Гистофизиология соединительной ткани

Этапы синтеза коллагенового волокна включают внутриклеточный и внеклеточный:

Внутриклеточный этап:

- образование иРНК, кодирующих синтез альфа-цепей коллагена в результате транскрипции генов (в ядре);

- поглощение и транспорт аминокислот, необходимых для синтеза с помощью эндоцитоза;

- Молекулы коллагена имеют длину около 280 нм и ширину 1,4 нм. Они построены из триплетов - трех полипептидных α-цепи предшественника - проколлагена, свивающихся еще в клетке в единую тройную спираль. Проколлаген секретируется в межклеточное вещество. Проколлаген формирует первый, молекулярный, уровень организации коллагенового волокна.

Процесс происходит в рибосомах грЭПС следующим образом: три альфа-цепи стабилизируются дисульфидными связями и формируют триплет-спираль, которая является базовой единицей для сборки.

Молекулы образуются с длинными «регистрационными пептидами» (краевыми), которые необходимы для:

1. последующей правильной сборки альфа-цепей,

2. растворимости в воде, и

3. предотвращения самопроизвольной сборки фибрилл внутри клетки.

- Далее происходит транспорт в цистерны грЭПС. Центральный главный домен цепи богат пролином и лизином, а также глицином. Гидроксилазные ферменты в цистернах грЭПС добавляют гидроксильные группы аминокислотами в реакциях, что также требует железа, кислорода и витамина С, как кофакторов.

- В просвете цистерн грЭПС происходит скручивание трех альфа-цепей, С-терминальные области трех альфа цепей стабилизированы цистеиновыми дисульфидными связями.

- далее проколлагеновая молекула транспортируется в аппарат Гольджи, где происходит терминальное гликозилирование упаковка и секреция.

- от аппарата Гольджи происходит транспорт проколлагена к плазмолемме с помощью микротрубочек и микрофиламентов.

- происходит экзоцитоз молекул проколлагена в инвагинации цитоплазмы фибробласта.

Биосинтез данного протеина, осуществляемый в остео-, хондро- и фибробластах, протекает весьма сложно. Сначала его цепи синтезируются на полисомах в виде предшественников, образуя проколлаген. Затем пептидные цепочки посттрансляционно гидроксилируются и гликозилируются. Гидроксилирование проколлагена осуществляется с участием фермента протоколлаген-гидроксилазы, который в качестве кофермента использует витамин С (аскорбиновую кислоту). Негидроксилированный белок плохо секретируется из клеток, а если секретируется, то сразу же атакуется коллагеназой. Следовательно при гиповитаминозах С и Р содержание коллагена в тканях уменьшается, что в конечном итоге приводит к остепорозу.

Внеклеточный этап (сборка фибрилл) 

- Второй, надмолекулярный, уровень — внеклеточная организация коллагенового волокна - снаружи клетки проколлаген-пептидаза отщепляет регистрационные пептиды и превращает проколлаген в молекулу нерастворимого тропоколлагена. Самосборка в полимерный коллаген происходит на специальных нишах клеточной поверхности. Сначала образуются протофибриллы, а 5—6 протофибрилл, скрепленных между собой боковыми связями, составляют микрофибриллы толщиной около 5 нм. Лизилоксидаза предотвращает разборку и стабилизирует фибриллярные структуры.

3) При участии гликозаминогликанов и гликопротеинов, секретируемых фибробластами, формируется третий, фибриллярный, уровень организации коллагенового волокна. Коллагеновые фибриллы представляют собой поперечно исчерченные структуры толщиной в среднем 20—100 нм. Период повторяемости темных и светлых участков 64—67 нм. Каждая молекула коллагена в параллельных рядах, смещена относительно соседней цепи на четверть длины, что служит причиной чередования темных и светлых полос. В темных полосах под электронным микроскопом видны вторичные тонкие поперечные линии, обусловленные расположением полярных аминокислот в молекулах коллагена.

4) Четвертый, волоконный, уровень организации - коллагеновое волокно, образующееся путем агрегации фибрилл, имеет толщину 1 — 10 мкм (в зависимости от топографии). В него входит различное количество фибрилл — от единичных до нескольких десятков. Волокна могут складываться в пучки (волокон) толщиной до 150 мкм.

Клиническое значение: Синдром Элерса-Данло связан с патологической подвижностью суставов, повышенной эластичностью кожи, аневризмами и разрывами стенок аорты или кишечной трубки. Причиной является генетические нарушения в синтезе и сборке коллагена.  Цинга – является дефицитным состоянием витамина С, который участвует в синтезе коллагена. Проявляется также кровоточивостью, мышечной слабостью, отечностью.  Несовершенный остеогенез (хрустальная болезнь) связан с синтезом дефектного коллагена 1 типа, (а также других коллагенов) в костной и других тканях. Характеризуется повышенной ломкостью костей.