2G-SH G-S-S-G

НАДФ⁺ НАДФН₂

Таким образом, для работы Ɛ – гидроксилаз необходимо:

1) Достаточное количество аскорбиновой кислоты, которая переводит Fe3+ в Fe2+. При ее недостатке (это заболевание цинга) нарушается гидроксилирование пролина и лизина и синтез коллагена прекращается или резко снижается.

2) Наличие Fe2+

3) Наличие α-КГ

4) Гликозилирование остатков

-Pro-OH (4,3) осуществляется

-Lis-OH (5) Ɛ –гликозилтрансферазой

путем присоеднения остатков сахаров (чаще галактоза или дисахарид галактозил-глюкоза (β -2-1гликозидная связь)). (При нарушении гликозилирования развивается синдром Элереа – Данло -Русакова).

5) Затем после гидроксилирования и гликозилирования происходит образование тройной про – α – спирали. Все три субъединицы соединяются межцепочечными множественными водородными связями и дисульфидными связями (находятся в области С концов пропептидов) с образование проколлагена:

C N

6) После происходит секреция проколлагена в межклеточное пространство путем экзоцитоза (секреция проколлагена).

7) В межклеточном матриксе от проколлагена Ɛ проколлагеназой отщепляются концевые C- и N- пропептиды (100-200ак) и OH превращается в тропоколлаген – который является структурной единицей коллагеновых фибрилл.

Проколлаген Проколлаген

C N

S NH₃⁺ N C пептиды

S

^-O

S NH₃⁺ ε пропептидаза

S

^-O

а) При снижении активности Ɛ- проколлагеназы концевые N и C пептиды не отщепляются, вследствие чего нарушается образование тропоколлагена и как следствие образование нормальных коллагеновых фибрилл. (Синдром Элерса-Данло-Русакова)→ тип VII

б) Отсутствие концевых N- и C- пропептидов в структуре проколлагена нарушает правильное формирование тройной про-α-спиралИ.

8) Затем из молекул тропоколлагена происходит образование Микрофибриллы спонтанно, путем самосборки.

Образовавшиеся коллагеновые микрофибриллы укрепляются внутри и межцепочечными ковалентными сшивками, образование которых протекает путем реакции альдольной конденсации (Обр Шиффовы основания).

В результате этой реакции происходит окисление лизиловых и гидроксилизиловых остатков в альдегиды

ε-оксидаза O O

Lis – NH₂ + H₂N – Lis Lis – C + C – Lis

Cu, B₆, PP H H

И образование поперечных сшивок (Оснований Шиффа) спонтанно.

H

- Lis – C C – Lis – или – C – N –

H H O

9) Микрофибриллы также спонтанно собираются в более крупные коллагеновые фибриллы, после чего происходит их агрегация в более объемное образование – коллагеновое волокно.

Тропоколлаген c N

Микрофибрилла c N c N

c N c N

Коллагеновая фибрилла o o o o

o o o o

Коллагеновое волокно

Коллагеновые фибриллы и коллагеновое волокно стабилизируются поперечными сшивками (Ш.О).

Катаболизм коллагена

Коллаген, имеющий белковую природу функционирует в организме определенное время. Он относится к медленно – обменивающимися белкам. Период его полураспада (Т1/2) составляет несколько месяцев.

Разрушение коллагена осуществляется:

а) Активными формами кислорода.

б) Гидролитическими ферментами - гидролазами. К ним относят Ɛ коллагеназу.

Различают 2 типа коллагеназ: тканевая и бактериальная

Тканевая коллагеназа: присутствует у человека в различных органах и тканях. Синтезируется в N фибробластами и макрофагами.

Ɛ в активном центре содержит Zn2+. Известно 4 формы тканевой коллагеназы. Активность Ɛ зависит от соотношения межклеточном матриксе активаторов (А) и ингибиторов (Y).

К автиваторам относят

- плазмин

- калликреин

- катепсин В

Тканевая коллагеназа расщепляет тройную спираль коллагена в определенном месте, примерно на ¼ расстояния от С-конца, между остатками глицина и лейцина (или изолейцина).

Образующиеся фрагменты коллагена растворимы в воде и при t тела они спонтанно денатурируются и становятся доступными для Ɛ- пептидогидролаз (а нативный коллаген ими не гидрализуется).

Нарушение катаболизма коллагена ведет к фиброзу органов и тканей (в основном печении легких)

А усиление распада коллагена приводит к аутоиммунным заболеваниям (ревматоидный артрит, системная красная волчанка).

