МИНИСТЕĐСТВО ЗДĐАВООХĐАНЕНИЯ ĐОССИЙСКОЙ ФЕДЕĐАЦИИ

ЧИТИНСКАЯ ГОСУДАĐСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра биохимии с курсами биоорганической химии и клинической биохимии

Биохимия тканей

Учебное пособие для преподавателей и студентов

×èòà - 2000

Учебное пособие составлено доцентом кафедры биохимии А.Ц. Гомбоевой

Под общей редакцией профессора кафедры биохимии ЧГМА Л.П. Никитиной

Đецензенты: зав. кафедрой биохимии профессор Л.П. Никитина,

зав. кафедрой нормальной физиологии профессор Л.П. Малежик,

зав. кафедрой гистологии доцент М.А. Джулай

Одобрено центральной методической комиссией Читинской государственной медицинской академии.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Ткани внутренней среды

Глава 1. Соединительная ткань

1.1. Химический состав и особенности обмена . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1. Патология обмена соединительной ткани. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

Глава 2. Скелетная ткань

2.1. Хрящевая ткань . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2. Костная ткань . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2.3. Остеогенез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4. Đегуляция метаболизма и патология скелетных тканей . . . . . .

2.5. Çóá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Глава 3. Мышечная ткань

3.1. Химический состав скелетной мышцы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2. Источники энергии мышечной деятельности . . . . . . . . . . . . . . .

3.3. Сердечная мышца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4. Механизм мышечного сокращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5. Классификация типов мышечных волокон и скелетных мышц

3.6. Патология мышечной ткани . .

Глава 4. Нервная ткань

Литература

Несмотря на все многообразие организации, а отсюда и физиологических свойств органов и систем, все они состоят из ограниченного числа тканей. Согласно современной классификации, предложенной фон Лейдигом, учитывающей особенности гистогенеза, выделяют 4 вида тканей: эпителиальную, мышечную, нервную и ткани внутренней среды. В данном пособии будут описаны химическое строение, функции и патология соединительной, скелетной, мышечной и нервной тканей.

Ткани внутренней среды

Общими чертами этой системы служат 1) мезенхимный генез; 2) большое количество межклеточного вещества; 3) крайнее разнообразие (соединительные, скелетные, ретикулярные, пигментная, жировая и др. ткани).

Глава 1. ÑОЕДИНИТЕЛЬНАя ТКАНЬ

Как отмечено выше, в состав всех волокнистых соединительных тканей входит, кроме клеток, значительный объем межклеточного матрикса, химический состав которого определяет физические свойства каждого типа ткани. Он состоит из основного вещества и погруженных в него волокон различного типа.

Основное вещество – аморфный, относительно прозрачный материал со свойствами геля включает гликозамингликаны, протеогликаны, гликопротеины. Их молекулы прочно связаны с волокнами матрикса.

Гликозамингликаны (ГАГ) (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, кератансульфат, дерматансульфат, гепарансульфат – вклад каждого вида ГАГов в разные варианты соединительных тканей специфичен; строение каждого смотри в учебнике) – это кислые полисахариды, построенные из повторяющихся дисахаридных единиц, одна из которых обычно уроновая кислота, а другая - аминосахар (N-ацетилглюкозамин, N-ацетилгалактозамин), часто сульфатированы. Из-за гидрофильности мицелл они способны связывать большое количество молекул воды и ионов (в частности, Na⁺), входящих во внеклеточную жидкость, образуя гель, через который диффундируют метаболиты.

Протеогликаны – крупные макромолекулы, продукт связей ГАГов с белками, причем на долю первых приходится 90-95%.

 гликопротеидах преобладает белковая компонента, соединенная с разветвленными углеводами (могут включать галактозу, маннозу, рамнозу и сиаловые кислоты). Эти сложные белки связывают клетки с внеклеточным матриксом, входят в фибриллярные структуры. Среди последних выделяют фибронектин и фибриллин. Фибронектин включает две одинаковые полипептидные цепи, соединенные двумя бисульфидными мостиками. Этот белок участвует в адгезии клеток, контролирует их морфологию и архитектуру поверхности, а также формирует фибриллы межклеточного матрикса, образуя связи с коллагеном и ГАГами. Так устанавливается структурная непрерывность между цитоскелетом и внеклеточным матриксом. За функционирование фибронектина ответственны SH-группы, при их блокировании свойства белка теряются.

Другой белок – фибриллин входит в состав эластичных структур, обеспечивая их упорядоченное строение, усиливая связи между внеклеточными компонентами.

Что касается волокон межклеточного вещества, различают коллагеновые, эластические, ретикулиновые.

В большинстве тканей присутствуют коллагеновые волокна, основу которых составляет коллаген. Его молекула – спираль из трех про-α-цепей, каждая из которых включает около 1000 аминокислотных остатков, среди которых преобладают глицин (23%), пролин и гидроксипролин (на обе приходится 18%), лизин. Описано 13 типов коллагенов, чаще всего встречаются I, II, V, VI, а в хрящах - II, IX, X,XI.

