Гидроксилирование пролина и лизина в проколлагене

Происходит внутриклеточно в ЭПР, в посттрансляционный период. Биологическая роль гидроксилирования пролина заключается в формировании водородных связей и стабилизации тройной спирали коллагена, а также обеспечение его термостабильности и уменьшение доступности для повреждающего действия коллагеназ. Тогда как гидроксилирование лизина, необходимо для последующего образования ковалентный связей и стабилизации коллагеновой фибрилы при ее сборке. Для гидроксилирования необходимы специфические гидроксилазы (I класс ферментов): 4-пролилгидроксилаза (проколлагенпролил 4-диоксигеназа) и 5-лизилгидроксилаза (проколлагенлизил-5-диоксигеназа), которые работают с соответствующими аминокислотами в У-положении мотива Гли-Х-У. Возможно гидроксилирование пролина 3-пролилгидроксилазой в Х-положении повторяющегося коллагенового мотива. Активный центр данных ферментов содержит Fe²⁺, а для поддержания его в ферроформе требуется аскорбиновая кислота (витамин С). Превращение дегидроаскорбиновой кислоты (биологически неактивной) в аскорбиновую происходит при участии глутатиона. Глутатион – это трипептид (гли-цис-глу), который может быть донором водорода. Восстановление же самого глутатиона происходит глутатионредуктазой за счет НАДФН·Н⁺.

Гликозилирование коллагена

Ферментативный процесс присоединения галактозы/галактозилглюкозы к гидроксилизину через О-гликозидную связь протекающий в ЭПР. Биологическая роль заключается в стабилизации тройной спирали коллагена. Ферменты необходимые для данного процесса: галактозилтрансфераза/глюкозилтрансфераза. Гликозилирование коллагена зависит от его типа. Так коллаген I и III типа мало гликозилированы, в сравнении с коллагеном II и IV типов, которые содержат много гидроксилизина.

Структура фибрилл коллагена

Ступенчато расположенные параллельные ряды молекул тропоколлагена, которые не соединены «конец в конец» и при этом сдвинуты на ¼ относительно друг друга. Фибриллы образуются спонтанно путем самосборки, а затем ферментативно с помощью лизилоксидазы образуются внутри- и межцепочечные ковалентные связи – «поперечные сшивки». Лизилоксидаза катализирует реакцию окислительного дезаминирования лизина и гидроксилизина и участвует в образовании реактивных альдегидов (аллизина, гидроксиаллизина), которые и образуют ковалентные связи в коллагеновой фибрилле. Данный фермент содержит медь и витамины: В₆ и РР, соответственно дефицит данных веществ приведет к снижению прочности и упругости коллагеновых волокон из-за уменьшения количества поперечных сшивок. Увеличение же поперечных сшивок в коллагене отмечается при старении, что замедляет скорость обмена данного белка.

Белки костной ткани и тканей зуба

Костная и хрящевая ткани – это специализированный тип соединительной ткани. Костная ткань отличается высокой минерализацией (или кальцификацией) межклеточного матрикса и содержит по массе около 50% неорганических соединений, 25% органических соединений и 25% воды. В состав костей входит 99% всего кальция организма (в виде гидроксиапатита: Са₁₀(РО₄)₆ (ОН)₂). Органические соединения в костной ткани представлены белками, липидами и гетерополисахаридами. Основную долю органических веществ составляют белки, большая часть – это коллагеновые белки 〜 90%.

Остеобласты – клетки костной ткани (их около 4-6% от всех клеток костной ткани) синтезируют компоненты костного матрикса. Данный процесс происходит в два основных этапа: (1) осаждение органического матрикса – секреция коллагеновых (главным образом коллаген I типа), и неколлагеновых белков (остеокальцина, остеонектина, морфогенетического белка 2-го типа (BМP-2), остеопонтина) протеогликанов (включая декорин и бигликан, которые образуют органическую матрицу); (2) последующая минерализация внеклеточного матрикса.

Минерализация костного матрикса происходит в две фазы: (1) везикулярную – матричные везикулы высвобождаются из апикального мембранного домена остеобластов, в них сульфатированные протеогликаны иммобилизируют кальций и при необходимости ферменты остеобластов разрушают протеогликаны и кальций высвобождается через Са²⁺-каналы везикул, которые образованы белками аннексинами) и (2) фибриллярную.

Остеокласты – примечательны своим строением и наличием ферментов резорбции костной ткани:

•лизосомальной Н⁺-АТФ-азы вакуольного типа

•тартрат-резистентной кислой фосфатазы

•катепсина К

•матричной металлопротеиназы-9 (ММР-9)

Увеличение количества остеокластов и их активности (например при воспалении или метастатическом поражение) приводит к остеопорозу или остеолизису.