Kollageenifibrillien rakenne muuttuu vähitellen. Vety- ja eetterisidosten lukumäärä tropokollageenimolekyylien välillä kasvaa, fibrillit paksenevat (niiden halkaisija kasvaa 500: sta 600 A: iin), tästä johtuen pääaineen suhteellinen osuus pienenee. Samanlainen on sydämen venttiilivälineen vaurioitumisen mekanismi reumauksen kehittymisen aikana.
Jos heksosamiinin / oksiprololiinin suhde pienen lapsen kehossa muuttuu heksosamiinin hyväksi, silloin suhde muuttuu vähitellen vastakkaiseen suuntaan.
Sidosaine vähenee, ja sen sijaan kollageenikuidut sakeutetaan, retikuliinin ja kollageenikuitujen välinen suhde muuttuu.
Kaikki tämä johtaa merkittäviin muutoksiin sidekudoksen reologisissa ominaisuuksissa.
Suhteellisen suuri prosenttiosuus ST: n fibroblasteista, ts. Lasten ja kasvavien organismien OM: n biologisesti aktiivisista elementeistä, määrää intensiivisemmän vaihdon ja samalla helpomman haavoittuvuuden erilaisten haitallisten tekijöiden vaikutuksesta.
”Reuma lapsuudessa”, Stefan Kolarov
Proliinin sijainti kollageenin primaarisessa rakenteessa määritetään DNA: lla ja välittyy vastaavasti lähetti-RNA: sta. Hydroksiproliinin muodostumista ei ole vielä täysin ymmärretty. Solunsisäisesti syntetisoidut polypeptidit kypsyvät solun ulkopuolella ja muodostavat kollageenifibrillejä ja -kuituja. Kollageenin poikittaisvirta on kuitenkin jo nähtävissä niiden muodostumisen vaiheessa solujen sisällä. Eristyksessään kollageeni kulkee seuraavien vaiheiden läpi: ...
Plasminogeeniaktivaattorit aktivoivat plasminogeenia muuttamalla sen plasmiiniksi. On korostettava, että plasmiinin proteolyyttinen vaikutus ei koske vain fibrinogeenia ja fibriiniä, vaan myös monia muita proteiineja. Aikaisemmin hyväksytty spesifisyys johtuu fibrinogeenin nopeammasta pilkkoutumisesta. Uskotaan, että tämä peptidaasi aktivoi plasminogeenin, joka katkaisee useita peptidisidoksia. Kudoksen fibrinokinaasien esiintyminen on osoitettu useissa elimissä ja kudoksissa - ...
Kollageeniaineiden rakenteelliset elementit Tällä tavalla luodut liukenemattomat kollageenifibrillit ovat kollageenin perusrakenneosia. Kollageenin primaarirakenne (aminohapposekvenssi proteiinimolekyylissä) määritetään ensinnäkin usein toistuvan tripeptidin glysyyli-prolyyli-hydroksiproliinilla, jolla on ratkaiseva arvo sekundaariselle ja tertiääriselle rakenteelle. Kollageenin sekundaarinen rakenne määritetään 1000 aminohapon spatiaalisella järjestelyllä, jotka antavat polypeptidiketjulle spiraalin luonteen. Kaksi ...
Siltasidokset, jotka lisäävät kollageenifibrillien stabiilisuutta Nimitykset: a - ketjun sisäinen ja molekyylinsisäinen, tarjoamalla pitkittäistä viestintää; b - ketjujen välinen ja molekyylinsisäinen, muodostaen poikittaisyhteyden; in - ketjujen välinen, molekyylienvälinen, joka tarjoaa poikittaisyhteyden. Tyypillinen piirre on glysiinitähteiden sijainti sivuketjuissa kollageenimolekyylin sisällä, samoin kuin proliini, hydroksiproliini ja muut aminohappotähteet sen ulkopuolella ....
Kollageenikuitun rakennekaavio (Reedin mukaan) Pohjimmiltaan molekyylien jakautumisjärjestys fibrillien muodostumisen aikana määritetään viime kädessä kollageenimolekyylissä olevien emäksisten (emäksisten) ja happamien aminohappojen sekvenssillä, ts. Sen primaarisessa rakenteessa. Yksittäisten fibrillien yhdistäminen suuremmiksi kimppuiksi ennen kollageenikuitujen eristämistä toteutetaan todennäköisesti osallistumalla happomukopolysakkarideihin (glukoosiglukaanit). Kollageenin muodostuminen kulkee ...
Kollageeni on solujenvälisen matriisin tärkein rakenneproteiini. Tämä on fibrillaariproteiini, joka eroaa muista proteiineista koostumuksensa ja rakenteensa monien piirteiden perusteella.
Tyypillinen kollageenimolekyyli koostuu kolmesta erityyppisestä polypeptidikohteesta (α-heliksi), jotka on kierretty oikeanpuoleiseen muotoon kolminkertainen. Polypeptidiketjut rakennetaan puolestaan \u200b\u200busein toistuvista fragmenteista, joilla on tunnusomainen sekvenssi Gly-X-Y-. Joka kolmas aminohappotähde on glysiini. proliini (ammattilainen) löytyy usein asemista X, aseman Υ voivat käyttää sekä proliini että 4-hydroksiproliini ( 4Nur) Lisäksi kollageenimolekyyli sisältää 3-hydroksiproliinin ( ZNur) ja 5-hydroksyyli-liini ( 5Null).
Hydroksi-aminohappojen tähteiden läsnäolo polypeptidiketjussa on kollageenin ominaispiirre. Proliinin ja lysiinin tähteet hydroksyloidaan translaation jälkeen, ts. Sisällyttämisen jälkeen polypeptidiketjuun. Toisessa päässä kollageenimolekyyli silloitetaan lysiinitähteiden sivuketjuilla. Ristisidosten lukumäärä kasvaa kehon ikääntyessä.
Sekundäärisen rakenteen muodostumisen aikana kollageenipolypeptidiketju sopii paremmin kehittyneeseen vasemman käden a-heliksiin (3 aminohappotähdettä yhtä kierrosta kohti);
Kollageenin tertiäärinen rakenne on oikeakätinen 3-ketjuinen superkäämi, jonka muodostumisen aikana glysiinitähde ilmestyy sen keskelle, mikä myötävaikuttaa lineaarisen tropokollageenimolekyylin muodostumiseen myöhemmin sisällyttämällä kuituun.
Kollageenityypit. Kollageenia on 19 tyyppiä, jotka eroavat toisistaan \u200b\u200bpeptidiketjujen primaarisessa rakenteessa, toiminnoissa ja lokalisoinnissa kehossa. Kollageenit ovat osa fibrillejä (fibrillien muodostavat kollageenityypit I, II, III, V ja XI), myofibrillit (tyypin VI kollageeni), ovat rakennekomponentti kellarimembraaneihin (tyypin IV kollageeni) jne.
Fibrillit muodostava kollageeni (Tyypit I, II, III, V ja XI). Fibrillien perusta on asteittain järjestetty yhdensuuntaisiksi riveiksi tropokollageenimolekyylejä, joita siirretään 1/4 toisiinsa nähden.
Fibrillogeneesiä edeltää lysiinin toinen modifikaatio. Solunulkoinen kuparia sisältävä entsyymi lysyylioksidaasi suorittaa lysiinin ja hydroksisiinin oksidatiivisen deaminaation muodostamalla reaktiivisia aldehydejä. Näihin reaktioihin tarvitaan vitamiineja PP ja B6. Nämä ryhmät osallistuvat poikittaisten kovalenttisten sidosten muodostumiseen tropokollageenimolekyylien välillä.
Tämän tyyppiset kollageenit jakautuvat pääasiassa kudoksiin seuraavasti: tyyppi I - luut, dentiini, sarveiskalvo, jänteet; Tyyppi II - rusto, nikamalevyt, lasimainen huumori; Tyyppi III - munuaiset, maksa, verisuonet, imusolmukkeet. Kollageenityyppejä V ja XI on läsnä vaihtelevina määrinä kaikkien kudosten solujenvälisessä aineessa; ne määrittävät kollageenifibrillien halkaisijan.
