78. Структурная организация межклеточного матрикса: состав, особенности строения. Структурные белки (коллаген, эластин, фибронектин, ламинин): особенности строения, функции.
Внеклеточный матрикс образуется и формируется клетками, живущими в матриксе. В большинстве органов молекулы матрикса образуются фибробластами или клетками этого семейства (хондробласты в хряще и остеобласты в костной ткани). Их называют постоянными клетками. К этому типу клеток относят также макрофаги, тканевые базофилы (тучные клетки,), адипоциты, мезенхимные клетки.
На молекулярный состав межклеточного вещества оказывают влияние и транзиторные клетки. Эти клетки мигрируют в соединительную ткань из крови в ответ на специфический стимул. К ним относятся лимфоциты, плазматические клетки, эозинофилы, нейтрофилы, базофилы и др.
Функции межклеточного матрикса:
Обеспечивает механические контакты между клетками.
Образует прочные структуры, такие, как кости, хрящ, сухожилия и суставы.
Составляет основу фильтрующих мембран (например, в почках).
Изолирует клетки и ткани друг от друга.
Формирует пути миграции клеток.
В состав межклеточного матрикса входят 3 основных класса белковых молекул:
протеогликаны (ПГ) - представлены белками, соединенными с полисахаридами - гликозаминогликанами (ГАГ)
фибриллярные белки двух функциональных типов: преимущественно структурные (семейства коллагена и эластина) и преимущественно адгезивные (семейства фибронектина или ламинина)
Эластин.
Это основной белок эластических волокон, которые в больших количествах содержатся в межклеточном веществе таких тканей, как кожа, стенки кровеносных сосудов, связки, легкие. По химической природе – гликопротеин.
Свойства:
растягивается в несколько раз по сравнению с исходной длиной; сохраняет высокую прочность на разрыв;
возвращается в первоначальное состояние после снятия нагрузки.
Эластин содержит в своем составе около 800 аминокислот, среди которых преобладают аминокислоты с неполярными радикалами, такие как глицин, валин, аланин. Эластин содержит много пролина и лизина, но лишь немного гидроксипролина, полностью отсутствует гидроксилизин.
Наличие большого количества гидрофобных радикалов препятствует созданию стабильной глобулы, в результате полипептидные цепи эластина не формируют регулярные вторичную и третичную структуры, а принимают в межклеточном матрикса разные случайные конформации.
Общим для эластина и коллагена является большое содержание глицина и пролина, наличие оксипролина, хотя последнего в эластине примерно в 10 раз меньше, чем в коллагене. Как и в коллагене, в эластине мало метионина и отсутствуют триптафан и цистеин.
В отличие от коллагена в эластине значительно больше валина и аланина и меньше глутаминовой кислоты и аргинина. В межклеточном пространстве молекулы эластина образуют волокна и слои, в которых полипептидные цепи связаны множеством жестких поперечных сшивок в разветвленную сеть: четыре остатка лизина, соединяясь своими радикалами, образуют замещенное пиридиновое кольцо.
Структуры, образующиеся при этом, называются десмозинами (десмозин и изодесмозин). Эти соединения содержатся только в эластине.
Кроме десмозина, в образовании поперечных сшивок может участвовать лизиннорлейцин, который образуется двумя остатками лизина.
Фибронектин
Фибронектин – один из ключевых белков межклеточного матрикса, неколлагеновый структурный гликопротеин, синтезируемый и выделяемый в межклеточное пространство многими клетками. Он построен из двух инден тичных полипептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками у своих С-концов. Полипептидная цепь фибронек тина содержит 7-8 доменов, на каждом из которых расположены в специфические центры связывния разных веществ.
Фибронектин может связывать коллаген, протеогликаны, гиалуроновую кислоту, углеводы плазматических мембран, гепарин,фермент трансглутаминазу. Трансглутаминаза катализирует реакцию соединения остатков глутамина одной полипептидной цепи с остатками лизина другой белковой молекулы. Это позволяет сшивать поперечными ковалентными связями молекулы фибронектина друг с другом, коллагеном и другими протеинами.
