Тема №5.Біохімія покривної тканини

Самостійна робота №6.

План

1. Біохімія шкіряного покриття. Хімічний склад покривної тканини. Характеристика білків покривної тканини. Потові та сальні залози.

Теоретичні відомості

1.Покривна тканина — шкіра (шкура) — захищає тіло тварин від фізичних і хімічних дій навколишнього середовища, механічних ушкоджень, втрати тепла і води, проникнення в організм різноманітних хвороботворних бактерій. Шкіра виконує функції органу виділення деяких продуктів метаболізму і органу дотику.

У шкірі є потові, сальні залози і волосяні головки (мал. 6.1.). До похідних покривної тканини належать рогові утворення: волосся, шерсть, щетина, пір'я, пух, роги, кігті, копита тощо. Шкіра складається з трьох шарів: зовнішнього — епідермісу, середнього — дерми, внутрішнього — підшкірної клітковини.

 

Мал. 6.1. Будова покривної тканини: 1 - волосина; 2 - волосяна сумка; 3 -сальна залоза; 4 - потова залоза; 5 - пучки колагенових волокон; 6 - жирові клітини

Кожен із шарів шкіри виконує особливі функції і має особливий хімічний склад.

Епідерміс складається з багатьох шарів епітеліальних клітин, з яких внутрішні зберегли протоплазматичну природу. Поступово сплющуючись і втрачаючи ядро й протоплазму, клітини в зовнішньому шарі епідермісу перетворюються на змертвілі, ороговілі луски. Роговий шар епідермісу складається з численних рогових лусочок, які злущуються внаслідок їх змертвіння, і замінюється новим роговим шаром, що утворюється з клітин глибинних шарів, які піднімаються на поверхню. Товщина епідермісу становить 0,2-2% всієї товщини шкіри.

Дерма — середній, найтовщий, основний шар шкіри. Вона складається з двох шарів: верхнього сосочкового і нижнього сітчастого. Умовною межею між ними вважаються цибулинки волосяних сумок.

Сосочковий шар складається з пухкої сполучної тканини, в якій розташовані судини, що живлять епітелій і нервовий апарат. Тонкі пучки сосочкового шару переходять у щільний нижній сітчастий шар дерми, який є щільною сполучною тканиною, побудованою з товстих пучків переплетених колагенових волокон. Серед пучків колагену розташовані окремі еластинові волокна. Колагенові во­локна зумовлюють міцність дерми, а еластинові додають їй еластичності. Волокна ідуть у різних напрямках; переплітаючись між собою, вони нагадують сітку. Проміжки між волокнами заповнені основною (аморфною) речовиною і значною кількістю клітин. У великої рогатої худоби дерма складає близько 84% товщини шкіри. У дермі розташовані волосяні сумки з волосом, потові та сальні залози, кровоносні й лімфатичні судини, нервові волокна.

Підшкірна клітковина складається з типової пухкої сполучної тканини, внаслідок чого цей шар м'який, легко рухається і з'єднує основу шкіри з м'язами. У ньому знаходяться жирові клітини, які при добрій відгодівлі тварин сильно розвиваються. Значне скупчення жирових клітин у вгодованих тварин надає їх підшкірному шару характер жирової тканини. Товщина підшкірної клітковини у великої рогатої худоби становить близько 15% загальної товщини шкіри.

Білкові речовини. За складом дерма дуже схожа на щільну сполучну тканину. Основними речовинами, що входять до складу шкіри, є вода і білки. Крім того, в шкірі містяться ліпіди і в невеликих кількостях — вуглеводи й мінеральні солі. Вміст води в парній шкурі коливається в широких межах (55-75%) залежно від виду, віку і статі тварини. Білки становлять 95% сухого залишку шкіри. До складу шкіри входять сполучно-тканинні білки, мукоїди, альбуміни, глобуліни та деякі інші білки (табл. 6.1). Понад 90% припадає на частку колагену.

