Этапы синтеза коллагена. Внутриклеточные реакции гидроксилирования и гликозилирования, роль ионов железа и аскорбиновой кислоты. Внеклеточное формирование коллагенового волокна.
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.
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.
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.
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.
V
II
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
тропоколлаген. Коллагеновые волокна -
основные элементы, обеспечивающие
механическую прочность соединительной
ткани.