Структура та властивості неколагенових білків
РОЗДІЛ 15. СПОЛУЧНА ТКАНИНА Рис.15.1. Будова сполучної тканини: 1 – фібробласт; 2 – опасиста клітина; 3 – еластичне волокно; 4 – ретикулярне волокно; 5 – макрофаг; 6 – нервове волокно; 7 – лімфоцит; 8 – колагенове волокно; 9 – нейтрофіл; 10 – плазмоцит; 11 – міжклітинна речовина; 12 – ліпоцит; 13 - капіляр Сполучна тканина становить приблизно 50 % від маси тіла людини. Вона формує сухожилки та зв’язки, кістки та хрящі, шкіру, стінки кровоносних судин, очеревину та нейроглію тощо. Не зважаючи на морфологічні відмінності, всі різновиди сполучної тканини побудовані за загальним принципом: вони містять велику кількість міжклітинної речовини (позаклітинного матриксу), яка складається з колагенових білків, протеогліканів і глікопротеїнів і і невелику кількість клітин, розташованих на значній відстані одна від одної (рис. 15.1). В утворенні міжклітинної речовини беруть участь фібробласти, хондроцити, остеобласти, одонтобласти, цементобласти тощо. Міжклітинна речовина мінералізованих тканин містить неорганічні іони, що утворюють солі та кристали. Спеціалізованою формою позаклітинного матриксу є базальна мембрана, яка відмежовує один шар клітин від іншого. Вона відповідає не лише за підтримання архітектоніки тканин, а й впливає на їх диференціювання, міграцію та фенотипування. Вона слугує бар’єром для макромолекул. Основними компонентами позаклітинного матриксу є різні види колагенів та неколагенові білки.
|
|
|
Структура та властивості колагенових білків
15.1.1. Структура колагену. Основу міжклітинного матриксу становлять колагенові білки, які належать до класу глікопротеїнів і містять у великій кількості залишки гліцину, проліну та оксипроліну. Всі типи колагену в залежності від структури поділяють на кілька груп: фібрилярні, асоційовані з фібрилами колагену, сіткоподібні, мікрофібрили тощо. Для позначення кожного типу використовують певну формулу, у якій α-ланцюги позначають арабськими цифрами, а тип колагену – римськими. Значна частина колагенів, присутніх у порожнині рота, належить до фібрилярних, їх локалізація представлена в таблиці 15.1.
Таблиця 15.1. Типи колагенових білків у тканинах порожнини рота
| Тканини порожнини рота | Типи колагену |
| Дентин зуба | І, ІІІ, ІV, V, VІ |
| Пульпа зуба | І, ІІІ, V, VІ |
| Цемент зуба | І, ІІ, ІІІ, V, ХІІ, ХІV |
| Періодонтальні волокна | І, ІІІ, V, VІ |
| Слизова оболонка | ІІІ, ІV, V, VІ, ХІІ |
| Кісткова тканина | І, ІІІ, ІV, V, VІ, |
| Хрящова тканина | ІІ, VІ, ІХ, ХІІ, ХІV |
Фібрилярні колагени. Молекули колагенів І, ІІ, ІІІ, V, ХІ типів мають форму фібрил і побудовані зі структурних одиниць – тропоколагенів, молекулярна маса яких становить 300 000 Да, довжина 280 нм, товщина 1, 4 нм. Молекула тропоколагену побудована з трьох поліпептидних a-ланцюгів, кожен з яких містить біля 1 000 амінокислотних залишків і являє собою щільну лівозакручену спіраль, на один виток якої припадає три амінокислотних залишки (рис. 15.2, а), один з яких обов’язково гліцин. Якщо первинну структуру α-ланцюга колагену представити у вигляді схеми глі-x-y, то в положенні х найчастіше зустрічається – пролін і 3-, 4-гідроксипролін, а в положенні y – інші амінокислоти. Гліцин в даній комбінації необхідний для формування фібрилярної структури, оскільки жодна інша амінокислота не поміщається між трьома поліпептидними ланцюгами в центрі потрійної спіралі. Радикали амінокислот, які займають положення х і у, знаходяться на поверхні потрійної спіралі, пролін і гідроксипролін обмежують її обертання. Три α-ланцюги утворюють структуру, злегка закручену в спіраль (рис. 15.2, б). Формуючи фібрили, молекули тропоколагену розташовуються східчасто, зміщуючись одна відносно одної на ¼ довжини, що надає фібрилам характерної посмугованості, яку можна помітити методом електронної мікроскопії (рис. 15.2, в, г). У мінералізованих тканинах щілини між молекулами тропоколагену заповнені кристалами апатитів.