Kollageenisynteesi ja kypsytys (kuva 3.4)
Kollageenisynteesi ja kypsytys ovat monimutkainen monivaiheinen prosessi, joka alkaa solusta ja päättyy solunulkoiseen tilaan. Siihen sisältyy joukko translaation jälkeisiä muutoksia: proliinin ja lysiinin hydroksylaatio, hydroksisiinin glykosylaatio, N- ja C-terminaalisten peptidien pilkkominen. Näiden muutosten ansiosta trookollageenimolekyylin ketjun stabiloitumiselle ilmenee lisämahdollisuuksia; peptidirungon NH- ja CO-ryhmien lisäksi myös hydroksiproliinin OH-ryhmät osallistuvat vedysidosten muodostumiseen; hydroksiproliini ja proliini, jotka ovat ”jäykkiä” molekyylejä, rajoittavat polypeptiditankojen kiertoa.
Tietyllä roolilla kollageenisynteesissä ovat chaperoniproteiinit, jotka tarjoavat kollageenin "laadunvalvonnan": ne edistävät kollageenimolekyylien oikeaa synteesiä ja niiden kuljetusta erittymisreittejä pitkin, samoin kuin "seuraavat" väärin koottuja kollageenimolekyylejä, jotka sitten hajoavat.
Kollageenin synteesi
Kollageeni-biosynteesin vaiheita on 8: 5 solunsisäistä ja 3 solunulkoista.
Se etenee ribosomeissa, edeltäjämolekyyli syntetisoidaan: esiprokollageeni.
Käyttämällä signaalipeptidiä “pre”, molekyyli kuljetetaan endoplasmisen retikulumin tubulaareihin. Tässä “pre” jakaantuu - muodostuu “prokollageeni”.
Lysiinin ja proliinin aminohappotähteet kollageenimolekyylissä hapetetaan entsyymien avulla prolyylihydroksylaasi ja lysyylihydroksylaasi..
C-vitamiinin - askorbiinihapon - puutoksessa havaitaan skorbuuti - sairauden, joka johtuu viallisen kollageenin synteesistä, jolla on heikentynyt mekaaninen lujuus, mikä aiheuttaa erityisesti verisuonen seinämän löystymisen ja muut haitalliset vaikutukset.
Translaation jälkeinen modifikaatio - prokollageenin glykosylaatio glykosyylitransferaasientsyymin vaikutuksella. Tämä entsyymi siirtää glukoosia tai galaktoosia oksylysiinin hydroksyyliryhmiin.
Viimeinen solunsisäinen vaihe on kolminkertaisen heliksin - tropokollageenin (liukoisen kollageenin) muodostuminen. Pro-sekvenssi sisältää aminohapon kysteiini, joka muodostaa disulfidisidoksia ketjujen väliin. Kyseessä on kierreprosessi.
Tropocollagen erittyy solunulkoiseen ympäristöön, jossa amino- ja karboksiproteinaasit katkaisevat (pro) sekvenssin.
Tropokolgeenimolekyylin kovalenttinen silloitus päästä päähän -periaatteen mukaisesti liukenemattoman kollageenin muodostumisen kanssa. Lysyylioksidaasi-entsyymi (flavometalloproteiini, sisältää FAD ja Cu) on mukana tässä prosessissa. Lysiiniradikaalin hapettuminen ja deaminointi tapahtuu aldehydiryhmän muodostuessa. Sitten aldehydi-sidos ilmestyy kahden lysiiniradikaalin väliin.
Lysyylioksidaasi on Cu-riippuvainen entsyymi, joten kun kehossa ei ole kuparia, sidekudoksen lujuus vähenee johtuen liukoisen kollageenin (tropokogeenin) määrän huomattavasta kasvusta.
Liukenemattomien kollageenimolekyylien assosiaatio vierekkäin. Fibrillaatio-assosiaatio tapahtuu siten, että jokainen seuraava ketju siirretään 1/4 pituudesta suhteessa edelliseen ketjuun.
Ainoastaan \u200b\u200bfibrillien toistuvan silloittamisen jälkeen kollageeni saavuttaa ainutlaatuisen lujuutensa ja siitä tulee pidentymätön kuitu.
Koostuu 25 - 35% koko kehon proteiineista.
Encyclopedic YouTube
1 / 3
✪ Apteekin kultainen voide 14 ruplaa parantaa 100 sairautta. Penniäkään unohdettu lääke. Onko tämä yleensä laillista?
✪ AUTOFAGIA ja paasto. Nobel-palkinto ikäväisestä elämästä !? CURE PÖYTÄPÄIVÄ
Oikeastaan \u200b\u200bsidekudos 1. RVST
tekstitys
Tutkimushistoria
Tutkijat eivät vuosikymmenien ajan voineet ymmärtää kollageenin molekyylirakennetta. Ensimmäinen näyttö siitä, että kollageenilla on vakio rakenne molekyylitasolla, esitettiin 1930-luvun puolivälissä. Siitä lähtien monet tunnetut tutkijat, mukaan lukien Nobel-palkinnon saajat, kuten Francis Crick, Linus Pauling, Alexander Rich, Ada Yonat, Helen Berman, Vileainur Ramachandran, työskentelivät kollageenimonomeerin rakentamisessa.
Useat ristiriitaiset mallit (huolimatta kunkin yksittäisen peptidiketjun tunnetusta rakenteesta) antoivat mahdollisuuden luoda kolmiosainen spiraalimalli, joka selitti kollageenimolekyylin kvaternäärisen rakenteen.
ominaisuudet
Kollageenia esiintyy useissa muodoissa. Kaikkien kollageenityyppien rakenteen perusta on samanlainen. Kollageenikuidut muodostuvat yhdistämällä mikrokuitut, niiden vaaleanpunainen väri värjäytyy hematoksyliinillä ja eosiinilla ja sininen tai vihreä erilaisilla kolmen kromin tahroilla, kun ne on kyllästetty hopealla, ne muuttuvat ruskehtavan keltaisiksi.
Fibrillaarinen rakenne
Tropokollageenit (kollageenin rakenneyksiköt) yhdistyvät spontaanisti, kiinnittyen toisiinsa tietyn etäisyyden päässä syrjäytyneillä päillä, muodostaen suurempia rakenteita solujenvälisessä aineessa. Fibrillaarisissa kollageeneissa molekyylit siirtyvät toistensa suhteen suunnilleen 67 nm: llä (yksikkö, joka on merkitty kirjaimella "D" ja vaihtelee aineen hydraatiotilasta riippuen). Yleensä jokainen D-aika sisältää neljä kokonaislukua ja osan viidennestä kollageenimolekyylistä. Arvo 300 nm jaettuna 67 nm: llä (300: 67) ei anna kokonaislukua ja kollageenimolekyylin pituus on jaettu muuttuviin segmentteihin D. Siksi. Mikrofibrillin D-ajanjakson jokaisen toiston osassa on osa, joka koostuu viidestä molekyylistä, nimeltään “päällekkäisyys”. "Ja neljästä molekyylistä koostuva osa on" aukko ". Lisäksi tropokollageenit on järjestetty kuusikulmaiseen tai pseudoheksagonaaliseen (poikkileikkaus) rakenteeseen jokaisessa ”päällekkäisyyden” ja “aukon” alueella.
Tropokolgeenin sisällä on ketjujen välissä kovalenttinen sidos, samoin kuin jonkin verran epäjohdonmukaista määrää näitä sidoksia itse tropokollageenisten helikkelien välillä, jotka muodostavat hyvin organisoidut rakenteet (esimerkiksi fibrillit). Paksummat fibrillipaketit muodostetaan käyttämällä useiden muiden luokkien proteiineja, mukaan lukien muun tyyppiset kollageeni, glykoproteiinit, proteoglykaanit, joita käytetään muodostamaan erityyppisiä kudoksia saman perusproteiinien erilaisista yhdistelmistä. Kollageenin liukenemattomuus oli este kollageenimonomeerin tutkimukselle, kunnes todettiin, että oli mahdollista erottaa nuoren eläimen tropokogeeni, koska se ei ollut vielä muodostanut vahvoja siteitä muiden fibrillien alayksiköiden kanssa. Siitä huolimatta mikroskooppien ja röntgenlaitteiden parantaminen helpotti tutkimusta, ja kollageenimolekyylin rakenteesta ilmestyi entistä yksityiskohtaisempia kuvia. Nämä myöhäiset löytöt ovat erittäin tärkeitä ymmärtämään paremmin, kuinka kollageenin rakenne vaikuttaa solujen ja solujenvälisen aineen välisiin yhteyksiin, miten kudokset muuttuvat kasvun ja uudistumisen aikana, miten ne muuttuvat alkion kehityksen aikana ja patologiassa.