Бактериальная коллагеназа: синтезируется в основном возбудителем газовой гангрены (Clostridium histolyticum). Таким образом, разрушаются соединительнотканные барьеры в организме, что обеспечивает проникновение (или инвазию) этого микроорганизма и развитию газовой гангрены. Сам возбудитель не содержит коллагена и поэтому не подвержен действию тканевой коллагеназы человека.

Регуляция обмена коллагена осуществляется:

а) по механизму обратной взаимосвязи: сам коллаген и N-пропептиды после своего отщепления тормозят трансляцию коллагена.

б) метаболически: аскорбиновая кислота стимулирует синтез коллагена и протеогликанов, а также пролиферацию фибробластов.

в) гормонально: глюкокортикоиды тормозят синтез коллагена на уровне т-РНК проколлагена и ингибируют активность Ɛ-пролил и лизил гидроксилазы.

Эстрогены стимулируют синтез коллагена в коже и матке т. к. на фибробластах имеются R (рецепторы) к эстрогенам.

Применение коллагена в медицине:

Ɛ-коллагеназа используется для лечения ожоговой болезни в хирургии и для лечения гнойных заболеваний глаз в офтальмологии.

Определение гидроксипролина в физиологических жидкостях человека как показатель скорости распада коллагена:

В результате распада коллагена, в крови и моче появляется свободный гидроксипролин. Большая часть этой аминокислоты катаболизируется под действием Ɛ-гидроксипролиноксидазы до α-кетоглутарового полуальдегида, который затем превращается в α-КГ.

Гидроксипролин

Накапливается

гидроксипролин Ɛ- гидроксипролин

при деффекте оксидаза

Ɛ- гидроксипролин

оксидазы

α-кетоглутаровый полуальдегид

Спонтанно НАД⁺ + Н2О

НАДН + Н⁺

α-КГ.

восст. НАДН + Н⁺

аминиров NH₃

H₂O

НАД⁺

Глутаминовая кислота

Гидроксипролин является маркерной аминокислотой, по которой судят о скорости распада коллагена.

При некоторых заболеваниях связанных с поражением соединительной ткани экскреция гидроксипролина увеличивается вследствие усиленного распада коллагена (болезнь Педжета, гиперпаратиреозе, коллагеназах)

При дефекте Ɛ-гидроксипролиноксидазы выделение гидроксипролина превышает 1 г/сутки.

Особенности обмена коллагена

У молодых людей обмен коллагена протекает интенсивно, а с возрастом заметно снижается.

С возрастом количество поперечных сшивок (Ш.О.) увеличивается, что затрудняет доступность коллагена для действия Ɛ-коллагеназы. Поэтому с возрастом экскреция гидроксипролина снижается.

Роль коллагена в заживлении ран.

В некоторых ситуациях синтез коллагена значительно увеличивается. Например, так как фибробласты мигрируют в заживающую рану и начинают активно синтезировать в этой области основные компоненты межклеточного матрикса. В результате этого процесса на месте раны образуется соединительнотканный рубец, содержащий большое количество хаотично расположенных фибрилл коллагена. Сходным образом происходит замещение погибающих клеток соединительной тканью в печени при циррозе, в стенках артерий при атеросклерозе, в мышцах при их дистрофии.

Эластин (характеристика)

Основной белок эластических волокон, которые в большом количестве содержатся в межклеточном веществе таких тканей, как кожа, стенки кровеносных сосудов, связки, легкие. Эти ткани могут растягиваться в несколько раз по сравнению с их исходной длиной, сохраняя при этом высокую прочность, и возвращаться в первоначально состояние.

Резиноподобные свойства этих тканей обеспечиваются особенностями состава и строения эластина.

Эластин — гликопропептид содержащий около 800 а.к остатков. В нем преобладают аминокислоты с неполярными радикалами, такие как, аланин, валин. Он содержит много пролина, лизина, глицина и немного полностью отсутствует гидроксилизин.

Наличие большого количества гидрофобных радикалов препятствует созданию стабильной глобулы, в результате чего ППЦ эластина не формирует регулярную II-ю и III-ю структуры, а принимают в межклеточном матриксе разные конформации.

В межклеточном пространстве молекулы эластина образуют волокна и слои, в которых отдельные пептидные цепи связаны множеством жестких поперечных сшивок.

В образовании этих сшивок принимают участие остатки лизина двух, трех или четырех пептидных цепей. Структуры, образующиеся при этом, называются десмозинами.

Механизм образование десмозина:

Вначале 3 остатка лизина окисляются до соответствующих Ɛ-альдегидов, а затем происходит их соединение с четвертым остатком лизина с образованием замещенного пиридинового кольца. Окисление остатков лизина в Ɛ- альдегиды осуществляется при участии медь (Cu2+) зависимой лизилоксидазой, активность которой зависит от наличия пиридоксина (производный витамина В₆).