|
|
|
Молекули тропоколагену утворюють мікрофібрили і фібрили. Мікрофібрили зазвичай складаються з п¢яти волокон (1 – 5) і формуються в результаті лінійної та бічної агрегації молекул тропоколагену. Ці мікрофібрили разом з різними глікопротеїнами (фібринопектином, a1-глікопротеїном, протеогліканами) утворюють фібрили. Молекули глікопротеїнів розташовуються на поверхні фібрил, захищаючи їх від дії колагеназ.
|
|
|
Колаген І типу [α1(І)]2α2 виявляють у складі кісток, дентину, пульпи зуба, цементу, періодонтальних волокон, він бере участь у процесах мінералізації. Колаген ІІ типу [α1(ІІ)]3 присутній у хрящах, колаген ІІІ типу [α1(ІІІ)]3 міститься в стінках кровоносних судин. Колаген V типу [α1(V) α2(V) α3(V)] являє собою гібридну молекулу, яка складається з різних ланцюгів: α1, α2 і α3.
Колагени, асоційовані з фібрилами. До цієї групи належать колагени ІХ, ХІІ, ХІV типів, вони беруть участь в організації міжклітинного матриксу слизової оболонки, хряща і цементу кореня зуба. Колагенові білки цього класу не спроможні формувати фібрили, але, зв’язуючись з фібрилярними колагенами, вони обмежують довжину, товщину та орієнтацію фібрил колагенів І та ІІ типів. В їх структурі наявні як глобулярні, так і фібрилярні домени. Так, наприклад, колаген ІХ типу [α1(ІХ) α2(ІХ) α3(ІХ)] складається з трьох фібрилярних і чотирьох глобулярних доменів. Вони об’єднані поперечними ковалентними зв’язками з фібрилами колагену ІІ типу. Завдяки наявності бічного глікозильованого ланцюга і великої кількості позитивно заряджених груп, цей тип колагену може приєднувати до себе негативно заряджені молекули гіалуронової кислоти та хондроїтинсульфату.
|
|
|
Колагени, що формують мікрофібрили. До цієї групи належить колаген І типу. Оскільки він являє собою коротко ланцюговий білок, то може розташовуватися між фібрилами інтерстиціальних колагенів і зв’язуватися з ними. У процесі синтезу 2 молекули цього колагену з’єднуються антипаралельно з утворенням димера, з димерів утворюються тетраметри. Останні зв’язуються «кінець в кінець» з утворенням мікро фібрил. Цей тип колагену, завдяки наявності в поліпептидних ланцюгах послідовності арг-глі-асп, забезпечує клітинну адгезію шляхом приєднання до мембранних адгезивних білків – інтегринів.
Сіткоподібні (нефібрилярні) колагени. До цієї групи належать колагени ІV, VІІІ, Х типів, вони відрізняють ся за довжиною та розміром і спроможні формувати сіткоподібні структури. Пептидні ланцюги ІV типу колагену [α1(ІV)] [α2(ІV)]2 не підлягають після секреції протеолітичній модифікації, їх кінцеві домени взаємодіють між собою «кінець в кінець», що призводить до формування димерів і тримерів, а завдяки бічним взаємодіям утворюються тривимірні структури, схожі на сітку.
15.1.2. Синтез і розпад колагену.Колаген синтезують і продукують у міжклітинний простір майже всі бластні клітини. Процес синтезу та дозрівання колагену є дуже складним процесом, який розпочинається в клітині і закінчується в міжклітинному матриксі. оскільки приблизно 50 % всіх колагенових білків міститься в тканинах скелета, 40 % - у дермі і 10 % - у стромі внутрішніх органів, порушення синтезу колагену супроводжується як патологією кістково-суглобової системи, так і внутрішніх органів.
Синтез колагену включає два етапи. На внутрішньоклітинному етапі відбувається трансляція та посттрансляційна модифікація поліпептидних ланцюгів, а на позаклітинному – модифікація білка, яка завершує утворення колагенових волокон.