Специфічними білками шкіри і її похідних є епідермін і кератин.

Таблиця 6.1. Білковий склад основної частини шкіри — дерми.

Білок	Вміст, % до сирої шкури
Колаген	33,2
Еластин	0,4
Альбуміни і глобуліни	0,7
Мукоїди	0,2

Епідермін. Це білок, що утворюється в поверхневому шарі епідермісу, за властивостями близький до кератинів.

Епідермін пружний і здатний до скорочення (до 20%) під час нагрівання за температури 70-85°С, не розчиняється у воді, нейтральних солях, але повністю переходить у розчин під дією 6М розчину сечовини. Молекули епідерміну асиметричні (коефіцієнт дисиметрії 3,5). Молекулярна маса основного компоненту білка, виділеного за допомогою сечовини, становить 60 000. У молекулі білка внутрішніх епітеліальних клітин є SH-групи, а в ороговілих клітинах —S-S-зв'язки.

Кератин. Залежно від походження фізико-хімічні властивості і хімічний склад кератину — білка похідних шкури (рогів, копит, волосся, шерсті, щетини, пуху, пера і т.д.) істотно відрізняються.

Кератини належать до групи протеїноїдів — найміцніших, стійких білків. Вони нерозчинні в холодній і гарячій воді, в розчинах солей, кислот, спирті, ефірі тощо, не гідролізуються під дією травних ферментів. Така стійкість цих протеїноїдів пояснюється своєрідністю будови і поєднання в них амінокислот.

У кератинах міститься 4-14% цистеїну, у зв'язку з чим до їх складу входить багато сірки (2-6%), що виявляється під час горіння (леткі меркаптани). У кератинах багато проліну і гліцину, а також своєрідне поєднання основних амінокислот — гістидину, лізину і аргініну (1: 4: 12). Нерозчинність і стійкість кератинів зумовлена наявністю в них великої кількості цистеїну, який утворює дисульфідні містки між пептидними ланцюжками білка. Крім дисульфідних, поліпептидні ланцюжки кератину зв'язуються водневими зв'язками. Завдяки високому вмісту полярних гідрофільних груп у структурі волокон кератину міцність його залежить від міжмолекулярної взаємодії між цими угрупованнями.

Під дією сірководню, сульфідів, цианідів, тіогліколевої кислоти тощо дисульфідні зв'язки відновлюються з утворенням сульфгідрильних груп. Відновлений розчинний кератин одержав назву кератеїну. Він може розщеплюватися протеолітичними ферментами. На практиці для видалення шерсті застосовують речовини, що руйнують -S-S-зв'язки. Механічна деструкція кератеїнів (наприклад, тонке розтирання шерсті) також частково переводить кератин у розчинну форму і стан, доступний для дії протеолітичних ферментів.

Під час дії на кератин надоцтової кислоти можна одержати розчинний похідний (дериват) кератину, в якому цистеїн окислений в цистеїнову кислоту.

Під дією лугу в кератинах можливе розірвання дисульфідного містка гідролітичним шляхом.

При аналізі кінцевих амінокислот кератину і продуктів його деструкції визначено, що молекула кератину складається з 37 пептидних ланцюгів із загальною мінімальною масою близько 2 000 000.

На підставі даних рентгеноструктурного аналізу, вивчення за допомогою електронно-оптичного методу і результатів дослідження фізико-хімічних властивостей кератину і продуктів його деструкції існує така модель-схема будови кератину. Основою фіблярної структури кератину є мікрофібрила (четвертинна структура) діаметром близько 80 нм і довжиною до 1 мкм. Мікрофібрили розміщуються одна від одної на відстані (від центру) 90 нм і складаються з 11 протофібрил діаметром 20 нм — дві всередині і дев'ять по колу. Кожна протофібрила є потрійною спіраллю з трьох ланцюжків. Таким чином, первинним мономером кератину є триплет — прекератин (протофі- брила) подібний тропоколагену, але з іншим амінокислотним складом, структурою і фізико-хімічними властивостями. Мікрофібрила побудована з протофібрил подібних, але не ідентичних субодиниць.