Kollageenifibrilli on puolikiteinen rakenneyksikkö kollageenia. Kollageenikuitut ovat fibrillipaketteja.
käyttämällä
Ruokateollisuus
Ravitsemuksen kannalta kollageeni ja gelatiini ovat heikkolaatuisia proteiineja, koska ne eivät sisällä kaikkia välttämättömiä aminohappoja, joita ihminen tarvitsee - nämä ovat viallisia proteiineja. Kollageenipohjaisten ravintolisien valmistajat väittävät, että heidän tuotteensa voivat parantaa ihon ja kynsien laatua sekä nivelten terveyttä [ ] .
Suhteellisen halvat kollageenihydrolysaatit, joita tarjotaan markkinoilla usein vapaiden aminohappojen lähteen varjolla, eivät aina pysty tyydyttämään ihmisen tarpeita vapaille aminohapoille, koska nämä tuotteet eivät sisällä aminohappoja, jotka ovat valmiita assimilaatioon, vaan ovat vain osittain "sulatettuja" uutteita nisäkkäiden, lintujen tai nisäkkökudoksiin. meren asukkaat. Esimerkiksi kollageenihydrolysaateista puuttuu melkein kokonaan aminohappoa L-glutamiini, joka ei eroa lämpövaikutusten kestävyydessä ja raaka-aineiden pitkäaikaisessa varastoinnissa, suurin osa glutamiinista tuhoutuu jo raaka-aineiden varastoinnin ja käsittelyn ensimmäisissä vaiheissa, pieni määrä, joka jää melkein kokonaan hajoamaan rustojen lämpöuuton aikana.
Laadukkaimmat aminohappojen lähteet ovat valmisteet, jotka sisältävät ns. "Vapaat aminohapot". Koska vapaat aminohapot ovat käytännössä valmiita imeytymiseen, kehon ei tarvitse kuluttaa ruoansulatusentsyymejä, aikaa ja energiaa ruoansulatukseen. Ne kykenevät pääsemään verenkiertoon niin pian kuin mahdollista, ja kun ne ovat toimittaneet paikkoihin, jotka vaativat lisäsynteesiä kollageenille, he sisällytetään välittömästi sen muodostumiseen [ ] .
Kosmetiikka
- Hengittävän, vettä pidättävän kerroksen muodostuminen ihon pinnalle, jolla on plastisoivia (tasoittavia) ominaisuuksia ja märän kompressin ominaisuuksia;
- Uuteiden, öljyjen jne. Lisäykset kosmeettisten koostumusten koostumuksissa;
- Antaa hiuksille kiiltoa ja luo kollageeni (suojaavan) kerroksen hiusten pintaan.
Tieteellinen tutkimus
Vuonna 2005 tutkijat pystyivät eristämään kollageenin tyrannosauruksen säilyneistä pehmytkudoksista ja käyttämään sen kemiallista koostumusta toisena todisteena dinosaurusten suhteesta nykyaikaisiin lintuihin.
Lääketieteellinen tieteellinen tutkimus
Kollageenisynteesi on monimutkainen entsymaattinen monivaiheinen prosessi, joka on varustettava riittävällä määrällä vitamiineja ja mineraalielementtejä. Synteesi tapahtuu fibroblastissa ja useissa vaiheissa fibroblastin ulkopuolella. Tärkeä kohta synteesissä on hydroksylaatioreaktiot, jotka avaavat tien muihin modifikaatioihin, jotka ovat tarpeen kollageenin kypsymiselle. Spesifisiä entsyymejä katalysoidaan hydroksylaatioreaktioilla. Siten 4-hydroksiproliinin muodostuminen katalysoi proliinihydroksylaasia, jonka aktiivisessa keskuksessa on rautaa. Entsyymi on aktiivinen, jos rauta on kaksiarvoisessa muodossa, jonka saa aikaan askorbiinihappo (C-vitamiini). Askorbiinihapon puutos häiritsee hydroksylaatioprosessia, joka vaikuttaa kollageenisynteesin jatkovaiheisiin: glykosylaatio, N- ja C-terminaalisten peptidien pilkkominen jne. Seurauksena on, että poikkeava kollageeni syntetisoidaan, löysämpi. Nämä muutokset tukevat skulptuurin kehitystä. Kollageeni ja elastiini muodostavat eräänlaisen ihon "pohjan", joka estää notkaantumista, tarjoaa sen joustavuuden ja kiinteyden. Elastiini proteiinina pysäyttää entsyymien tuotannon ihmiskehossa 14-vuotiaana ja kollageenin tuotannon 21-25-vuotiaana, minkä jälkeen ihoa ei palauteta ja iho ikääntyy. Toinen tärkeä sidekudoksen komponentti on keratiini, fibrillaaristen proteiinien perhe, jonka mekaaninen lujuus on biologisesti peräisin olevien materiaalien joukossa vain kitiinin jälkeen toinen. Lähinnä keratiinit koostuvat ihon orvaskeden kiimaisista johdannaisista - sellaisista rakenteista kuin hiukset, kynnet, sarvet, höyhenet jne.
Valokuva
Näille sairauksille tyypillinen ilmenemismuoto on nivelsidelaitteiston, ruston, luujärjestelmän vaurioituminen, sydänventtiilin vikojen esiintyminen.
Kollageenibiosynteesin puutteiden aiheuttamat sairaudet, mukaan lukien ns. Kollagenoosit, johtuvat monista syistä. Tämä voi johtua kollageenia tuottavien entsyymien aminohapposekvenssiä koodaavan geenin mutaatiosta, joka johtaa muutokseen kollageenimolekyylin muodossa tai virheestä kollageenin translaation jälkeisessä modifikaatiossa. Sairaudet voivat johtua myös kollageenin biosynteesiin osallistuvien entsyymien puutteesta tai ”toimintahäiriöistä” - hydroksylaatioentsyymien (proliini, lysiinihydroksylaasit), glykosyylitransferaasien, N-prokollageeni- ja C-prokollageenipeptidaasien, lysyylioksidaasien puutteesta, jota seuraa ristiinkytkentä-, vitamiinivajeiden rikkominen, B6, B13 (orgaaninen happo). Hankittujen sairauksien, kuten skorputaan, entsyymitasapainon palauttaminen normaaliksi voi johtaa täydelliseen paranemiseen.
Lähes mikä tahansa geenimutaatio johtaa kollageenin toiminnan menetykseen tai muutokseen, mikä puolestaan \u200b\u200bvaikuttaa kudosten ja elinten ominaisuuksiin. Kollageenidomeenin geenimutaatiot voivat johtaa muutokseen kolmoisheeliksin muodossa lisäämällä / pudottamalla aminohappo polypeptidiketjusta tai korvaamalla Gly toisella emäksellä. Muiden kuin kollageenidomeenien mutaatiot voivat johtaa a-ketjujen virheelliseen spatiaaliseen kokoonpanoon supramolekulaarisiksi rakenteiksi (fibrillit tai verkot), mikä johtaa myös toiminnan menetykseen. Mutantit a-ketjut kykenevät muodostamaan kolmen kierteisen kompleksin normaalien a-ketjujen kanssa. Useimmissa tapauksissa sellaiset kompleksit ovat epävakaita ja hajoavat nopeasti, kuitenkin sellainen molekyyli voi myös toimia normaalisti, jos toiminnallisesti tärkeille alueille ei vaikuteta. Suurin osa kollageenigeenien mutaatioiden aiheuttamista sairauksista on
Esitetään yksinkertaisten proteiinien rakenne vain polypeptidiketju (albumiini, insuliini). On kuitenkin ymmärrettävä, että monia yksinkertaisia \u200b\u200bproteiineja (esimerkiksi albumiinia) ei ole "puhtaassa" muodossa, ne liittyvät aina mihin tahansa ei-proteiiniaineisiin. Niitä kutsutaan yksinkertaisiksi proteiineiksi vain siitä syystä, että ne sitoutuvat ei-proteiiniryhmään heikko ja kun korostetaan in vitro ne osoittautuvat vapaiksi muista molekyyleistä - yksinkertaisesta proteiinista.
