Структурная организация межклеточного матрикса (суставной хрящ, базальные мембраны, субэпителиальные слои)

Межклеточный матрикс - это структурированный и упорядоченный комплекс макромолекул, который окружает клетки соединительной ткани и влияет на их развитие, организацию, пролиферацию и метаболизм. Он выполняет ряд важных функций: образует соединительную основу органов и тканей, связывает клетки друг с другом, обеспечивает механическую прочность и тургор тканей, образует высокоспециализированные структуры - базальные мембраны, кости, хрящи, сухожилия и др. Основными компонентами матрикса являются: структурные белки коллаген и эластин, гликозаминогликаны, протеогликаны, а также неколлагеновые белки фибронектин, ламинин, тенасцин, остеонектин и др.

ТЕМА 7.1. КОЛЛАГЕН

1. Коллаген - основной структурный белок межклеточного матрикса. Он синтезируется клетками соединительной ткани (остеобластами, хондробластами, фибробластами и др.). Это фибриллярный белок, отличающийся от других белков рядом особенностей состава и структуры:

• пептидная цепь коллагена содержит около 1000 аминокислотных остатков, из которых каждая третья аминокислота - глицин, 20% составляют пролин и гидроксипролин, 10% - аланин, оставшиеся 40% - другие аминокислоты; в коллагене отсутствуют цистеин и триптофан и содержится очень мало гистидина, метионина и тирозина;

• первичную структуру коллагена можно записать в виде [Гли-Х-У ]₃₃₃, где Х - часто пролин, а У - гидроксипролин; особенности первичной структуры обеспечивают уникальную конформацию коллагена;

• полипептидная цепь коллагена укладывается в левозакрученную α-спираль, которая отличается от α-спирали глобулярных белков; она более развернута, и на один виток приходится три аминокислотных остатка, поэтому в цепи глицин всегда находится над глицином - это обстоятельство имеет важнейшее значение для последующей укладки коллагена и выполнения его функций; стабилизация этой цепи происходит преимущественно силами стерического отталкивания пирролидоновых колец пролина, так как водородных связей пролин и гидроксипролин не образуют;

• следующий уровень структурной организации коллагена - образование правозакрученной суперспирали из трех α-цепей, при формировании которой остатки глицина оказываются по ее центральной оси, что способствует образованию линейной молекулы тропоколлагена и включению ее в волокно.

2. Синтез и созревание коллагена - сложный многоэтапный процесс, который начинается в клетке, а завершается во внеклеточном пространстве (рис. 7.1). Он включает в себя целый ряд посттрансляционных изменений: гидроксилирование пролина и лизина, гликозилирование гидроксилизина, образование тройной спирали, отщепление N- и С-концевых пептидов.

Рис. 7.1. Синтез и созревание коллагена

Полипептидные цепи коллагена синтезируются на полирибосомах, связанных с мембраной ЭР, в виде предшественников, имеющих на N-конце «сигнальный» пептид. Основная функция этого пептида - ориентация синтеза пептидных цепей в полость ЭР, после выполнения которой этот пептид сразу же отщепляется. Гидроксилирование пролина и лизина начинается в период трансляции полипептидной цепи вплоть до ее отделения от рибосом. Эти реакции катализируют соответствующие гидроксилазы, которые содержат в активном центре железо в виде Fe²+. В реакции участвуют О₂ и α-кетоглутарат, для поддержания железа в восстановленной форме необходимо присутствие витамина С. Введение ОН-группы в радикалы пролина и лизина способствует стабилизации цепей в молекуле тропоколлагена за счет образования водородных связей между ними (рис. 7.2). При недостатке витамина С этот процесс замедляется, снижается прочность и стабильность коллагеновых волокон, что приводит к возникновению цинги, симптомами которой являются кровоизлияния под кожу и слизистые, кровоточивость десен, анемия и др. Причина этого - повышенная ломкость и хрупкость кровеносных сосудов, которая приводит к повреждениям сосудистой стенки.

Рис. 7.2. Гидроксилирование пролина в коллагене