Строение молекулы тропоколлагена

Этапы синтеза и созревания коллагена

Синтез и созревание коллагена – сложный многоэтапный процесс, начинающийся в клетке, а завершающийся в межклеточном матриксе. Включает в себя целый ряд посттрансляционных изменений.

I этап. Синтез на полирибосомах, связанных с мембранами ЭР, препро-α-цепей, содержащих на N – конце гидрофобный «сигнальный» пептид и дополнительные участки N- и С –концевые пропептиды.

Строение препро-альфа-цепей коллагена

II этап. Посттрансляционная модификация - гидроксилирование лизина и пролина (ферменты: лизил- и пролилгидроксилазы). В этой реакции используются кислород и α-кетоглутарат; в качестве кофакторов участвуют ион Fe+2 и аскорбиновая кислота. Гидроксилирование пролина необходимо для стабилизации тройной спирали коллагена (ОН-группы гидроксипролина участвуют в образовании водородных связей), а гидроксилирование лизина очень важно для последующего образования ковалентных связей между молекулами коллагена при сборке коллагеновых фибрилл.

III этап. Гликозилирование гидроксилизина: после завершения гидроксилирования при участии специфических гликозилтрансфераз в состав молекулы проколлагена вводятся углеводные группы. Чаще всего этими углеводами служат галактоза или дисахарид галактозилглюкоза. Они образуют ковалентную 0-гликозидную связь с 5- ОН-группой гидроксилизина.

Углеводные компоненты коллагена

IV этап. Образование тройной спирали молекулы проколлагена – после отщепления частичным протеолизом «сигнального» пептида.

V этап. Образование молекулы тропоколлагена:

• перемещение молекулы проколлагена из ЭР в аппарат Гольджи;

• включение в секреторные пузырьки и секреция в межклеточный матрикс;

• отщепление N- и С –концевых пропептидов под действием Е: проколлагенпептидаз у коллагенов I, II, и III типов.

VI этап. Фибриллогенез –это процесс самосборки коллагеновых фибрилл, фиксированных межмолекулярными ковалентными связями (сшивками), которые встречаются только в коллагене и эластине. Коллагеновые фибриллы обладают поперечной исчерченностью — чередованием темных и светлых участков.

Дезаминирование остатков лизина в коллагене и образование межмолекулярных сшивок

В формировании этих связей участвуют остатки лизина и гидроксилизина и их альдегидные производные, которые образуются в результате окислительного дезаминирования с участием Cu2+ содержащего фермента лизилоксидазы в присутствии витаминов РР и В6.

Далее остаток аллизина одной молекулы коллагена реагирует с аминогруппой остатка лизина другой молекулы коллагена с образованием ковалентной сшивки. Основа структурной организации коллагеновых фибрилл – ступенчато расположенные параллельные ряды молекул тропоколлагена, которые сдвинуты на ¼ относительно друг друга. Количество поперечных связей в фибриллах коллагена зависит от функции и возраста ткани. С возрастом количество поперечных связей в фибриллах коллагена возрастает, что приводит к замедлению скорости его обмена у пожилых и старых людей.

VII этап. Агрегация фибрилл и образование коллагенового волокна: в результате спонтанного, специфического соединения между собой тропоколлагеновых фибрилл за счет ковалентных и водородных связей. Коллагеновые волокна состоят из пучков параллельно расположенных фибрилл толщиной в среднем 50—100 нм, связанных между собой гликозаминогликанами и протеогликанами. Толщина волокон зависит от числа фибрилл.

У коллагенов некоторых типов концевые пропептиды не отщепляются, так как они образуют не фибриллы, а сетеподобные структуры, в формировании которых важную роль играют концевые N- и С –пропептиды. В результате образуется молекула тропоколлагена.