Albumiini
Luonnossa albumiini ei ole vain osa veriplasmaa (seerumin albumiini), vaan myös munavalkuainen (ovalbumiini), maito (laktalbumiini) ovat korkeampien kasvien siementen varaproteiineja.
globuliinit
Ryhmä erilaisia \u200b\u200bplasmaproteiineja, joiden molekyylipaino on jopa 100 kDa, lievästi hapantai neutraali. Ne ovat lievästi hydratoituja, verrattuna albumiiniin, vähemmän stabiileja liuoksessa ja helpommin saostuvia. Tätä käytetään kliinisessä diagnostiikassa "sedimenttinäytteissä" (tymooli, Veltman). Huolimatta siitä, että ne luokitellaan yleensä yksinkertaisiksi, monet globuliinit sisältävät hiilihydraatteja tai muita kuin proteiinikomponentteja.
at elektroforeesi seerumin globuliinit jaetaan vähintään 4 fraktioon - α1-globuliinit, α 2-globuliinit, β-globuliinit ja γ-globuliinit.
Seerumin proteiinien elektroforegrammi (yllä)
ja sen perusteella saadut proteogrammit (alla)
Koska globuliinit sisältävät erilaisia \u200b\u200bproteiineja, niiden toiminnot ovat erilaisia:
Joillakin a-globuliinilla on antiproteaasiaktiivisuus, joka suojaa veriproteiineja ja solujen välistä matriisia ennenaikaiselta tuhoutumiselta, esimerkiksi a1-antitripsiini, a 1-antikymotrypsiini, a2-makroglobuliini.
Jotkut globuliinit kykenevät sitomaan tiettyjä aineita: transferriini (kuljettaa rauta-ioneja), ceruloplasmiini (sisältää kupari-ioneja), haptoglobiini (hemoglobiinin kantaja), hemopeksiin (hemen kuljetus).
γ-globuliinit ovat vasta-aineita ja tarjoavat kehon immuunipuolustuksen.
histones
Histonit ovat intranukleaarisia proteiineja, jotka painavat noin 24 kDa. Niillä on selkeät emäksiset ominaisuudet, joten fysiologisissa pH-arvoissa ne varautuvat positiivisesti ja sitoutuvat deoksiribonukleiinihappoon (DNA) muodostaen deoksiribonukleoproteiinit. Histoneja on viittä tyyppiä - histoni H1, erittäin rikas lysiinillä (29%), muut histonit H2a, H2b, NZ ja H4 ovat runsaasti lysiiniä ja arginiinia (yhteensä enintään 25%).
Histonien aminohapporadikaalit voivat olla metyloituneet, asetyloidut tai fosforyloidut. Tämä muuttaa proteiinien kokonaisvarausta ja muita ominaisuuksia.
Histonien kaksi toimintoa voidaan erottaa:
1. Perimän toiminnan säätely nimittäin ne estävät transkriptiota.
2. Rakenteellinen - stabiloi DNA: n spatiaalinen rakenne.
DNA: n kanssa kompleksoituneet histonit muodostavat nukleosomeja - oktaedriset rakenteet, jotka koostuvat histoneista Н2а, H2b, НЗ, Н4. Histoni H1 on sitoutunut DNA-molekyyliin, estäen sitä liukumasta pois histonioktameerista. DNA ympäröi nukleosomin 2,5 kertaa, minkä jälkeen se ympäröi seuraavan nukleosomin. Tämän järjestelyn ansiosta DNA-koko pienenee 7 kertaa.
Histonien ja monimutkaisempien rakenteiden muodostumisen ansiosta DNA: n koko pienenee lopulta tuhatkertaisesti: itse asiassa dNA: n pituus saavuttaa 6-9 cm (10 -1)ja kromosomien koko on vain muutama mikrometri (10–6).
protamiinien
Nämä ovat proteiineja, joiden paino on 4 kDa - 12 kDa, ja niitä esiintyy monien organismien siemennesteissä ja kalojen (maidon) siemennesteessä ne muodostavat suurimman osan proteiinista. Protamiinit korvaavat histonit ja toimivat kromatiinin järjestämisessä siittiöissä. Histoneihin verrattuna protamiineille on ominaista voimakkaasti kasvanut arginiinipitoisuus (jopa 80%). Toisin kuin histonit, protamiinilla on vain rakenteellinen funktio, heillä ei ole säätelytoimintoa ja siittiöissä oleva kromatiini on passiivinen.
kollageeni
Kollageeni - fibrillaariproteiini, jolla on ainutlaatuinen rakenne, muodostaa perustan jänteiden, luun, ruston, ihon sidekudoksen solujenväliseen aineeseen, mutta tietysti sitä löytyy myös muista kudoksista.
Kollageenipolypeptidiketju sisältää 1000 aminohappoa ja sitä kutsutaan a-ketjuksi. Kollageeni-a-ketjussa on noin 30 varianttia, mutta kaikilla niillä on yksi yhteinen piirre - suuressa tai pienemmässä määrin sisältää toistuvan tripletin [ Gly-X-Y], jossa X ja Y ovat mitä tahansa muita aminohappoja kuin glysiini. Raskaana X useammin löydetty proliini tai, paljon harvemmin, 3-hydroksiproliini, raskaana Y täyttää proliini ja 4-hydroksiproliini. Myös asennossa Y usein löytyy alaniini, lysiiniä ja 5-hydroksilysiinin. Muiden aminohappojen osuus on noin kolmannes aminohappojen kokonaismäärästä.
Proliinin ja oksiprololiinin jäykkä syklinen rakenne ei salli oikeakätisen α-kierukan muodostumista, vaan muodostaa ns. "proliinin murtuma." Tämän kinkin ansiosta muodostuu vasenkätinen spiraali, jossa 3 aminohappotähdettä putoaa yhdellä kierroksella.
Kollageenin synteesissä hydroksylaatio on erittäin tärkeää. lysiiniä ja proliinisisältyvät primaariseen ketjuun, suoritettuna askorbiinihapon mukana. Kollageeni sisältää yleensä myös monosakkaridi- (galaktoosi) ja disakkaridi- (glukoosi-galaktoosi) molekyylejä, jotka liittyvät tiettyjen oksylysiinitähteiden OH-ryhmiin.
Kollageenimolekyylisynteesin vaiheet
Syntetisoitu molekyyli kollageenirakennettu kolmesta polypeptidiketjuista, jotka on kudottu yhteen tiukassa kurpitsassa - tropokollageeni (pituus 300 nm, halkaisija 1,6 nm). Polypeptidiketjut on kytketty tiukasti toisiinsa lysiinitähteiden e-aminoryhmien kautta. Tropocollagen muodostaa suuren kollageenin fibrillit halkaisijaltaan 10-300 nm. Fibrillin poikittaisvirta johtuu tropokollageenimolekyylien siirtymästä toisiinsa nähden 1/4 niiden pituudesta.
Kollageenifibrillit ovat erittäin vahvoja, ne ovat vahvempia kuin teräslanka, jonka poikkileikkaus on sama. Iholla fibrillit muodostavat epäsäännöllisesti kudotun ja erittäin tiheän verkon. Esimerkiksi pukeutunut iho on melkein puhdasta kollageenia.
Proliinin hydroksylaatio rauta--pitoinen entsyymi prolyylihydroksylaasi joille tarvitaan C-vitamiinia (askorbiinihappoa). Askorbiinihappo estää prolyylihydroksylaasin inaktivoitumisen ylläpitäen palautettua tilaa raudan atomi entsyymissä. Askorbiinihapon puuttuessa syntetisoitu kollageeni ei ole riittävän hydroksyloitunut eikä voi muodostaa rakenteeltaan normaalikuituja, mikä johtaa ihovaurioihin ja verisuonten haurauteen, ja ilmenee keripukki.
Lysiinin hydroksylaatio entsyymin avulla lysyylihydroksylaasi. Se on herkkä homogentisiinihapon (tyrosiinimetaboliitin) vaikutuksille, joiden kertyessä (sairaudet alkaptonuria) kollageenin synteesi on häiriintynyt ja artroosi kehittyy.
Kollageenin puoliintumisaika lasketaan viikkoina ja kuukausina. Keskeinen rooli hänen vaihtopeleissä kollagenaasi, jakamalla tropokollageenin 1/4 etäisyydestä C-päässä glysiinin ja leusiinin välille.
Kehon vanhentuessa tropokolgeeniin muodostuu yhä enemmän ristisidoksia, mikä tekee sidekudoksen kollageenifibrillit jäykemmiksi ja hauraammiksi. Tämä johtaa luun lisääntyneeseen haurauteen ja silmän sarveiskalvon läpinäkyvyyden vähentymiseen vanhuudessa.