Внутрішньоклітинний етап синтезу колагену. Пептидні α-ланцюги колагену синтезуються на полірибосомах, зв’язаних з ендоплазматичним ретикулумом, у цистернах якого підлягають посттрансляційній модифікації, яка включає від’єднання сигнального пептида проколагенового ланцюга за участі специфічної протеїнази та гідроксилування залишків проліну і лізину за участі оксигеназ – проліл-4-гідроксилази, проліл-3-гідроксилази та лізил-5-гідроксилази. У реакціях гідроксилування беруть участь молекулярний кисень і 2-оксоглутарат, а також аскорбінова кислота (в якості кофактора). Оскільки гідроксилази проліну та лізину в своєму активному центрі містять Fe2+, то аскорбінова кислота, яка легко окислюється з утворенням дегідроаскорбінової кислоти, необхідна для збереження атома заліза в фероформі. У подальшому гідроксильовані залишки лізину підлягають глікозилюванню за участі глікозилтрансфераз. гідроксильований пролін необхідний для стабілізації триланцюгової структури, оскільки його гідроксильні групи беруть участь в утворенні водневих зв’язків між α-ланцюгами. Після закінчення гідроксилування та глікозилування всі про- α-ланцюги зв’язуються між собою водневими зв’язками, а в ділянках С-кінцевих пропептидів формуються дисульфідні містки, які сприяють закручуванню ланцюгів у потрійну спіраль. З ендоплазматичної сітки молекули про колагену транспортуються в комплекс Гольджі, де включаються в секреторні міхурці та в їх складі секретуються в позаклітинний простір.
Позаклітинний етап – модифікація молекули проколагену. У міжклітинному просторі за участі протеолітичних ензимів від молекули проколагену від’єднуються N- і С-кінцеві пептиди з утворенням молекули тропоколагену. Далі відбувається збирання колагенових фібрил, яке супроводжується утворенням ковалентних зв’язків (зшивок). У формуванні цих зв’язків беруть участь залишки лізину та 5-гідроксилізину, а також їх альдегідні похідні (аллізин і 5-гідроксиаллізин), які утворюються внаслідок окисного дезамінування за участі лізилоксидази. Цей ензим у своєму активному центрі містить іон Сu2+. Конденсація аллізину та 5-гідроксиаллізину з лізиловими та гідроксилізиловими залишками забезпечує формування внутрішньо- та міжмолекулярних поперечних зв’язків.
Близько 25 % молекул тропоколагену розпадається, так і не утворивши фібрил. Їх фрагменти виконують сигнальні функції, стимулюючи колагеногенез. Просторова організація фібрил завершується за участі фібронектину, протеогліканів і глікопротеїнів, асоційованих з фібрилами.
У розпаді нативного колагену, період півжиття якого від кількох тижнів до кількох місяців, беруть участь колагенази (ММП-1, ММП-13). В активному центрі цих ензимів присутній кальцій або цинк, тому вони отримали назву матриксних Са2+-залежних цинкових металопротеїназ. Їх налічують понад 20 і поділяють у залежності від структурної організації і субстратної специфічності.
Колагенази розсікають всі три пептидні α-ланцюги молекули нативного колагену приблизно на ¼ відстані від С-кінця, між залишками гліцину та лейцину. Фрагменти колагену стають розчинними в воді і денатурують, після чого їх пептидні зв’язки підлягають гідролізу іншими пептидзами. Гідроліз колагенів базальних мембран відбувається за участі желатиназ (ММп-2, ММП-9). У зв’язуванні колагенів желатиназами бере участь так званий фібронектиновий домен, присутній у структурі N-кінцевої області ензима.
Для дослідження обміну колагену в плазмі крові та сечі визначають концентрацію гідроксипроліну, проліну, кількість продуктів деградації колагену І типу – С і N-тілопептидів. Про посилений катаболізм колагену свідчить зростання концентрації гідроксипроліну, С і N-тілопептидів у плазмі крові та сечі, а порушення дозрівання колагену характеризується зростанням кількості проліну в плазмі крові.
15.1.3. Порушення синтезу колагену та його прояви.Будь-які порушення в синтезі колагенових білків клінічно проявляються, першою чергою, змінами з боку зубо-щелепної системи у вигляді кровоточивості ясен, рухливості та випадіння зубів, множинного карієсу. Причини, що викликають подібні зміни, різноманітні – недостатність в організмі аскорбінової кислоти, іонів Сu2+, генетичні дефекти та автоімунні стани.