- HN – CH – CO -

NH (CH₂)₃ NH

CH - (CH₂)₂ (CH₂)₂ - CH

CO CO

(CH₂)₄ Десмозин(образован

-HN – CH – CO- четырьмя остатками

лизина).

Кроме десмозинов, в образовании поперечных сшивок может участвовать лизиннорлейцин, который образуется двумя остатками лизина:

NH NH

– OC – CH – (CH₂)₃ – CH₂ – NH - CH₂ – (CH₂)₃ – CH – CO

лизиннорлейцин (образован двумя остатками лизина).

Наличие ковалентных сшивок между пептидными цепочками с неупорядоченной случайной конформацией, позволяет всей сети волокон эластина растягиваться и сжиматься в разных направлениях, придавая соответствующим тканям свойство эластичности.

Отдельная молекула

эластина (топоэластин)

Сшивка (десмозин)

Синтез эластина

Эластин синтезируется клетками - соединительной ткани фибробластами. Эластин синтезируется как растворимый мономер, который называется «тропоэластин» и путем экзоцитоза попадает в межклеточный матрикс. После образования поперечных сшивок эластин приобретает свою конечную внеклеточную форму, которая характеризуется нерастворимостью, высокой стабильностью и очень низкой скоростью обмена.

Нарушение структуры эластина и их последствия.

При снижении образования десмозинов или их отсутствии поперечные сшивки образуются в недостаточном количестве или не образуются вовсе. Вследствие этого у эластических тканей снижается предел прочности на разрыв и появляются такие нарушения как истонченность и вялость.

Клинически такие нарушения проявляются в виде аневризмы и разрывов аорты, дефектов клапанов сердца, частых пневмоний, эмфиземы легких.

Причины нарушений структуры эластина:

а) Снижение активности Ɛ-лизилгидроксилазы, вызванное дефицитом Cu²⁺ или производным витамина В₆ (пиридоксин).

б) Дефицит Ɛ-лизилгидроксилазы при наследственных заболеваниях.

в) Нарушение всасывания Cu²⁺ (Синдром Менкеса).

Катаболизм эластина

Нативный эластин, содержащийся в пище медленно гидролизуется пепсином в желудке при pH=1,5 — 2,0 и не гидролизуется ни трипсином, ни хемотрипсином в 12 - ти перстной кишке. Эластаза поджелудочной железы гидролизует эластин после длительного нахождения пищи в полости 12 – ти перстной кишки.

Катаболизм тканевого эластина в организме происходит при участии Ɛ- эластазы нейтрофилов. Фермент выделяется во внеклеточное пространство нейтрофилами и разрушает не только эластиновые, но и коллагеновые волокна соединительной ткани.

Это имеет значение для легочной ткани. Поскольку легочная ткань не регенерирует, то разрушения эластина в альвеолах приводит к потере эластических свойств, разрушению альвеол и развитию эмфиземы легких. В норме этого не происходит, так как существует специфический ингибитор эластазы α1 антитрипсин.

В легких этот ингибитор синтезируется альвеолярными макрофагами, что обеспечивает защиту альвеол от разрушающего действия эластазы. При дефиците α1 антитрипсин развивается эмфизема легких.

Регуляция обмена эластина осуществляется:

а) По механизму обратной взаимосвязи — сам эластин в высоких концентрациях тормозит процесс его трансляции.

б) Гормонально: глюкокортикоиды тормозят синтез эластина на уровне м-РНК-проэластина. Эстрогены стимулируют синтез эластина т. к. на фибробластах имеются R (рецепторы) к эстрогенам.

Фибронектин

Белок межклеточного матрикса, гликопротеид, неколлагеновой структуры. Различают растворимый или плазменный фибронектин и нерастворимый или тканевой фибронектин.

Растворимый синтезируется гепатоцитами, а нерастворимый синтезируется в основном фибробластами или эндотелиоцитами, глиоцитами и эпителиальными клетками.

Обе формы фибронектина способствуют адгезии и распространению эпителиальных и мезенхимальных клеток, стимулируют пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток, поддерживают цитоскелет и участвуют в воспалительных и репоративных процессах.

Фибронектин построен из 2-х идентичных ППЦ соединенных дисульфидными мостиками с обеих С-концов.

П ПЦ фибронектина содержит 7-8 участков на каждом из которых расположены специфические центры для связывания коллагена, протеогликанов, гиалуроновой кислоты, углеводов плазматических мембран, гепарина.

Благодаря своей структуре фибронектин может выполнять интегрирующую роль в организации межклеточного вещества, а также способствует адгезии клеток.