Kollageenin hajoamisen seurauksena hydroksiproliini. Sidekudosvaurioiden (Pagetin tauti, hyperparatyreoosi) yhteydessä hydroksiproliinin erittyminen lisääntyy ja diagnostinen arvo.
elastiinin
|
|
Elastiini on yleensä rakenteeltaan samanlainen kuin kollageeni. Se sijaitsee nivelsiteissä, verisuonten elastisessa kerroksessa. Rakenneyksikkö on tropoelastiininjonka molekyylipaino on 72 kDa ja pituus 800 aminohappotähdettä. Siinä on paljon enemmän lysiiniä, valiinia, alaniinia ja vähemmän hydroksiproliinia. Proliinin puuttuminen aiheuttaa kierrejoustavien osien läsnäolon.
Elastiinille on ominaista erityinen rakenne - desmosiini, joka 4 ryhmällä yhdistää proteiiniketjut järjestelmiin, jotka voivat venyttää kaikkiin suuntiin.
A-aminoryhmät ja desmosiini-a-karboksyyliryhmät sisältyvät yhden tai useamman proteiiniketjun peptidisidoksisiin.
Solunvälinen matriisi - orgaanisten ja epäorgaanisten komponenttien kokonaisuus, joka täyttää tilan solujen välillä. Eri kudoksille on ominaista niiden solujen välinen matriisi. Epiteelisolut sitoutuvat pääasiassa glykoproteiineilla, kalsiumia sitovilla proteiineilla. Solunvälisen matriisin erityinen rakenne on ominaista mesenkymaalista alkuperää oleville kudoksille, jotka suorittavat mekaanisia, suojaavia ja troofisia toimintoja. Ne jaetaan:
Tosiasiallisesti sidekudos - löysä muodoton,
tiheästi sisustettu ja muotoilematon; kankaat, joilla on erityisiä ominaisuuksia - rasvaisia, pigmentoituja,
retikulaariset ja limakalvot; luukudos - luu ja rusto.
Kaikki nämä sidekudostyypit ovat edustettuina laajasti koko kehossa ja erityisesti pään ja kaulan alueella.
1.1. SELLUSMATRIXIN JÄRJESTÄMINEN
Sidekudokselle on tunnusomaista, että läsnä on suuri määrä solujen välistä ainetta (solunulkoinen matriisi), joka koostuu kollageeniproteiineista, proteoglykaanista ja glykoproteiineista ja pienestä määrästä soluja, jotka sijaitsevat huomattavan etäisyyden päässä toisistaan. Fibroblastit, kondroblastit, osteoblastit, odontoblastit, sementoblastit ja muut räjähdysolut osallistuvat solujen välisen aineen muodostumiseen. Mineralisoitujen kudosten piirre on epäorgaanisten ionien, jotka muodostavat suoloja ja kiteitä, läsnäolo solujen välisessä aineessa.
Solunvälinen matriisi sisältää molekyylejä, jotka kykenevät itse kokoontumaan muodostamaan komplekseja. Sidoskeskittymien spesifisen järjestelyn vuoksi molekyyleihin ja niiden vuorovaikutusten spesifisyyden vuoksi muodostuu solujenvälisen matriisin erittäin järjestetty kolmiulotteinen rakenne, joka määrittelee sen toiminnalliset ominaisuudet (kuva 1.1).
Kuva. 1.1.Solunvälisen matriisin rakenne ja sen suhde
solut:
JA -pohjakalvo; B -matriisin supramolekulaarinen organisaatio
sidekudos [mukaan Campbell N. A., Reece J. B., 2002, sellaisena kuin se on muutettuna].
Normaalin kudoksen solunulkoisen matriisin erikoistunut muoto on pohjakalvo, joka muodostaa erillisen rakenteen, joka erottaa yhden solukerroksen toisesta. Hän ei ole vastuussa erilaisten rakenteiden erottamisesta ja kudosten arkkitehtonian ylläpidosta, vaan vaikuttaa myös niiden erilaistumiseen, migraatioon ja solujen fenotyyppityyppiin. Pohjakalvo toimii esteenä makromolekyyleille.
Ekstrasellulaarisen matriisin pääkomponentit ovat erityyppiset kollageeni- ja ei-kollageeniproteiinit.
1.2. Kollageeniproteiinien rakenne ja ominaisuudet
Solunvälisen matriisin perusta on glykoproteiineihin liittyvien kollageeniproteiinien perhe, joka sisältää suuria määriä jäämiä glysiini, proliinija hydroksiproliini. Kollageenia edustaa 20 proteiinia, joista osa on tosiasiallisesti
kollageeni, kun taas toiset sisältävät vain kollageenin kaltaisia \u200b\u200bdomeeneja. Kaikki tyypit kollageenia, rakenteesta riippuen, jaetaan useisiin ryhmiin: fibrillien muodostavat, kollageenifibrillien kanssa liittyvät, retikulaariset, mikrofibrillit, ankkuroidut fibrillit jne. Erityistä kaavaa käytetään osoittamaan jokainen kollageenityyppi, jossa a-ketjut on kirjoitettu arabialaisin numeroin, ja tyyppi Kollageeni - roomalainen.
Suurin osa suuontelon kudoksiin läsnä olevasta kollageenista viittaa fibrillien muodostamiseen. Kollageeniproteiinien päätyyppien sijainti suuontelon kudoksissa on esitetty taulukossa. 1.1.
Taulukko 1.1
Tyypit kollageeniproteiineja suuontelon kudoksissa
Suukudoksille on tunnusomaista tyypin I, III, V ja VI kollageenin läsnäolo. On huomattava kollageenin monimuotoisuus hammassementissä, jossa tyyppien I, III ja V kollageenin lisäksi määritetään rustokudokselle tyypilliset tyypin II, IX, XII, XIV kollageenit.
Fibrillit muodostava kollageeni
Kaikki fibrilliä muodostavat kollageenit eroavat aminohappokoostumuksestaan \u200b\u200bja hiilihydraattipitoisuudestaan.
Tyyppien I, II, III, V, XI kollageenimolekyylit ovat fibrillien muodossa ja ne on rakennettu rakenneyksiköistä, joita kutsutaan tropokollageeniksi. Troppokollageenimolekyylien (M r 300 kDa) paksuus on 1,5 nm ja pituus 300 nm. Ne muodostuu kolmesta polypeptidiketjusta, jotka on nimetty a-ketjuiksi. Jokainen ketju sisältää noin 1000 aminohappotähdettä ja on tiheä vasenkätinen kierre, joka sisältää kolme aminohappotähdettä käännöstä kohti. Kolmasosa kollageenin aminohappotähteistä on glysiini.
(30%), viidesosa proliinista yhteensä 3- ja 4-hydroksiproliinin kanssa (21%), joten primäärinen kollageenirakenne voidaan esittää muodossa gli - x - y-, jossa x on useimmiten proliini tai hydroksiproliini, ja y - muut aminohapot (kuva 1.2). Ketjussa on yhteensä noin 330 tällaista toistoa.
Kuva. 1.2.Ensisijaisen rakenteen katkelma a - kollageeniketjut. Proliinin ja hydroksiproliinin alueella tapahtuu "proliinin rikkoutuminen".
Toistuvan glysiinisekvenssin glysiini - x - y - on tarpeen fibrillaarisen rakenteen muodostamiseksi, koska minkään muun aminohapon radikaali ei sovi kolmen heliksin keskellä olevien kolmen peptidiketjun väliin. Proliini ja hydroksiproliini rajoittavat polypeptidiketjun pyörimistä. -X- ja -y-asemassa olevat aminohapporadikaalit ovat kolmoishelixin pinnalla. Radikaaliklusterien jakautuminen kollageenimolekyylin pituudella varmistaa monimolekyylisten kollageenirakenteiden itsekokoonpanon. Kolme a-ketjua muodostavat rakenteen, joka on hieman kierretty spiraaliksi. Muodostavat fibrillit, tropokollageenimolekyylit (trimeerit) on järjestetty vaiheittain, siirtyen toistensa suhteen neljäsosaa pituudesta, mikä antaa fibrillille ominaisen juovan. Kudoksiin talletettuina muodostuneet kollageenifibrillit stabiloituvat muodostamalla kovalenttisia ristisidoksia (kuva 1.3).
Tyypin I kollageeni 2 ja 2 sisältää 33% glysiiniä, 13% proliinia, 1% hydroksyyli-liiniä ja pienen määrän hiilihydraatteja. Se määritetään luiden, dentiinin, hampaan massan, sementin, periodontaalikuitujen koostumuksessa. Tämän tyyppinen kollageenikuitu on mukana mineralisaatioprosesseissa.