Під час скорбуту – захворювання, що виникає внаслідок недостатності аскорбінової кислоти, порушується гідроксилування залишків проліну та лізину в структурі проколагену, у результаті чого утворюються тендітні та ламкі судини. Порушення синтезу колагену в пульпі та дентині призводить до розвитку множинного карієсу, недостатньої міцності періодонтальних зв'язок.
Подібні зміни зустрічаються при природженій недостатності лізилгідроксилази (синдром Елерса-Данло-Русакова, тип ІV). Висока розчинність молекул колагену проявляється при природженому дефекті лізилоксидази (синдром Елерса-Данло, тип V) або під час порушення обміну міді (хвороба Менкеса), що пов’язано з порушенням утворення поперечних зшивок між мікро фібрилами колагену. Це призводить до погіршення механічних властивостей зв'язок періодонта, стану тканин пародонта, в’ялості шкірних покривів, виникнення дефектів розвитку скелету в людей, які страждають на це захворювання.
При цукровому діабеті внаслідок неспроможності клітин захоплювати глюкозу з плазми крові порушується процес внутрішньоклітинного глікозилування про колагенових α-ланцюгів, а при проникненні про колагену в позаклітинний простір вуглеводи приєднуються неензимним шляхом, що також порушує структуру колагенових фібрил. Розвивається тяжка форма пародонтиту, яка погано лікується. У дітей, які народилися від матерів, хворих на інсулінозалежний цукровий діабет, виявляють системну гіпоплазію твердих тканин зуба.
Колагенози або системні первинні ураження сполучної тканини (ревматизм, системний червоний вовчак, системна склеродермія, ревматоїдний артрит, дерматоміозит, вузловий периартериїт тощо) пов¢язані переважно з порушеннями імуногенезу. Морфологічно ці стани проявляються генералізованою альтерацією позаклітинних компонентів сполучної тканини, в основному – колагенових волокон і білка колагену, який їх утворює. Вони суттєво відрізняються за клінічною картиною, проте, спільність патогенетичних механізмів обумовлює однорідність біохімічних проявів, до яких відносять, перш за все, лабораторні ознаки запалення, які виявляють у період загострення захворювання: диспротеїнемія (поява С-реактивного білка, зростання рівня g- та a2-глобулінів, серомукоїду, підвищення вмісту a1-антитрипсину та a1-глікопротеїду); гіпоальбумінемія; збільшення ШОЕ; підвищення рівня фібриногену; підвищення вмісту у сечі глікозаміногліканів; збільшення виділення із сечею гідроксипроліну; підвищення кількості N-ацетилнейрамінової кислоти у сироватці крові; підвищення концентрації білокзв¢язаних гексоз.
Структура та властивості неколагенових білків
15.2.1. Структура еластину. У міжклітинному просторі стінок кровоносних судин, тканин періодонта, кореня язика, у підслизовому шарі губ і щік, легенях, шкірі у великій кількості присутні еластичні волокна, які володіють дуже важливими властивостями – можуть розтягуватися в кілька разів і повертатися в вихідне положення, зберігаючи при цьому високу міцність на розрив. Ці властивості обумовлені наявністю еластину – глікопротеїну з молекулярною масою 70 000 Да та діаметром близько 3 нм. Еластин містить біля 27 % гліцину, 19 % аланіну, 10 % валіну, 4,7 % лейцину. Гідрофобні радикали запобігають утворенню стабільної глобулярної структури, тому поліпептидні ланцюги еластину не утворюють регулярну вторинну та третинну структури, а набувають різної конформації. Нативні молекули еластину побудовані з відносно невеликих, майже сферичних молекул, об’єднаних у волокнисті структури за допомогою жорстких поперечних зшивок – лізиннорлейцину, десмозину, ізодесмозину (рис. 15.3). У формуванні поперечних зшивок беруть участь 4 залишки лізину, 3 з яких попередньо окиснюються до
| |
| |
У міжклітинному матриксі за участі мідьзалежної лізилоксидази залишки лізину окиснюються до аллізину з утворенням поперечних зшивок. Після цього еластин набуває своєї кінцевої позаклітинної форми, для якої характерна нерозчинність, висока стабільність і мала швидкість метаболізму. На форму та просторове розміщення ниток еластину впливають структурні глікопротеїни. Мономерні субодиниці еластину, що потрапили у міжклітинний простір, взаємодіють з певними ділянками поверхні і утворюють агрегати.
