А. Отщепление С- и N-концевых пептидных последовательностей

Внеклеточные специфичные протеиназы, отщепляют на N- и С- концах последовательности аминокислот с молекулярной массой 20 и 30-35 кДа, соответственно. Образовавшуюся трехспиральную молекулу коллагена часто называют тропоколлагеном.

При низком уровне активности специфических протеиназ концевые пептиды не отщепляются, что препятствует дальнейшему формированию фибрилл коллагена и приводит к развитию синдрома Эйлерса-Данло-Русакова: снижению роста, искривлению позвоночника, частым вывихам, высокой растяжимости кожи.

Б.Формирование фибрилл незрелого коллагена

Образованные молекулы тропоколлагена содержат примерно 1000 аминокислотных остатков в каждой цепи и собираются в коллагеновые фибриллы, неотличимые по внешнему виду от вполне зрелых фибрилл, присутствующих в тканях. Образование фибрилл происходит вблизи клеточной поверхности, часто в глубоких складках плазматической мембраны, что может влиять на скорость и ориентацию молекул при сборке фибрилл. Особенностью структурной организации фибрилл является параллельное расположение тройных спиралей тропоколлагена, причем на стыках молекулы тропоколлагена не примыкают друг другу вплотную, между ними остаются промежутки длиной в 35-40 нм. При такой величине этого промежутка продольное расположение молекул повторяется через каждые пять рядов, так что, например, молекулы в рядах 1 и 6 лежат точно друг против друга.

Молекулы сдвинуты относительно друг друга на ¼ своей длины, что составляет приблизительно 67 нм. В электронном микроскопе фиксированные и окрашенные фибриллы коллагена выглядят поперечно исчерченными с периодом 67 нм (см.схему). Такое расположение, по-видимому, максимально повышает прочность на растяжение и создает бороздки, которые в костной ткани, возможно, играют роль центров минерализации.

В.Окисление аминогрупп лизильных остатков до альдегидов и образование внутри- и межмолекулярных сшивок между полипептидными цепями

Образовавшиеся фибриллы не являются зрелыми, не обладают прочностью зрелых коллагеновых фибрилл, и требуется образование дополнительных связей, укрепляющих взаимодействие между молекулами коллагена. В дальнейшем прочность фибрилл сильно возрастает благодаря созданию ковалентных сшивок между остатками лизина внутри коллагеновых молекул и между ними. Ковалентные связи такого типа встречаются только в коллагене и эластине. Если блокировать их образование, содержащие коллаген ткани становятся хрупкими, и такие структуры, как кожа, сухожилия и кровеносные сосуды будут легко разрываться. Количество и тип сшивок изменяются от ткани к ткани. Например, в ахилловом сухожилии, для которого прочность на разрыв очень важна, такие сшивки в коллагене особенно многочисленны.

Чтобы обеспечить создание укрепляющих связей, необходимо наличие в полипептидных цепях реакционноспособных альдегидных групп. Внеклеточный медь-зависимый фермент лизилоксидаза катализирует реакцию превращения в коллагене и эластине e-аминогрупп отдельных лизильных и гидроксилизильных остатков в альдегидные группы:

Модифицированные остатки лизина называются аллизином, поскольку вместо e-аминогрупп они содержат альдегидные группы. Молекула лизилоксидазы состоит из двух доменов: медь-связывающего и каталитического, содержащего в качестве кофермента тирозилхинон, который в ходе ферментативной реакции образует комплекс с аминокислотными остатками лизина. Этот обнаруженный сравнительно недавно кофермент образуется в результате постсинтетической модификации аминокислотного остатка тирозина в полипептидной цепи фермента. Экспериментальные данные показывают, что его образование происходит в молекуле синтезированного белка в аэробных условиях в присутствии ионов меди без добавления каких-либо дополнительных молекул. На экспрессию лизилоксидазы влияет ряд ростовых факторов, ангиотензин II, ретиноевая кислота, а также последствия стресса от повреждения тканей.

Возникшие в результате реакции окислительного дезаминирования альдегидные группы участвуют в образовании ковалентных внутри- и межмолекулярных связей, которые стабилизируют фибриллы коллагена. Альдольная конденсация двух аллизиновых остатков приводит к формированию сшивки лизин-норлейцин (см. схему - а), а путем взаимодействия лизильного и альлизильного остатков образуются альдиминные связи, называемые также основаниями Шиффа (см. схему -б):

Сшивки, образованные тремя или четырьмя остатками лизина, называются пиридиновыми или пиридинолиновыми (если сшивки образуют аминокислотные остатки гидроксилизина, их называют гидроксипиридинолиновыми), поскольку они включают пиридиновое кольцо.