Tyypin II kollageeni[α1 (II)] 3 on läsnä rustossa ja muodostaa ei-rustokudoksiin kehityksen varhaisessa vaiheessa. Tämäntyyppinen kollageeni sisältää pienen määrän 5-hydroksyyli-liiniä (alle 1%) ja sille on ominaista korkea hiilihydraattipitoisuus (yli 10%).
Kollageeni tyyppi III[a 1 (III)] 3 on läsnä verisuonten seinämissä. Tämän kollageenin erottuva piirre on suuren määrän hydroksiproliinin läsnäolo. A-ketjut sisältävät kysteiinin, ja itse kollageenimolekyyli on hieman glykosyloitunut.
Kollageeni V tyyppi [α (V) α 2 (V) α 3 (V)] "Hybridi" on hybridi, joka koostuu useista ketjuista, nimittäin: a1 (V), a 2 (V) ja a 3 (V).
Fibrillaariset kollageenit voivat sisältää myös 2 tai useampia erityyppisiä kollageeneja. Joten joissakin kudoksissa on hybridi-molekyylejä, jotka sisältävät V- ja XI-tyyppisiä kollageeniketjuja.
Kuva. 1.3.Kollageenifibrillien rakenne: JA -tropokogeeni, joka koostuu kolmesta a: sta - kahleet ; B -kollageenimikrofibrillit 5 rivistä tropokollageenia; SISÄÄN -kollageenifibrillit, mukaan lukien 9 - 12 tropokogeenimikrofibrillit.
Fibrilliin liittyvät kollageenit
Kollageeni IX, XII, XIV -tyypit osallistuvat hampaan juuren limakalvon, ruston ja sementin solujenvälisen matriisin organisointiin. Tämän luokan kollageeniproteiinit eivät pysty muodostamaan fibrillejä, mutta kun ne ovat sitoutuneet fibrillaarisiin kollageeneihin, ne rajoittavat tyypin I ja II kollageenin fibrillien pituutta, paksuutta ja suuntaa. Fibrilliin liittyvien kollageenien piirre on sekä globulaaristen että fibrillaaristen domeenien läsnäolo niiden rakenteessa.
Tyypin IX kollageenin a-ketjut [a (IX) a 2 (IX ) a 3 (IX)]koostuvat 3 fibrillaarisesta ja 4 globaalista domeenia. Ne yhdistetään poikittaisilla kovalenttisilla sidoksilla tyypin II kollageenifibrillien kanssa. Tyypin IX kollageenimolekyyli sisältää myös sivuttaisen glykosaminoglykaaniketjun ja suuren määrän positiivisesti varautuneita ryhmiä, joten negatiivisesti varautuneet hyaluronihapon ja kondroitiinisulfaatin molekyylit voivat liittyä siihen. Samanlaisia \u200b\u200bvuorovaikutuksia tyypin I fibrillaarisen kollageenin kanssa tulee tyypin XII kollageeniin. Tämäntyyppinen kollageeni lokalisoituu rustoon, sementtiin, samoin kuin suun limakalvoon epiteelin liitoskohdassa subepiteelikerrosten kanssa. Tyypin IX kollageeni on kalvon läpäisevä proteiini, jonka avulla lamina densa(kellarikerroksen tumma levy, joka sijaitsee papillaarisen dermisen rajalla) on kiinnitetty papillaarisen dermisen kollageenifibrilliin.
Ei-fibrillaariset (retikulaariset) kollageenityypit
Ei-fibrillaaristen kollageenien ryhmään kuuluvat tyypin IV, VIII ja X kollageeniproteiinit, joiden pituus ja koko eroavat toisistaan \u200b\u200bja kykenevät muodostamaan verkostomaisia \u200b\u200brakenteita. Yleisin, mukaan lukien suuontelon kudoksissa, tyypin IV kollageeni, joka on pohjakalvojen päärakenneproteiini. Tyypin IV kollageeni sisältää 1 α1 (IV) ja 2 α2 (IV) ketjua. Tyypin IV kollageenin peptidiketjut erittymisen jälkeen eivät läpikäytä proteolyyttistä modifikaatiota, ja siksi ne säilyttävät N- ja C-terminaalisten globaalien domeenien (NC1, 7S ja NC2) rakenteen (kuva 1.4).
Kuva. 1.4.Tyypin IV kollageenin rakenne on kollageenimonomeerin kolminkertainen kierre. N- ja C-terminaaliset alueet sisältävät globaalit domeenit 7S, NC1 ja NC2.
Toisin kuin fibrillaariset kollageenit, tyypin IV kollageenimolekyylien α-ketjut sisältävät “ei-kollageenisia” aminohappoalueita paitsi N- ja C-terminaalisilla alueilla, mutta koko molekyylissä. Itseagregoitumisprosessissa olevat kollageenimonomeerien terminaalidomeenit NC1, 7S ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja muodostavat päästä päähän -sidoksia, mikä johtaa dimeerien ja trimeerien muodostumiseen. Superkelaaminen varmistetaan sivujen välisistä vuorovaikutuksista. Tuloksena muodostuu kolmiulotteisia rakenteita, samanlaisia \u200b\u200bkuin ruudukko, jonka heksagonaaliset solut ovat kooltaan 170 nm.
Tyypin X kollageeni koostuu 3 identtisestä ketistä, joilla on mol. massa 59 kDa.
Mikrofibrillikollageeni
Kollageenia muodostaviin mikrofibrilliin sisältyy tyypin VI kollageeni. Koska se on lyhytketjuinen proteiini, se muodostaa mikrofibrillejä, jotka sijaitsevat interstitiaalisten kollageenien fibrillien välissä. Tämän tyyppiselle kollageenille on tunnusomaista, että N- ja C-terminaalisilla alueilla on suurien globaalien domeenien a-ketjuissa ja niiden välissä on lyhyt kolmen kierteinen domeeni. Solun 2 sisällä tapahtuvan synteesin aikana tämän kollageenin molekyylit yhdistyvät antiparalleelisesti muodostaen dimeeri, ja solmeista erittyvistä dimeereistä muodostuu tetrameerejä. Solun ulkopuolella tetrameerit sitoutuvat "päästä päähän" muodostaen mikrofibrillejä. Tämän kollageenin molekyylit sisältävät lukuisia sekvenssejä arg-gli-asp(RGD), jotka tarjoavat soluadheesion kiinnittymällä membraaniliimaproteiineihin - integriinit α 1 β 1 ja a2p1. Lisäksi tyypin VI kollageeni kykenee sitoutumaan interstitiaalisiin kollageenifibrilleihin, proteoglykaaniin ja glykosaminoglykaaniin.
Kollageenisynteesi
Lähes kaikki solut syntetisoivat kollageenia ja toimittavat sen solujen väliseen matriisiin (fibroblastit, kondroblastit, osteoblastit, odontoblastit, sementoblastit, keratoblastit jne.). Kollageenisynteesi ja kypsytys on monimutkainen monivaiheinen prosessi, joka alkaa solusta ja päättyy solujen väliseen matriisiin. Geenimutaatioiden aiheuttamiin kollageenisynteesin häiriöihin sekä translaation ja translaation jälkeisen modifikaation aikana liittyy viallisen kollageenin esiintyminen. Koska noin 50% kaikista kollageeniproteiineista sisältyy luuston kudoksiin ja loput 40% dermiin ja 10% sisäelinten stroomaan, heikentyneeseen kollageenisynteesiin liittyy patologia kuten
nivelrikko ja sisäelimet. Tämä väistämättä vaikuttaa nenän ja kasvojen kudosten tilaan.
Kollageenisynteesi sisältää kaksi vaihetta. Päällä solunsisäinen vaiheon polypeptidiketjujen translaatio ja translaation jälkeinen modifikaatio, ja edelleen solunulkoinen -proteiinimodifikaatio, joka johtaa kollageenikuitujen muodostumiseen (kuva 1.5).