У гідролізі еластину беруть участь металоеластаза та еластаза поліморфноядерних лейкоцитів.
При порушенні утворення десмозинів, ізодесмозинів і лізиннорлейцину знижуються пластичні властивості тканин. Це може бути зв’язано зі зниженням активності лізилоксидази при природжених чи набутих захворюваннях, дефіциті міді і проявляється серцево-судинними захворюваннями у вигляді аневризми та розриву аорти, дефектів клапанів серця, частими пневмоніями та емфіземою легенів.
15.2.2. протеоглікани. Це клас складних білків позаклітинного матриксу. Ці структури виконують функції рецепторів під час формування міжклітинного матриксу, полегшують прикріплення клітин і регулюють процеси їх росту.
| |
Вони складаються з білкової частини (7 % молекули), до котрої через N- і О-глікозидні зв’язки приєднані трисахариди (ксилоза-галактоза-галактоза), ковалентно сполучені з ланцюгами глікозаміногліканів (93 % молекули) (рис. 15.4).
Протеоглікани різняться за розмірами молекул, відносним вмістом білка та набором глікозаміногліканів. Вони широко представлені в дентині, пульпі, цементі, тканинах періодонта, слизовій оболонці порожнини рота (табл.15.2).
Таблиця 15.2. Протеоглікани та глікозаміноглікани в тканинах порожнини рота
| Протеоглікани | Глікозаміноглікани | Тканина |
| Версікан, декорин, біглікан, фібромодулін, люмікан | Хондроїтин-4-сульфат, хондроїтин-6-сульфат, дерматансульфат | Цемент кореня |
| Люмікан, фібромодулін, остеоадерин | Хондроїтин-4-сульфат, хондроїтин-6-сульфат, дерматансульфат | Дентин, предентин |
| Сіндекан-1, декорин, версікан, біглікан | Дерматансульфат, гіалуронова кислота, гепарансульфат, хондроїтин-4-сульфат | Слизова оболонка |
| Фібромодулін, версікан, декорин | Хондроїтин-4-сульфат, хондроїтин-6-сульфат, дерматансульфат, гепарансульфат | Періодонтальні зв’язки |
| Версікан, біглікан, декорин | Хондроїтин-4-сульфат, хондроїтин-6-сульфат, дерматансульфат, кератансульфат, гіалуронова кислота | Пульпа зуба |
| Версікан, біглікан, декорин, сіндекан | Хондроїтин-4-сульфат, хондроїтин-6-сульфат, дерматансульфат, кератансульфат, гіалуронова кислота | Кісткова тканина |
| Декорин, біглікан, фібромодулін | Хондроїтин-4-сульфат, хондроїтин-6-сульфат, кератансульфат, гіалуронова кислота | Хрящова тканина |
Частина протегліканів–сергліцин,матриксний протеоглікан хряща, декорин, версікан тощо знаходяться в розчинному стані і локалізуються у позаклітинному просторі. Інші протеоглікани, наприклад, сіндекан, представлені інтегральними трансмембранними білками. За молекулярною масою протеоглікани поділяють на великі та малі.
Великі протеоглікани. До цієї групи належать білки з великою молекулярною масою, які містять понад 100 ланцюгів глікозаміногліканів – агрекан, версікан, нейрокан, бревікан тощо. Вони мають властивість зв’язуватися з колагенами, гіалуроновою кислотою з утворенням протеогліканових агрегатів.
У цементі, пульпі зуба, слизовій оболонці порожнини рота, кістковій тканині та шкірі міститься великий хондроїтинсульфатмісний протеоглікан – версікан, молекулярна маса якого » 1 000 Да. Коровий білок версікану складається з амінокислотних послідовностей, що містять залишки глу-глі-фен. Завдяки великій кількості сульфату, глютамінової кислоти та зв’язку з гіалуроновою кислотою, цей білок у гідратованому стані займає достатньо великий простір.
Малі протеоглікани містять у своєму складі невеликий коровий білок, до якого приєднуються 1 або 2 ланцюги глікозаміногліканів. Розрізняють малі протеоглікани, збагачені лейцином, протеоглікани, асоційовані з клітинами та протеоглікани базальних мембран.