При розтягуванні на 100% ланцюг розгортається повністю. Набухання і розтягування волосся і шерсті у вологій атмосфері пов'язане з розриванням (зворотним) солеподібних або водневих зв'язків між пептидними ланцюгами.

Під час нагрівання кератинів у гарячій воді більша кількість слабких зв'язків розривається (дисульфідні при цьому зберігаються), що призводить до денатурації і незворотного стиснення волокон. Таке явище спостерігається під час усадки шерсті та гарячого оброблення рогових виробів. У результаті таких перетворень кератин стає міцнішим.

Продукти деструкції кератинів є поверхнево-активними речовинами; їх використовують для стабілізації піни в протипожежних рідинах, для отримання клею, кератинових плівок, лаків, виготов­лення пластмас, емульгаторів.

Кератини є цінним джерелом таких амінокислот, як глютамінова кислота, цистеїн, тирозин та ін. За амінокислотним складом кератин є повноцінним білком.

Меланіни — це особливі пігменти, які зумовлюють в основному забарвлення шкіри. Вони відкладаються в епітеліальному шарі у вигляді мікроскопічних аморфних глибок — зерен.

Утворення подібного роду надають забарвлення волоссю, шерсті, пір'ю і т.п. Меланіни важкорозчинні (нерозчинні у воді, сольових розчинах, деякі — в лугах), схожі в цьому відношенні на кератини, хоча не містять сірки, а кількість азоту не перевищує 8,8%. Пігменти розчинні в сірчаній кислоті та знебарвлюються міцною азотною, сірчистою кислотами, перекисом водню. Меланіни є продуктами послідовного окислення тирозину і конденсації продуктів окислення в пігмент-полімер, в основі якого лежить індольне кільце. Меланіни утворюються в тканинах при участі тканинних ферментів (тирозиназа й ін.).

Потові та сальні залози. Функція потових залоз — видалення з потом значної кількості води (до 1/3 частини води, що виділяється з організму) та деяких продуктів обміну. Сухий залишок поту становить близько 1,2%, з яких 1/2 — мінеральні речовини. З органічних сполук з потом виділяються сечовина, креатин, креатинін, сечова кислота, а також леткі жирні кислоти (зокрема масляна, капронова та ін.), які надають поту характерного специфічного запаху.

Секрет сальних залоз (густа маса білого кольору, призначена для захисту поверхневого шару тканини від висихання) бере участь у регуляції теплообміну і запобігає проникненню мікроорганізмів.

Секрет сальних і потових залоз, поєднуючись разом, утворює жиропіт. До складу жиропоту входять у вигляді ефірів (віск) високомолекулярні спирти (цериловий, ланоліновий, карнаубський), холестерин, гліцерин з високомолекулярними жирними кислотами, головним чином пальмітиновою, церотиновою та міристиновою, а також білки і мінеральні речовини. Практичне значення має жиропіт овець.

Очищений жиропіт овець — ланолін — яскраво-жовта, мазеподібна речовина (суміш ліпідів) широко застосовується в медицині як основа для мазей і кремів, здатний поглинати значну кількість води (200-300%) і стійкий під час зберігання.

Запитання для самоконтролю

1. Які біохімічні процеси відбуваються в кістковій тканині та які функції в організмі тварин вона виконує?

2. У чому полягають особливості будови і хімічного складу жирової тканини?

3. Розкрийте суть основних біохімічних і фізико-хімічних змін жирової тканини.

4. Охарактеризуйте особливості будови покривної тканини. Які функції в організмі тварин вона виконує?

5. Дайте стислу характеристику властивостям специфічних білків покривної тканини та її дериватів.

6. Назвіть основні функції потових і сальних залоз.