Функции фибронектина:
интегрирующая роль в организации межклеточного вещества;
способствует адгезии клеток;
поддержание цитоскелета клеток;
контролирует дифференцировку клеток;
учвствовует в воспалительных и репаративных процессах.
стимулирует пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток.
Ламинин - наиболее распростра ненный неколлагеновый гликопротеин базальных мембран. Состоит из трех полипептидных цепей А, В1 и В2. Молекула ламинина имеет крестообразую форму с тремя одноцепочечными ветвями и одной трехцепочечной ветвью.
Каждая цепь ламинина содержит несколько глобулярных и стержневых доменов, которые имеют специфические центры связывния для различных веществ.
Основная роль ламининаспособность связывать клетки и модулировать клеточное поведение, выполняет роль адгезивного белка для различных эпителиальных и мезенхимальных клеток.
Нидоген – сульфатированный гликопротеин базальных мембран, образует с ламинином плотный нековалентно связанный комплекс. Этот белок представлен одной цепью, содержащей три глобулярных домена.Один из доменов нидогена имеет центр связывания ламинина, в области другого домена находится центрсвязывания с коллагеном IV типа.Таким образом, нидоген может выступать в качестве одного из связующих мостов между различными компонентами межклеточного матрикса и участвовать в образовании тройных комплексов ламининнидоген-коллаген.
79. Коллаген: функция, особенности структуры, этапы биосинтеза. Роль аскорбиновой кислоты, Cu2+, вит. РР и В6 в синтезе коллагена. Нарушения. Влияние глюкокортикоидов на синтез коллагена. Катаболизм коллагена.
Особенности первичной и пространственной структуры коллагена.
Коллагены - семейство родственных фибриллярных белков, секретируемых клетками соединительной ткани. Коллагены – самые распространенные белки не только межклеточного матрикса, но и организма в целом, они составляют около ¼ всех белков организма человека и обеспечивают сопротивление растяжению в отличие от протеогликанов, которые противодействуют сжатию.
Молекулы коллагена состоят из трех полипептидных цепей, называемых α-цепями, большинство из которых насчитывает 1000 аминокислотных остатков.
Первичная структура коллагена— одиночная полипептидная αцепь, к которой присоединен дисахарид (глюкоза + галактоза).
Особенности аминокислотного состава коллагена
ГЛИ – 30%, АЛА – 10%,
ПРО и оксиПРО – 20%, другие АК – 40%,
отсутствует триптофан и цистеин, содержится очень мало гистидина, метионина и тирозина.
Полипептидную цепь коллагена можно представить как последовательность триплетов: ГЛИ-Х- Y, чаще всего в положении Х – стоит пролин, а в положении Y- оксипролин. Каждая из этих аминокислот имеет большое значение для формирования коллагеновых фибрилл.
Вторичная структура коллагена - левозакрученная α-спираль, которая отличается от α-спирали глобулярных белков тем, что стабилизирована не за счет водородных связей, а силами стерического отталкивания пирролидиновых колец в остатках пролина ( пролин и оксипролин относятся к иминокислотам и не образуют водородные связи). На один виток спирали приходится 3 аминокислоты, а не 3,6как это характерно для вторичной структуры глобулярных белков, поэтому в цепи глицин всегда находится над глицином, а пролин, благодаря своей структуре, вызывает изгибы в полипептидной цепи, обеспечивая левозакрученную спиральную конформацию.
Третичная структура коллагена - правозакрученная суперспираль из трех α спиралей, которую часто называют тропоколлагеном. Цепи удерживаются друг около друга водородными связями. Глицин, имеющий вместо радикала атом водорода,позволяет цепям плотно прилегать друг к другу, способствует образованию линейной молекулы тропоколлагена. Дополнительную стабильность тройной спирали (тропоколлагену) придает наличие большого количества остатков пролина, вокруг которых невозможно врaщение полипептидной цепи, и остатков гидроксипролина, образующего внутримолекулярные водородные связи. Пролин и гидроксипролин ограничивают вращение полипептидного стержня и увеличивают стабильность тройной спирали.