Протеоглікани, збагачені лейцином, містять 9 – 12 доменів, збагачених лейцином у С-кінцевій ділянці корового білка. Ці домени можуть зв’язувати колаген. Білки цього сімейства представлені декорином, бігліканом, фібромодуліном, люміканом, остеоадерином, остеогліцином, окулогліканом, оптіцином, аспорином.
Фібромодулін має молекулярну масу 40 000 Да. Показано, що цей протеоглікан приєднується до фібрил колагену ІІ типу і обмежує їх діаметр. Ламікан присутній у міжклітинному матриксі м’язової та хрящової тканини, легенях, тонкій кишці, рогівці ока. Остеоадерин визначається в амелобластному шарі на стадії дозрівання емалі і бере участь у процесах мінералізації. Декорин і біглікан беруть участь у міжклітинних взаємодіях, зв’язуються з еластином і адгезивними білками. Локалізація декорину співпадає з розташуванням колагену, цей білок зв’язується з колагенами І і ІІ типів, а також інгібує фібриноліз.
Протеоглікани, асоційовані з клітинами. Це сімейство білків включає сергліцини, сіндекани, бетагліцини, тромбомодулін.
Сіндекани представлені 4 типами білків: сіндекан-1 з’являється в епітеліальних клітинах у процесі розвитку, сіндекан-2 синтезується гепатоцитами, сіндекан-3 присутній у нервовій тканині та хрящах на стадії розвитку, сіндекан-4 – в ендотелії, епітелії, гладких м’язах, фібробластах шкіри. Всі вони зв’язують колагени, фібронектин, тромбоспондин і фактор росту фібробластів.
Сергліцини завдяки високому вмісту сульфатів стійкі до протеолізу. Вважають, що ці білки беруть участь у регуляції ферментативної активності секреторних гранул, диференціюванні гемопоетичних клітин і міграції лейкоцитів при запаленні.
Протеоглікани базальних мембран. Вони належать до гепарансульфатмісних. Основним представником є перлекан. Його молекула містить біля тридцяти глобулярних доменів, що забезпечують зв'язок між клітинами та компонентами міжклітинного матриксу.
15.2.3. Структура та властивості глікозаміногліканів (мукополісахаридів).Глікозаміноглікани сполучної тканини – це лінійні нерозгалужені полімери. Дослідження показали, що у тканинах ці сполуки не існують у вільному вигляді, а приєднані ковалентними зв¢язками до білків. У водному розчині вони утворюють гель і заповнюють простір між клітинами. Вони сильно гідратовані і містять багато Nа+. Деякі полімерні молекули вдалося виділити і охарактеризувати. До них належать гіалуронова кислота, хондроїтинсульфати, гепаринсульфат, дерматансульфат і кератансульфат (рис. 15.5).
Рис. 15.7. Структура повторюваних дисахаридних одиниць у глікозаміногліканах
Вони є лінійними полімерами, побудованими з різних дисахаридних одиниць, утворених уроновими кислотами (глюкуроновою, галактуроновою та ідуроновою), N-ацетилгексозамінами (N-ацетилглюкозаміном і N-ацетилгалактозаміном) та нейтральними сахаридами (галактозою, манозою і ксилозою). У деяких випадках гідроксильні групи кожного дисахариду етерифіковані сірчаною кислотою. Вільні карбоксильні і сульфогрупи, які несуть від¢ємний заряд, розміщені більш-менш рівномірно по всій макромолекулі і визначають біологічні властивості цих сполук.
| |
Розчини гіалуронової кислоти низької концентрації (0,01 – 1%) мають властивість впливати на форму молекул протеогліканів, утворених хондроїтинсульфатами.
Найбільший ефект (що супроводжується найбільшим збільшенням в¢язкості) спостерігається при співвідношенні молекулярних мас протеогліканів та гіалуронової кислоти 150 : 1, що відповідає 10 – 30 молекулам протеоглікану на одну молекулу гіалуронової кислоти. У взаємодії беруть участь карбоксильні та інші функціональні групи. Молекулярні основи цієї взаємодії полягають в утворенні гіалуроновою кислотою центральної видовженої частини комплексу, на якій перпендикулярно до поздовжної осі з інтервалом, що відповідає приблизно 10 моносахаридним ланкам, розміщені молекули протеогліканів (рис. 15.6).