Этот белок синтезируется в гранулярной эндоплазматической сети фибро-, хондро-, остеобластов в виде про-α-цепей. Затем в цистернах комплекса Гольджи начинается посттрансляционная модификация, в результате чего после гидроксилирования и гликозилирования полипептидов образуются спирали из трех про-α-цепей (проколлаген). В этом процессе немалую роль играют О₂, 2-оксоглутарат, Fe²⁺, витамин С (рис.1). Один из атомов О₂ расходуется на образование гидроксильной группы в аминокислоте, с помощью другого после декарбоксилирования 2-оксоглутарата окисляется его карбоксильная группа с преобразованием его в сукцинат.

Đис. 1. Механизм посттрансляционной модификации цепей проколлагена.

Концевые участки отдельных про-α-цепей соединяются дисульфидными, а сами цепи - водородными связями. Накапливаясь в секреторных гранулах, молекулы проколлагена выделяются во внеклеточное пространство, где под действием проколлагеновых пептидаз отщепляются концевые пропептиды и образуется тропоколлаген. При последовательном объединении в цепь между хвостовым и головным концами соседних молекул тропоколлагена сохраняется зазор, а каждая цепь смещена относительно рядом лежащей на 1/4 ее длины. Так образуется фибрилла, имеющая поперечную исчерченность. Коллагеновое волокно формируется из многих параллельно связанных гликопротеинами коллагеновых фибрилл. Подобная суперспирализация обусловливает высокую механическую прочность волокна.

Особенно интенсивно идет синтез коллагена в заживающей ране, где образуется рубец, основным компонентом которого является данный белок.

Описаны два пути распада коллагена: специфический и неспецифический. Первый осуществляется коллагеназой, которая гидролизует амидные связи, образованные между глицином и лейцином. Получившиеся пептидные фрагменты подвергаются действию других пептидгидролаз. Неспецифический распад коллагена провоцируется продуктами свободнорадикального окисления липидов, а заканчивается обычным протеолизом с участием тканевых протеаз.

Маркером интенсивности катаболизма коллагена служит гидроксипролин, который в свободном виде затем транспортируется кровью, а частью выделяется с мочой. У взрослого человека с мочой экскретируется 15-50 мг данной аминокислоты в сутки, а в возрасте 10-20 лет этот показатель может достигать 200 мг.

Второй вид волокон – эластические, включают эластин - гликопротеин с молекулярной массой 70 кД. Он, как и коллаген, содержит много глицина и пролина. С помощью лизина четыре пептидные цепи соединяются друг с другом (на месте химической стыковки четырех остатков лизина образуются десмозин и изодесмозин). В создании эластических структур также принимает участие фибриллины, которые формируют микрофибриллярный каркас – второй компонент эластического волокна, если первым считать аморфный эластин.

Оба белка синтезируются в цистернах гранулярной эндоплазматической сети фибробластов, в комплексе Гольджи они упаковываются в секреторные гранулы, выделяемые во внеклеточную среду. Особая роль в посттрансляционной модификации принадлежит лизилоксидазе, с помощью которой путем окислительного дезаминирования ε-аминогруппы в остатках лизина, между четырьмя отдельными цепями формируются поперечные связи, обусловливающие образование резиноподобных структур, способных после деформации восстановить исходную форму.

Последний вид волокон – ретикулиновые – тонкие нити, состоящие из коллагена III типа, связанного с гликопротеинами и протеогликанами. Компоненты этих волокон синтезируются ретикулярными клетками, разновидностями фибробластов.

Что касается клеточных элементов, входящих в состав соединительных тканей, к ним принадлежат фибробласты, макрофаги, лейкоциты, перициты, адипоциты, тучные клетки. Клеточные структуры занимают меньший объем, чем межклеточный матрикс в этих видах тканей. Функции, выполняемые этими клетками, самые разнообразные.

Фибробласт – наиболее распространенный тип клеток, секретирует компоненты внеклеточного матрикса (коллаген, эластин, ГАГи, протеогликаны и др.), участник заживления ран.

Особую роль в осуществлении защитной функции соединительными тканями играют макрофаги, которые способны секретировать более 60 биологически активных веществ. При фагоцитозе выделяется содержимое лизосом макрофагов, включающее активные формы кислорода (О₂^ÿ-, ÎÍ^-, Í₂Î₂), обладающие высокой антибактериальной способностью. В активированных макрофагах интенсивно осуществляется окисление арахидоновой кислоты с образованием простагландинов, лейкотриенов, тромбоксана. Кроме того, макрофаги – источники ферментов, разрушающих внеклеточный матрикс: эластазы, коллагеназы, протеиназы, гиалуронидазы. Эти клетки – профессиональные фагоциты. Они участвуют в заживлении ран, захватывают из крови денатурированные белки, обломки клеток, состарившиеся эритроциты, пылевые частицы; проявляют бактерицидную активность, запускают иммунные реакции.

Тучные клетки участвуют в воспалительных и аллергических реакциях, они способны синтезировать биологически активные вещества (гистамин, гепарин, протеазы, кислые гидролазы, простагландины, лейкотриены и тромбоксаны). Содержание этих клеток в различных органах подвержено значительным индивидуальным и возрастным колебаниям.

Последний фактор имеет значение и в целом для соединительно-тканных структур. По мере старения снижается тургор, образуются морщины и т. д. При этом регистрируется обеднение тканей ГАГами, а отсюда - водой с параллельным накоплением грубоволокнистых коллагеновых структур. По мнению части исследователей, в соединительных тканях заложена программа старения организма.