Структура и свойства коллагеновых белков межклеточного матрикса соединительной ткани.

КОЛЛАГЕН

В межклеточном матриксе находятся 2 типа волокнистых структур: КОЛЛАГЕНОВЫЕ и ЭЛАСТИНОВЫЕ ВОЛОКНА. Основным их компонентом является нерастворимый белок КОЛЛАГЕН.

КОЛЛАГЕН - сложный белок, относится к группе гликопротеинов, имеет четвертичную структуру, его молекулярная масса составляет 300 kDa. Составляет 30% от общего количества белка в организме человека.

Его фибриллярная структура - это левозакрученная суперспираль, состоящая из 3-х альфа-цепей. В каждую цепь входит около 1000 АК остатков. Длина – 300 нм., толщина 1,5 нм. Содержит глицин, пролин, гидроксипролин. Сочетание одинаковых или различных альфа-цепей формируют различные типы коллагена. Типы обозначаются римскими а альфа-цепи арабскими цифрами.

Нерастворим в воде, солевых растворах, в слабых растворах кислот и щелочей. Это связано с особенностями первичной структуры коллагена.

Первичная структура:В коллагене 70% аминокислот являются гидрофобными. Аминокислоты по длине полипептидной цепи расположены группами (триадами), сходными друг с другом по строению, состоящими из трех аминокислот. Каждая третья аминокислота в первичной структуре коллагена - это глицин (триада (или группа): (гли-X-Y)_n, где X - любая аминокислота, Y - любая аминокислота (кроме глицина). Эти аминокислотные группы в полипептидной цепи многократно повторяются. Не могут быть триптофан и цистеин.Х-чаще пролин\гидроксипролин.

Необычна и вторичная структура коллагена: шаг одного витка спирали составляют только 3 аминокислоты (даже немного меньше, чем 3), а не 3.6 аминокислоты на 1 виток, как это наблюдается у других белков. Такая плотная упаковка спирали объясняется присутствием глицина. Эта особенность определяет высшие структуры коллагена.

Молекула коллагена построена из 3-х цепей и представляет собой тройную спираль. Эта тройная спираль состоит из 2-х альфа-1-цепей и одной альфа-2-цепи. В каждой цепи 1.000 аминокислотных остатков. Цепи параллельны и имеют необычную укладку в пространстве: снаружи расположены все радикалы гидрофобных аминокислот. Известно несколько типов коллагена, различающихся генетически.

Синтез коллагена, роль витамина С, ферментов лизилоксигеназ и пролилоксигеназ в этом процессе. Самосборка коллагеновых фибрилл. Биохимические аспекты «старения» коллагеновых волокон. Распад коллагена. Гидроксипролинурия.

СИНТЕЗ КОЛЛАГЕНА

Существуют 8 этапов биосинтеза коллагена: 5 внутриклеточных (трансляция-сборка полипептидных цепей, посттрансляция–процессинг) и 3 внеклеточных (реализация в межклеточном веществе, модификация белка –завершение формирования коллагеновой фибриллы).

Й ЭТАП

Протекает на полирибосомах, синтезируется молекула-предшественник: препроколлаген. Сборка про-альфа-цепи. Имеется сигнальный пептид на N-конце (чтобы ориентировать синтезированный белок в полость ретикулома. + группа дополнительных АК – пропептиды (на N и C концах).

Й ЭТАП

Гидроксилирование остатков пролина и лизина. В период трансляции полипептидной цепи. Фермент: монооксигеназы – пролин-4-гидроксилаза, пролин-3-гидроксилаза, лизин-5-гидроксилаза.Используется О2, альфа-кетоглутарат. Кофактор - витамин С ( тк все монооксигеназы содержат железо и витамин С необходим для поддержания его восстановленного состояния.. С помощью сигнального пептида “пре” транспорт молекулы в канальцы эндоплазматической сети. Здесь отщепляется “пре” - образуется “проколлаген”.

Й ЭТАП

Гидроксилированные остатки лизина подвергаются гликозилированию.Аминокислотные остатки лизина и пролина в составе молекулы коллагена подвергаются окислению под действием ферментов пролилгидроксилазы и лизилгидроксилазы (эти окислительные ферменты относятся к подподклассумонооксигеназ) .

4-Й ЭТАП

Посттрасляционная модификация - гликозилированиепроколлагена под действием фермента гликозилтрансферазы. Этот фермент переносит глюкозу или галактозу на гидроксильные группы оксилизина.

5-Й ЭТАП

Заключительный внутриклеточный этап - идет формирование тройной спирали - тропоколлагена (растворимый коллаген). В составе про-последовательности - аминокислота цистеин, который образует дисульфидные связи между цепями. Идет процесс спирализации.

6-Й ЭТАП

Секретируется тропоколлаген во внеклеточную среду, где амино- и карбоксипротеиназы отщепляют (про-)-последовательность.

7-Й ЭТАП

Ковалентное “сшивание” молекулы тропоколлагена по принципу “конец-в-конец” с образованием нерастворимого коллагена. Происходит окисление и дезаминирование радикала лизина с образованием альдегидной группы. Затем между двумя радикалами лизина возникает альдегидная связь.

8-Й ЭТАП

Ассоциация молекул нерастворимого коллагена по принципу “бок-в-бок”. Ассоциация фибрилл происходит таким образом, что каждая последующая цепочка сдвинута на 1/4 своей длины относительно предыдущей цепи.

Гидроксипролинурия

Как мы уже упоминали, гидроксипролин представляет собой аминовую кислоту, составляюшую 14% коллагена и приблизительно 2% эластина; он выделяется нормально через мочу в количестве 45-50 мг в сутки. Рост гидроксипролина при болезни Педжета оценивается подавляющим большинством авторов в 75-90% случаев. Значение гидроксипролинурии превосходит в 10-20 раз высший уровень нормы. Наблюдается возросшая элиминация, особенно при формах болезни Педжета с черепной затронутостью. Известно понижение мочевой гидроксипролинурии после лечения стероидными гормонами или после лечения аспирином. Выраженное снижение этой аминовой кислоты происходит под влиянием кальцитонина. Этот факт не носит специфического характера, так как его можно наблюдать и при других заболеваниях, в том числе: остеолитические метастазы, миэлома, склеродермия, ревматоидный полиартрит, почечная недостаточность. Интерес, который вызывает эта особенность поведения, а именно снижение гидроксипролина под влиянием лечения кальцитонином, показаывает по всей вероятности высокую степень эволютивности, которой обладает эта болезнь.