Глава 1. Физиологические и биохимические особенности соединительной ткани
На соединительную ткань (СТ) приходится 50% от массы тела и служит основой для костно-суставной, сердечно-сосудистой систем, кожи, фасций, связочного аппарата, гладких мышц, структурных компонентов различных органов. Ее разновидностями являются собственно соединительные ткани (рыхлая волокнистая, плотная волокнистая – неоформленная и оформленная); ткани, которые имеют особые свойства (жировая, ретикулярная); скелетные твердые (костная и хрящевая) и жидкие (кровь, лимфа). По внешнему виду они очень сильно отличаются друг от друга, но тем не менее действительно представляют единую группу, т.к. имеют общее происхождение развиваются из мезенхимы и одинаковый план строения. Основной характеристикой данной ткани является ее прочность, что позволяет выполнять опорную, защитную (механическую), репаративную, пластическую, трофическую и барьерную (фагоцитоз и транспорт иммунокомпетентных клеток и антител) функции.
Основу СТ составляет множество клеток (фибробласты, макрофаги, лейкоциты, тучные клетки и др.) и межклеточное вещество (внеклеточный матрикс, включающий различные макромолекулы, и много волокнистых структур).
1.1. Организация межклеточного матрикса
Основное вещество – аморфный, относительно прозрачный материал со свойствами геля включает гликозаминогликаны, протеогликаны, гликопротеины. Их молекулы прочно связаны с волокнами матрикса.
Гликозаминогликаны (ГАГ) (гиалуроновая кислота, кератансульфаты, хондроитинсульфаты, дерматансульфаты, гепарансульфаты) – кислые полисахариды, построенные из повторяющихся дисахаридных единиц, одна из которых уроновая кислота, а другая – ацетилированный гексозамин (N-ацетилглюкозамин, N–ацетилгалактозамин), часто сульфатированы. В свободном виде не встречаются, так как из-за полярности мицелл они способны связываться с большим количеством молекул воды и ионов (в частности Nа+), входящих во внеклеточную жидкость, образуя гель, через который диффундируют метаболиты.
Среди многочисленных белково-углеводных комплексов в зависимости от их соотношения выделяют протеогликаны – крупные макромолекулы, где на долю ГАГов приходится 90-95%. В гликопротеидах преобладает белковая компонента, соединенная с разветвленными полисахаридами (последние включают галактозу, маннозу, рамнозу, сиаловые кислоты). Эти сложные мицеллы связывают клетки с внеклеточным веществом, входя в фибриллярные структуры. Среди последних выделяют фибронектин и фибриллин. Фибронектин состоит из двух одинаковых полипептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками. Этот белок, включенный в базальную мембрану, участвует в адгезии клеток, контролирует архитектуру поверхности, а также формирует волокна, связываясь с коллагеном и ГАГами. Таким образом устанавливается морфологическая непрерывность между цитоскелетом и экстрацеллюлярным матриксом. Другой белок – фибриллин входит в состав эластичных фибрилл, обеспечивая их упорядоченное строение, усиливая связи между внеклеточными компонентами. Мутации гена фибриллина приводят к развитию синдрома Марфана.
Что касается волокон межклеточного вещества, различают коллагеновые, эластические, ретикулиновые.
В большинстве тканей присутствуют коллагеновые волокна, основу которых составляет коллаген. Первичная структура этого белка представлена повторяющейся аминокислотной последовательностью виде гли-Х-У, где Х – позицию занимает пролин, У положение – чаще всего гидроксипролин или гидроксилизин, а каждой третьей аминокислотой служит глицин (гли-). Мицелла данного протеина построена довольно сложно. Вначале происходит обычный синтез левозакрученных про-α-цепей. Затем осуществляется посттрансляционная модификация, включающая гидроксилирование и гликозилирование остатков аминокислот в этих длинных (до 1000 мономеров) спиралях, которые сплетаются с помощью многочисленных поперечных «сшивок» трехгранного шнура (Рис. 1.1).
Рис. 1.1. Синтез и созревание коллагена
Концевые участки отдельных про-α-цепей соединяются дисульфидными, а сами цепи – водородными связями. Накапливаясь в секреторных гранулах, молекулы проколлагена выделяются во внеклеточное пространство, где под действием специфических пептидаз от них отщепляются концевые фрагменты и образуется тропоколлаген. При последовательном объединении в цепь между хвостовым и головным концами соседних молекул тропоколлагена сохраняется зазор, а каждая цепь смещена относительно рядом лежащей на ¼ ее длины, поэтому образовавшаяся фибрилла имеет поперечную исчерченность.
Коллагеновое волокно формируется из многих подобных, параллельно связанных гликопротеинами фибрилл, что обеспечивает их высокую механическую прочность. В обеспечении окончательного формирования волокон участвуют витамин С, НАДФН, пролилгидроксилаза, Fe2+, Zn2+, Cu2+ (Рис. 1.2). Особенно интенсивно идет синтез коллагена в заживающей ране, где образуется рубец, основным компонентом которого является данный белок.
Рис. 1.2.Реакция гидроксилирования остатка пролина в цепи коллагена
Каждая α-цепь кодируется отдельным геном, что приводит к большому разнообразию видов коллагена. В настоящее время известно около 30 его разновидностей, до 90 % приходится на I и III типы (Табл. 1.1).
Наиболее широко представлен в организме коллаген I типа, он находится повсеместно: в мягких и твердых тканях, костях, коже; механически он самый прочный. Коллаген II типа отражает в основном состояние связочного аппарата, хрящевой ткани. Его аналог III типа – компонент ретикулиновых волокон – реагирует на изменения, происходящие в дыхательной, пищеварительной, сердечно-сосудистой системах. Особенности структуры данного протеина делают его долгожителем, он может функционировать до 1-3-х месяцев.
Описаны два пути распада коллагена: специфический и неспецифический. Первый осуществляется коллагеназами, которые гидролизуют амидные связи, образованные между глицином и лизином. Получившиеся пептидные фрагменты подвергаются действию других пептидгидролаз. Неспецифический распад коллагена провоцируется продуктами СРО липидов, а заканчивается обычным протеолизом с участием тканевых протеаз.
Маркером интенсивности катаболизма коллагена служит гидроксипролин, который в свободном виде транспортируется кровью, часть выделяется с мочой (у взрослого экскретируется 15-50 мг в сутки, а возрасте 10-20 лет этот показатель может достигать 200 мг).
Таблица 1.1