Б. Опишите посттрансляционную модификацию коллагена. Назовите участников процесса.

В. Опишите роль необходимого витамина, принимающего участие в образовании коллагена. Как проявляется недостаток данного витамина?

А. Коллаген – фибриллярный белок с уникальной структурой, составляет основу межклеточного вещества соединительной ткани сухожилий, кости, хряща, кожи, но имеется, конечно, и в других тканях. Полипептидная цепь коллагена включает 1000 аминокислот и носит название α-цепь. Насчитывается около 30 вариантов α-цепи коллагена, но все они обладают одним общим признаком – в большей или меньшей степени включают повторяющийся триплет [Гли-Х-Y], где X и Y – любые, кроме глицина, аминокислоты. В положении X чаще находится пролин или, гораздо реже, 3-оксипролин, в положении Y встречается пролин и 4-оксипролин. Также в положении Y часто находится аланин, лизин и 5-оксилизин. На другие аминокислоты приходится около трети от всего количества аминокислот. Жесткая циклическая структура пролина и оксипролина не позволяет образовать правозакрученную α-спираль, но образует т.н. "пролиновый излом". Благодаря такому излому формируется левозакрученная спираль, где на один виток приходится 3 аминокислотных остатка. При синтезе коллагена первостепенное значение имеет гидроксилирование лизина и пролина, включенных в состав первичной цепи, осуществляемое при участии аскорбиновой кислоты. Также коллаген обычно содержит моносахаридные (галактоза) и дисахаридные (глюкоза-галактоза) молекулы, связанные с ОН-группами некоторых остатков оксилизина. Синтезированная молекула коллагена построена из 3 полипептидных цепей, сплетенных между собой в плотный жгут – тропоколлаген (длина 300 нм, диаметр 1,6 нм). Полипептидные цепи прочно связаны между собой через ε-аминогруппы остатков лизина. Тропоколлаген формирует крупные коллагеновые фибриллы диаметром 10-300 нм. Поперечная исчерченность фибриллы обусловлена смещением молекул тропоколлагена друг относительно друга на 1/4 их длины.

 

Б. Гидроксилирование пролина осуществляет железосодержащий фермент пролилгидроксилаза для которого необходим витамин С (аскорбиновая кислота). Аскорбиновая кислота предохраняет от инактивации пролилгидроксилазу, поддерживая восстановленное состояние атома железа в ферменте. Коллаген, синтезированный в отсутствии аскорбиновой кислоты, оказывается недостаточно гидроксилированным и не может образовывать нормальные по структуре волокна, что приводит к поражению кожи и ломкости сосудов, и проявляется как цинга.

 

Гидроксилирование лизина осуществляет фермент лизилгидроксилаза. Она чувствительна к влиянию гомогентизиновой кислоты (метаболит тирозина), при накоплении которой (заболевания алкаптонурия) нарушается синтез коллагена, и развиваются артрозы.

 

В. Витамин, участвующий в образовании коллагена – витамин С (аскорбиновая кислота). Он представляет собой водорастворимый витамин, выполняет очень важные функции в организме человека, такие, как обеспечение нормальной работы иммунной системы, участие в процессах заживления ран, образования эритроцитов и синтеза коллагена, а также усвоения железа из растительной пищи. Помимо этого, аскорбиновая кислота является антиоксидантом, то есть, защищает клетки от повреждений свободными радикалами. В организме человека аскорбиновая кислота может присутствовать в трех формах, таких как:

•   L-аскорбиновая кислота – восстановленная форма;

•   Дегидроаскорбиновая кислота – окисленная форма;

•   Аскорбиген – растительная форма.

В форме L-аскорбиновой кислоты вещество обладает наиболее выраженной витаминной активностью. В форме аскорбигена витамин находится в связи с белками, нуклеиновыми кислотами ДНК и флавоноидами. А дегидроаскорбиновая кислота является своего рода резервом, поскольку из этой формы она может восстанавливаться в L-аскорбиновую кислоту или аскорбиген, и использоваться для нужд клеток различных органов и систем.

Данный витамин неустойчив к воздействию температуры, вследствие чего процесс приготовления пищи (термическая обработка, например, варка, тушение, жарение и т.д.) приводит к его частичному или полному разрушению, в зависимости от длительности и агрессивности применяемого к продуктам вида тепловой обработки. Поэтому продукты, подвергшиеся тепловой обработке, содержат гораздо меньше витамина С по сравнению со свежими. Витамин С является незаменимым веществом для человека, обезьян, морских свинок и летучих мышей, поскольку данные виды живых организмов не могут синтезировать его самостоятельно, вследствие чего должны обязательно получать его с пищей в достаточном количестве. Другие животные способны синтезировать аскорбиновую кислоту из глюкозы, и поэтому для них данное вещество не является незаменимым. Витамин С не способен накапливаться в организме, а все избыточное количество, поступившее с пищей или витаминными добавками, выводится с мочой и калом в течение короткого промежутка времени. Именно поэтому в организме человека не создается даже минимального депо ("запаса") витамина С, вследствие чего необходимо его ежедневное поступление с пищей.

Аскорбиновая кислота повышает сопротивляемость организма к различным инфекционным заболеваниям, нормализует степень проницаемости сосудистой стенки вен и артерий, а также оказывает дезинтоксикационное действие. Наиболее сильно эффекты аскорбиновой кислоты выражены при ее сочетанном приеме с другими витаминами.

При дефиците (гиповитаминозе) аскорбиновой кислоты у человека могут развиваться следующие симптомы: кровоточивость десен, припухлость лица, кровоизлияния в структуры глаза, длительное заживление ран, низкая сопротивляемость к инфекционным заболеваниям, выпадение волос, кровотечение из носа.

166