5. Энзимодиагностика заболеваний печени и поджелудочной железы. Биохимия соединительной ткани

1. Коллаген: особенности аминокислотного состава, первичной и пространственной структуры.

Особенности биосинтеза и созревания коллагена. Роль аскорбиновой кислоты в гидроксилировании пролина и лизина. Полиморфизм коллагена.

Коллаген – основной структурный белок межклеточного матрикса. Он составляет 25-33% от общего количества белка в организме, т.е. около 6% от массы тела. Является фибриллярным белком.

Полиморфизм коллагена:

Коллаген – ярко выраженный полиморфный белок. Известно 19 типов коллагена, которые отличаются друг от друга по первичной структуре пептидных цепей, функциям и локализации в

организме. Вариантов альфа-цепей, образующих тройную спираль, гораздо больше 19 – около 30.

Особенности аминокислотного состава, первичной и пространственной структуры:

Первичная структура: Первичная структура альфа-цепей коллагена необычна, так как каждая

третья АК представлена глицином, около ¼ АК составляет пролин и 4-гидроксипролин, около 11% - аланин.

В коллагене отсутствует цистеин и триптофан, а гистидин, метионин и тирозин находятся лишь в очень небольшом количестве.

В составе первичной структуры альфа-цепи коллагена содержатся также модифицированные аминокислоты – гидроксилизин и гидроксипролин.

Полипептидную цепь коллагена можно представить как последовательность триплетов: ГЛИ – Х – Y, где

ГЛИ – глицин, Х и У – любые АК, часто Х – это пролин, а У – гидроксипролин или гидроксилизин.

Вторичная структура: Пролин благодаря своей структуре вызывает изгибы в полипептидной цепи, стабилизируя левозакрученную спиральную конформацию (на один виток при приходится 3 АК- остатка, а не 3,6 – как это характерно для вторичной структуры глобулярных белков).

Третичная структура: Третичная структура коллагена часто называет тропоколлагеном, она

представляет собой трехцепочечную правозакрученную суперспиральную молекулу, которую образуют спирализованную полипептидные цепи.

Цепи в структуре удерживаются за счет водородных связей. «Жесткие» АК- пролин и

гидроксипролин – ограничивает вращение полипептидного стержня и увеличивают тем самым стабильность тройной спирали.

Глицин, имеющий вместо радикала атом водорода, всегда находится на пересечении цепей, отсутствия радикала, позволяет цепям плотно прилегать друг к другу.

Коллагеновые фибриллы: Некоторые комплементарные участки молекул тропоколлагена могут объединяться друг с другом, формируя коллагеновые фибриллы, причем в них одна нить тропоколлагена оказывается сдвинута по отношению к другой на ¼.

Особенности биосинтеза и созревания коллагена:

Существуют 8 этапов биосинтеза коллагена: 5 внутриклеточных и 3 внеклеточных.

1-й этап

Протекает на рибосомах, синтезируется молекула - предшественник: препроколлаген.

2-й этап

С помощью сигнального пептида «пре» осуществляется транспорт молекулы в канальцы эндоплазматической сети. Здесь отщепляется «пре» - образуется «проколлаген».

3. Й этап

Гидроксилирование некоторых остатков Про и Лиз с образованием оксипролина и оксилизина под действием пролил- и лизилгидроксилаз в присутствии 2 –оксоглутарата и О2; в качестве кофакторов выступают аскорбиновая кислота и Fe2+.

При цинге синтез коллагена нарушен именно на стадии гидроксилирования пролиновых и

лизиновых остатков, поэтому образуются непрочные коллагеновые волокна, обусловливающие ломкость кровеносных сосудов и множественные точечные кровоизлияния;

3. й этап

Посттрасляционная модификация - гликозилирование проколлагена под действием фермента

гликозилтрансферазы. Этот фермент переносит глюкозу или галактозу на гидроксильные группы оксилизина.

3. 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.

3. й этап

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

3. 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. Только после многократного сшивания фибрилла коллагена приобретает свою уникальную прочность, становится нерастяжимым волокном.