Хондроїтинсульфати містять повторювані дисахаридні одиниці, сполучені β-(1→4)-глікозидними зв’язками. Дисахариди побудовані з глюкуронової кислоти та сульфітованого N-ацетилгалактозаміну, які з’єднані між собою β-(1→3)-глікозидними зв’язками. У залежності від розташування сульфатної групи розрізняють хондроїтин-6-сульфат і хондроїтин-4-сульфат, їх молекулярна маса коливається в межах 10 – 600 кДа. Вони суттєво відрізняються за фізико-хімічними властивостями та розташуванням. Хондроїтин-4-сульфат зустрічається переважно в кісковій і хрящовій тканинах, а хондроїтин-6-сульфат присутній у сухожилках, зв’язках, пупковому канатику, а також у кістках.
Дерматансульфат – гетерополісахарид, подібний за будовою до хондроїтинсульфату. На відміну від останнього дисахаридний фрагмент дерматансульфату містить замість D-глюкуронової залишок L-ідуронової кислоти. дерматансульфат наявний у шкірі, хрящах, сухожилках і між хребцевих дисках, кровоносних судинах і клапанах серця.
Кератансульфати – найбільш гетерогенні глікозаміноглікани, вони відрізняються за сумарним вмістом вуглеводів і розподілом у різних тканинах організму. Замість уронової кислоти вони містять залишок D-галактози, зв’язаний β-(1→4)-глікозидним зв’язком з N-ацетил-β-Dглюкозамін-6-сульфатом. Між собою дисахаридні одиниці зв’язуються β-(1→3)-глікозидними зв’язками. Кератансульфат-1 рогівки ока містить фукозу, манозу і сіалову кислоту, кератансульфат-2 виявлений у хрящовій тканині, кістках, міжхребцевих дисках. Однією з принципових особливостей цих сполук є їх здатність щільно заповнювати все доступне середовище, витісняючи інші макромолекули до периферії. Вони легко пропускають воду та низькомолекулярні речовини. За рахунок високої концентрації від¢ємних зарядів вони утримують велику кількість іонів Nа+.
Гепарансульфат являє собою гетерополісахарид, побудований з глюкуронової кислоти та N-ацетилглюкозаміну. Він входить до складу протеогліканів базальних мембран і є постійним компонентом клітинної поверхні.
15.2.4. Синтез і розпад протеогліканів.Збереження біомеханічних і фізіологічних особливостей сполучної тканини визначається підтриманням балансу між процесами біосинтезу та деградації колагенів і протеогліканів. Розпад і синтез останніх регулюють гормони (соматотропін, тироксин, інсулін), цитокіни (ІЛ-1), вітаміни (А і С), мікроелементи та фактори росту. Синтез протеогліканів розпочинається з біосинтезу корового білка на полірибосомах. Паралельно в ендоплазматичному ретикулумі відбувається зв’язування трисахаридів через амідні групи залишків аспарагіну. Полісахаридні ланцюги глікозаміногліканів синтезуються шляхом послідовного приєднання моносахаридів, донорами яких зазвичай виступають УДФ-цукри. На мембранах апарату Гольджі локалізовані глікозилтрансферази, за участі яких білкова молекула і підлягає глікозилуванню. Модифікуванням ланцюгів глікозаміногліканів є сульфування; сульфатна група, донором якої є ФАФС, переноситься на молекулу-акцептор з допомогою специфічних сульфотрансфераз.
Аміноцукри та уронові кислоти синтезуються з глюкози, попередником N-ацетилглюкозаміну та N-ацетилгалактозаміну є фруктозо-6-фосфат, джерелом NН2-групи для цукрів виступає глутамін. Утворені аміноцукри в подальшому ацетилюються за участі ацетил-КоА.
Розпад протеогліканів – фізіологічний процес, в якому безпосередню участь беруть протеїнази та глікозидази. Спочатку коровий і зв’язуючі білки підлягають впливу вільних радикалів і у міжклітинному матриксі гідролізуються матриксними металопротеїназами (колагеназою, желатиназою, стромелізином). Під впливом глікозидаз відбувається гідроліз глікозаміногліканів і олігосахаридів. Частково фрагменти протеогліканів захоплюються клітинами і підлягають внутрішньоклітинній деградації. а частково – з лімфою та кров’ю потрапляють у печінку, де в гепатоцитах під впливом аспартильних, серинових і інших протеїназ відбувається їх подальший гідроліз. Інтактні глікозаміноглікани в клітині підлягають впливу ендогексозамінідаз і ендоглюкуронідази з утворенням олігосахарів. Останні під дією екзоглікозидаз розпадаються до неорганічного сульфату та моносахаридів. Гепарансульфат, на відміну від інших глікозаміногліканів, підлягає позаклітинному розпаду під впливом гепаранази.