Kuva. 1.5.Kollageenisynteesi. Kollageenisynteesi: JA -solunsisäinen vaihe, B -solunulkoisen proteiinin modifikaatio. Numerot osoittavat synteesireaktion. 1a -transkriptio, 1b -prokollageeniketjujen käännös, 2 - signaalipeptidin pilkkominen, 3 - proliini- ja lysiinitähteiden hydroksylaatio, 4 - 5-hydroksilysiinin ja asparagiinin glykosylaatio, 5 - disulfidisidosten muodostuminen N- ja C-terminaalisissa peptideissä, 6 - kollageenin kolmoiskierre muodostuminen, 7 - proteiinimolekyylin eksosytoosi, 8 - n- ja terminaalisten peptidien pilkkominen, 9 - fibrillien säädettävä kokoonpano, 10 - lysiinin ja 5-hydroksilisiinin hapettuminen allisineiksi, 11 - silloittuminen polymeeripeptidien muodostumisen kanssa [Y. Kolmanin, K. K.-G., 2000, muutettuna] mukaan. entsyymit:
1 - prokollageeniproliini-4-dioksigenaasi;
2 - procollagenisin-5-dioxigenase;
3 - proteiini lysiini-6-oksidaasi.
Solunsisäinen kollageenisynteesivaihe . Kollageenin peptidi-a-ketjut syntetisoidaan polyribosomeissa, jotka liittyvät endoplasmiinisiin retikulummembraaneihin. Sen syntetisoidut peptidiketjut säiliöissä käyvät läpi translaation jälkeisen modifikaation, joka sisältää:
Prokollageeniketjun signaalipeptidin poisto osallistumalla spesifiseen proteinaasiin;
Proliini- ja lysiinitähteiden hydroksylointi, joka alkaa polypeptidiketjun translaatiosta sen erotukseen ribosomeista.
Hydroksylointireaktiot katalysoivat hapeneaseja: punkollagenyyli-4-dioksigenaasi (prolyyli-4-hydroksylaasi), prokollageeni-prolyyli-3-dioksigenaasi (prolyyli-3-hydroksylaasi) ja prokollagenyyli-5-dioksigenaasi (lysyyli-5-hydroksylaasi). O2: ta ja 2-oksoglutaraattia käytetään hydroksylointireaktiossa, ja askorbiinihappo on mukana kofaktorina. Aktiivisen keskuksen proliinin ja lysiinin hydroksylaasit sisältävät Fe2 +: ta, ja askorbiinihappo, joka hapetetaan helposti dehydroaskorbiinihapoksi, on välttämätöntä raudan atomin säilyttämiseksi ferroformissa (kuva 1.6).
Kuva. 1.6.Askorbiinihapon rakennekaava.
Hydroksylointireaktioissa yksi happiatomi liittyy proliinijäännöksen neljänteen hiiliatomiin, ja toinen happiatomi sisältyy meripihkahappoon, joka muodostuu 2-oksoglutaraatin dekarboksyloinnista (kuva 1.7).
Proliinin hydroksyloinnin ohella tapahtuu lysiinitähteiden hydroksyloituminen muodostuessaan 5-hydroksisiiniä (kuva 1.8).
Myöhemmin hydroksyloidut lysiinitähteet suoritetaan glykosylaatiolla.
Glykosyylitransferaasien osallistumisella muodostuu kovalenttisia O-glykosidisia sidoksia hydroksyyli-5-OH-ryhmän ja galaktoositähteen tai galaktosyyliglukoosidisakaridin välille. N-asetyyliglukosamiini- tai mannoosimolekyylit kiinnittyvät asparagiinin amidiryhmään. Proliini-hydroksylaation myötä muodostuu stabiili kolmen helix-rakenne kollageenia (kuva 1.9).
Kuva. 1.7.Prokollageenin a-ketjussa olevien proliinitähteiden hydroksylointi 4-hydroksiproliinin muodostamiseksi.
Kuva. 1.8.Prokollageeni-a-ketjun lysiinitähteiden hydroksylointi 5-hydroksyyli-liinin muodostamiseksi.
Hydroksiproliini on välttämätön tämän kollageenin kolmoisheeliksin stabiloimiseksi, koska sen hydroksyyliryhmät osallistuvat vety sidosten muodostumiseen a-ketjujen välillä. Hydroksylaation ja glykosylaation lopussa kaikki pro-a-ketjut on kytketty toisiinsa vety sidoksilla, ja disulfidisiltoja muodostuu C-terminaalisten propeptidien alueelle.
Kuva. 1.9.Prokollageenimolekyylin a-ketjun glykosyloidut leikkeet.
Endoplasmisesta retikulumista prokollageenimolekyylit siirretään Golgi-laitteeseen, missä ne sisältyvät eritysrakuloihin ja erittyvät solunulkoiseen tilaan koostumuksessaan.
Solunulkoinen faasi - prokollageenimolekyylien modifikaatio . Solunvälisessä tilassa, proteolyyttisten entsyymien osallistuttua, N- ja C-terminaaliset peptidit pilkotaan prokollageenimolekyylistä ja kollageenin kolmoiskierre (tropokollageeni) vapautuu. Seuraavaksi tapahtuu molekyylien välisillä kovalenttisilla sidoksilla (ristisilloilla) kiinnitettyjen kollageenifibrillien itsekokoonpanoprosessi. Näiden sidosten muodostuminen liittyy lysiini- ja 5-hydroksyyli-liinisähteisiin ja niiden aldehydijohdannaisiin, jotka muodostuvat oksidatiivisen deaminaation seurauksena. Lysiinin ja 5-hydroksilisiinin oksidatiivinen deaminaatio tapahtuu lyysyylioksidaasin mukana ollessa. Tämän entsyymin piirre on Cu2 +: n läsnäolo aktiivisessa keskuksessa. Lysyylioksidaasimolekyylit syntetisoidaan solussa proentsyymeinä ja Cu 2+ -ioniin sitoutumisen jälkeen ne pakataan soluista poistuviin rakkuloihin. Prolysiloksidaasimolekyylissä tapahtuu rajoitettu proteolyysi solun pinnalla, ja muodostuneessa aktiivisessa keskuksessa, jossa osallistuvat Cu2 + -ionit, tyrosiinitähde hapetetaan tyrosinokinoniksi. Aktiiviseen keskukseen muodostettu kinoidirakenne sitoo lysiinitähteitä prokollageenimolekyylissä muodostaen entsyymi-substraattikompleksin. Lysiinin lisädeaminointi tapahtuu kuviossa 1 esitettyjen reaktioiden mukaisesti. 1.10.
Seuraavassa vaiheessa allisiini ja 5-hydroksiallisiini kondensoidaan yhdessä lysyyli- ja hydroksi-isyylitähteiden kanssa; muodostetaan molekyylinsisäisiä ja intermolekulaarisia ristisidoksia. Reaktiossa
Kuva. 1.10.Lysiinin hapettuminen kollageenin rakenteessa:
1 - entsyymi-substraattikompleksin muodostuminen; 2 - NH3 + siirretään tyrosinikinoniin (LTQ) ja lysiini hapetetaan, mitä seuraa allisiinin siirtyminen aktiivisesta keskustasta; 3 - 02: n ja H 2O: n molekyylit pääsevät entsyymin aktiiviseen keskustaan \u200b\u200bja NH3 ja H202 vapautuvat. Tässä tapauksessa LTQ palaa alkuperäiseen tilaansa (Enz on entsyymi).
allisiinin kondensoituminen toisen ketjun lysiinitähteiden kanssa muodostaa Schiff-emäksen. Kahden alliinitähteen aldolikondensoitumisen tapauksessa muodostuu aldolimolekyylien välisiä sidoksia (lysinnorleusiini). Aldolimolekyylien välisten sidosten muodostuminen on esitetty kuviossa 1. 1.11.
Aldolin kondensaatio on ominaista luukudoksen ja dentiinin kollageenille, ja Schiff-emäkset löytyvät useimmiten jänteen kollageenista.
Noin 25% tropokollageenimolekyyleistä hajoaa muodostamatta fibrillejä. Tuloksena olevat fragmentit suorittavat signalointitoiminnot ja stimuloivat kollagenogeneesiä. Fibrillien paikallinen organisaatio päättyy fibronektiinin, proteoglykaanien ja fibrilliin liittyvien kollageenien osallistumiseen.
Aldololin molekyylien väliset sidokset
Kuva. 1.11.Lysiinin hapetus ja aldolimolekyylisen sidoksen muodostuminen kahden allisiinitähteen aldolikondensaatioreaktioissa.
Kollageeniproteiinien synteesin rikkominen ihmisillä
Mahdolliset kollageeniproteiinien synteesin rikkomukset ilmenevät kliinisesti ensinnäkin muutoksella hammaslääketieteellisessä järjestelmässä ikenien verenvuodon, liikkuvuuden ja hampaiden menetyksen, moninkertaisen karieksen muodossa. Syyt, jotka aiheuttavat häiriöitä kollageeniproteiinien synteesissä, ovat erilaisia \u200b\u200b- askorbiinihapon, Cu 2+ -ionien puute, geneettiset viat ja autoimmuunisairaudet kehossa.
