинином и другими белками межклеточного матрикса.
Функции протеогликанов и ГАГ:
являются структурными компонентами межклеточного матрикса;
участвуют в межклеточных взаимодействиях, формировании и поддержании формы клеток и органов, образовании каркаса при формировании тканей.
являясь полианионами, могут связывать, кроме воды, большие количества катионов (Na+, K+, Са2+) и формировать тургор различных тканей;
играют роль молекулярного сита, они препятствуют распространению патогенных микроорганизмов;
гиалуроновая кислота и протеогликаны выполняют рессорную функцию в суставных хрящах;
гепарансульфатсодержащие протеогликаны способствуют созданию фильтрационного барьера в почках;
кератансульфаты и дерматансульфаты обеспечивают прозрачность роговицы;
гепарин — антикоагулянт крови;
гепарансульфаты — компоненты плазматических мембран клеток, где они могут функционировать как рецепторы и участвовать в клеточной адгезии и межклеточных взаимодействиях. Они также выступают компонентами синаптических и других пузырьков.
Строение и классы гаг
ГАГ представляют собой длинные неразветвлённые цепи гетерополисахаридов, которые построены из повторяющихся дисахаридных единиц. 1 мономером этого дисахарида является гексуроновая кислота (D-глюкуроновая кислота или L-идуроновая), 2 мономером — производное аминосахара (глюкоз- или галактозамина). NH2-группа аминосахаров обычно ацетилирована.
Кроме гиалуроновой кислоты, все ГАГ содержат сульфатные группы (О-эфиры или N-сульфаты).
У ГАГ существует 6 основных классов:
Класс ГАГ |
Компоненты дисахаридных единиц |
Формула |
Хондроитин-4-сульфат (хондроитинсульфат А) |
1. D-глюкуроновая кислота (β1→3) 2. N-ацетил-D-галактозамин-4-сульфат (β1→4) |
|
Дерматансульфат |
1. L-идуроновая кислота (β1→3) 2. N-ацетил-D-галактозамин-4-сульфат (β1→4) |
|
Кератансульфат |
1. D-галактоза (β1→4) 2N-ацетил-D-галактозамин-6-сульфат (β1→3) |
|
Гепарин, Гепарансульфат |
1. D-глюкуронат-2-сульфат (α1→4), (β1→4) 2. N-ацетил-D-галактозамин-6-сульфат (α1→4)
|
|
Гиалуроновая кислота находится во многих органах и тканях. В хряще она связана с белком и участвует в образовании протеогликановов, в стекловидном теле глаза, пупочном канатике, суставной жидкости встречается и в свободном виде. В суставной жидкости гиалуроновая кислота уменьшает трение между суставными поверхностями.
Гиалуроновая кислота содержит несколько тысяч дисахаридных единиц, молекулярная масса её достигает 105—107 Да.
биозный фрагмент гиалуроновой кислоты
1. D-глюкуроновая кислота (β-1, 3)
2. N-ацетил-D-глюкозамин (β-1, 4)
Хондроитинсульфаты — самые распространённые ГАГ; они содержатся в хряще, коже, сухожилиях, связках, артериях, роговице глаза. Хондроитинсульфаты являются составным компонентом агрекана — основного протеогликана хрящевого матрикса.
Одна цепь содержит около 40 дисахаридных единиц и имеет молекулярную массу 104-106 Да.
биозный фрагмент хондроитин-6-сульфата
1. D-глюкуроновая кислота (β-1, 3)
2. N-ацетил-D-галактозамин-6-сульфат (β-1, 4)
Кератансульфаты — наиболее гетерогенные гликозаминогликаны; отличаются друг от друга по суммарному содержанию углеводов и распределению в разных тканях.
Кератансульфат I находится в роговице глаза. Кроме повторяющейся дисахаридной единицы содержит L-фукозу, D-маннозу и сиаловую кислоту.
Кератансульфат II есть в хрящевой ткани, костях, межпозвоночных дисках. Кроме повторяющейся дисахаридной единицы содержит N-ацетилгалактозамин, L-фукозу, D-маннозу и сиаловую кислоту. Кератансульфат II входит в состав агрекана и некоторых малых протеогликанов хрящевого матрикса. В отличие от других ГАГ, кератансульфаты вместо гексуроновой кислоты содержат галактозу. Молекулярная масса одной цепи 4х103 - 20х103 Да.
Дерматансульфат широко распространён в тканях, особенно он характерен для кожи, кровеносных сосудов, сердечных клапанов. В составе малых протеогликанов (бигликана и декорина) дерматансульфат содержится в межклеточном веществе хрящей, межпозвоночных дисков, менисков. Молекулярная масса одной цепи 15х103 - 40х103 Да.
Гепарин — важный компонент противосвёртывающей системы крови. Он синтезируется тучными клетками и находится в гранулах внутри этих клеток. Наибольшие количества гепарина обнаруживаются в лёгких, печени и коже. В гепарине больше N-сульфатных групп, чем в гепарансульфате. Молекулярная масса 6х103 - 25х103 Да.
биозный фрагмент гепарина
1. D-глюкуроновая кислота (α-1, 4)
2. N-ацетил-D-глюкозозамин- 6-сульфат (β-1, 4)
Гепарансульфат находится во многих органах и тканях, где входит в состав протеогликанов базальных мембран. Гепарансульфат является постоянным компонентом клеточной поверхности. Молекулярная масса цепи 5х103 до 12х103 Да.