Відсутність будь-якого з ферментів може призвести до виникнення спадкових дефектів метаболізму. При цьому в тканині нагромаджується нерозщеплений протеоглікан, а з сечею виділяються значна кількість метаболітів.
15.2.5. Порушення обміну глікозаміногліканів (мукополісахаридів).Мукополісахаридози – тяжкі спадкові захворювання, обумовлені дефектами гідролаз, які беруть участь у розпаді глікозаміногліканів. При цьому продукти деградації нагромаджуються у лізосомах майже усіх тканин, олігосахаридні фрагменти негідролізованих глікозаміногліканів виділяються з сечею. Виникає мукополісахаридоз, форма якого визначається тим, який фермент є дефіцитним.
Мукополісахаридози відрізняються прогресуючим перебігом з різним ступенем тяжкості. Їх загальними ознаками є порушення розумового розвитку в дітей, деформація скелету, значно виражена в щелепно-лицевій області, ураження органів серцево-судинної системи, помутніння рогівки, зниження тривалості життя (табл. 15.3).
Таблиця 15.3. Мукополісахаридози
| Назва | Дефектний ензим | Негідролізований глікозаміноглікан | Симптоми захворювання |
| Хвороба Гурлера | a-L-ідуронідаза | Дерматансульфат, гепарансульфат | Деформація хребта, суглобів, відставання у рості, прогресуюче огрубіння обличчя, потовщення шкіри, помутніння рогівки, комбінована провідникова та нейросенсорна глухота, гепатоспленомегалія |
| Хвороба Гюнтера | L-ідуронат-2-сульфатаза | Дерматансульфат, гепарансульфат | Природжені фізичні вади, у тому числі лицевого скелета; розумова відсталість |
| Хвороба Сан-Філіппо А, B, C, D | Гепаран- N-сульфатаза; β-N-ацетил-D-глюкозамінідаза; ацетил-КоА- β-глюкозамінід-ацетилтрансфераза; N-ацетил-глюкозамін-6-сульфатаза | Гепарансульфат | Глибока розумова відсталість, огрубіння шкіри, зміни тканин мозку, легенів, серцевого та скелетних м’язів. Множинні ураження кісткового скелета |
| Хвороба Моркіо А | Галактозо-6-сульфатаза | Кератансульфат, хондроїтин-6-сульфат | Гіпоплазія тканин зуба, недорозвиток і вади скелета, помутніння рогівки, недостатність аортального клапана серця |
| Хвороба Моркіо В | β-галактозидаза | ||
| Хвороба Марото-Ламі | N-Галактозамін-4-сульфатаза | Дерматансульфат | Гідроцефалія, огрубіння рис обличчя, помутніння рогівки, недостатність аортального клапана серця |
| Хвороба Слая | β-глюкуронідаза | Гепарансульфат, дерматансульфат, хондроїтин-6-сульфат | Множинні ураження кісткового скелета, гепатоспленомегалія |
Крім мукополісахаридозів зустрічаються також мукополіпідози – ензимодефекти, які викликають патологію, що має деякі спільні ознаки з мукополісахаридозами: затримка розумового розвитку, ураження очей, глухота, огрубіння рис обличчя, порушення скелету, гепатоспленомегалія.
Тип І обумовлений дефіцитом нейрамідінази, яка відщеплює кінцеву N-ацетилнейрамінову (сіалову) кислоту від олігосахаридних ланцюгів деяких глікопротеїнів та від гангліозидів. Надлишок цих сполук при дефіциті ферменту накопичується у лізосомах та іноді виводиться із сечею.
Тип ІІ пов¢язаний з відсутністю у лізосомних ферментах кінцевого манозофосфату, який необхідний для взаємодії ферменту з рецептором мембрани, що забезпечує його екзоцитоз та ендоцитоз. При цьому у лізосомах накопичуються незруйнованих молекул муколіпідів.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1148; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!