Lysiinin ja proliinin hydroksylaatio on erittäin tärkeä vaihe myöhemmässä kovalenttisten sidosten muodostumisessa kollageenimolekyylien välillä ja kollageenifibrillien kokoonpanossa askorbiinihapon määrästä riippuen. Murska, kärsii taudista, joka johtuu askorbiinihapon puutteesta, proliinin ja lysiinitähteiden hydroksylaatiosta prokollageenin rakenteessa. Seurauksena muodostuu hauraita ja hauraita suonia. Kollageenisynteesin rikkominen massassa ja dentiinissä johtaa moninkertaisen karieksen kehittymiseen, periodontaaliset nivelsiteet kärsivät.
Samanlaisia \u200b\u200bilmiöitä esiintyy lyysyylihydroksylaasin synnynnäisessä puutoksessa (Ehlers-Danlo-Rusakov-oireyhtymä, tyyppi IV). Kollageenimolekyylien korkea liukoisuus ilmenee lyysyylioksidaasin synnynnäisessä puutteessa (Ehlers-Danlo-oireyhtymä, tyyppi V) tai heikentyneessä kupariaineenvaihdunnassa (Menkesin tauti), johon liittyy kollageenimikrofibrillien välisen ristisidoksen heikentyminen. Tämä johtaa periodontaalisten nivelsiteiden mekaanisten ominaisuuksien heikkenemiseen, periodontaalisten kudosten tilaan, ihon letargiaan ja vikojen esiintymiseen luuston kehityksessä ihmisistä, jotka kärsivät tästä taudista.
Diabetes mellituksen yhteydessä johtuu siitä, että solut eivät kykene vangitsemaan glukoosia veriplasmasta, prokollageeni-a-ketjujen solunsisäinen glykosylaatio tapahtuu. Kun prokollageeni saapuu solunsisäiseen tilaan, hiilihydraatit kiinnittyvät ei-entsymaattisesti, mikä rikkoo myös kollageenifibrillien ja ei-kollageeniproteiinien rakennetta. Vaikea muoto parodontiitista kehittyy, huonosti hoidettavissa. Insuliinista riippuvaisesta diabetestä kärsiville äideille syntyneillä lapsilla havaitaan hampaan kovien kudosten systeeminen hypoplasia.
Pohjakalvon rakenteen rikkominen tapahtuu, kun vasta-aineita proteiineille, jotka muodostavat pohjakalvojen arkkitehtonian (Goodpasture-oireyhtymä), ilmaantuu tai geenin, joka koodaa tyypin IV kollageenin α-ketjua (Alportin oireyhtymä), mutatoituu. Näissä patologian muodoissa, munuaisten ja muiden elinten vaurioiden ohella, hampaiden kovien kudosten ei-karsioisia leesioita (emalihypoplaasia, tilavuuden väheneminen ja dentiinin rakenteen rikkominen) ja rappeuttavia muutoksia suuontelon pehmeissä kudoksissa.
Kollageenimetabolian tutkimiseksi virtsassa ja veriplasmassa määritetään hydroksiproliinin, proliinin pitoisuus, tyypin I kollageenin hajoamistuotteiden - N- ja C-telopeptidien - määrä. Tyypillinen kollageenin hajoamisen indikaattori on hydroksiproliinimäärän nousu veriplasmassa ja virtsassa, samoin kuin N- ja C-telopeptidien määrän lisääntyminen veriplasmassa ja virtsassa määritetyn kalsiumpitoisuuden aamuisin ennen syömistä. Kollageenin heikentyneestä kypsyydestä viittaa proliinin määrän lisääntyminen veriplasmassa.
Kollageeniproteiinien lisäksi solujenvälisessä matriisissa on myös ei-kollageeniproteiineja, kuten elastiinia, proteoglykaaneja, glykoproteiineja jne.
1.3. MUIDEN KOLLAGENISEN PROTEINIEN RAKENNE JA OMINAISUUDET
elastiinin
Verisuonten seinämien, periodontaalisten kudosten, kielen juuren, solujen välisessä aineessa, huulten ja poskien submukoosisessa kerroksessa, keuhkoja, ihoa, elastiinikuituja on läsnä suurina määrinä. Näillä kankaista on erittäin tärkeitä ominaisuuksia: ne voivat venyttää useita kertoja alkuperäiseen pituuteen verrattuna säilyttäen samalla korkean vetolujuuden ja palata alkuperäiseen tilaansa purkamisen jälkeen. Näiden kudosten kumimaiset ominaisuudet saadaan pääproteiinielastiinista - glykoproteiinista, jolla on mol. massa 70 kDa.
Elastiini sisältää noin 27% glysiiniä, 19% alaniinia, 10% valiinia, 4,7% leusiinia. Suuren määrän hydrofobisten radikaalien läsnäolo estää vakaan pallojen muodostumisen, minkä seurauksena elastiinipolypeptidiketjut eivät muodosta säännöllisiä sekundaarisia ja tertiaarisia rakenteita, mutta hyväksyvät erilaisia \u200b\u200bmuodonmuutoksia solujenvälisessä matriisissa suunnilleen yhtä suurella vapaalla energialla (kuva 1.12).
Kuva. 1.12.Elastiinin polypeptidiketjun fragmentti.
Alkuperäiset elastiinikuitut on rakennettu suhteellisen pienistä, lähes pallomaisista molekyyleistä, jotka on kytketty kuitumaisiksi säikeiksi käyttämällä jäykkää silloitusta - desmosiinia ja isodesmosiinia sekä lysinnorleusiinia. Neljä lysiinitähdettä osallistuu ristisidosten muodostumiseen, joista 3 esioksidoidaan vastaaviksi aldehydeiksi lyysyylioksidaasin osallistumisella. Desmosiini ja isodesmosiini muodostuvat tähteistä, jotka kuuluvat ainakin kahteen ketjuun, mutta ne voidaan muodostaa myös tähteillä, jotka sijaitsevat kolmessa ja neljässä ketjussa. 2 lysiinitähdettä osallistuvat lysiinorleusiinin muodostumiseen (kuva 1.13).
Kuva. 1.13.Silloittuminen elastiinin rakenteessa: JA- desmosiini, jonka muodostavat neljä lysiinitähtettä; B- lysinnorleusiini, joka muodostuu kahdesta lysiinitähteestä.
Kovalenttisten ristisidosten muodostuminen epävakaalla muodostumisella varustetun elastiinin peptidiketjujen välillä mahdollistaa elastiinikuituverkon venymisen ja supistumisen kaikkiin suuntiin, mikä antaa heille elastisuuden ominaisuuden (kuva 1.14).
Elastiinin synteesi ja hajoaminen . Elastiinin synteesi alkaa fibroblasteissa muodostamalla elastiinin esiaste - tropoelastiiniproteiini. Tropoelastiini on liukoinen monomeeri, jonka hydrofiiliset kohdat rikastuvat lysiinitähteillä. Solunvälisessä matriisissa, kuparista riippuvan lysyylioksidaasin mukana ollessa, lysiinitähteet hapetetaan allisiiniksi, jotka muodostavat ristisidoksia, jotka stabiloivat elastiinimolekyylin. Silloittumisen muodostumisen jälkeen elastiini saa lopullisen solunulkoisen muodonsa, jolle on ominaista liukenemattomuus, korkea stabiilisuus ja alhainen metabolinen nopeus.
Elastiinin pilkkomiseen kuuluu polymorfonukleaaristen leukosyyttien elastaasi, joka, pääasiassa endopeptidaasina, on pääasiassa
Kuva. 1.14.Elastiinin rakennemalli:
JA- rentoutumisen tila; B- venytystila.
vuotaa sidoksia, jotka muodostuvat alifaattisten aminohappojen karboksyyliryhmistä. Se on aktiivinen lievästi emäksisessä ympäristössä (pH 7,5 - 8,5) ja hydrolysoi paitsi solunulkoisessa tilassa olevan elastiinin, myös muita proteiineja - proteoglykaaneja, hemoglobiinia, kollageenia, immunoglobuliineja. Elastaasiaktiivisuus estää a 1 -antitrypsiiniproteiinia (a 1 -AT). Suurin määrä α 1 -AT: ää syntetisoituu maksassa ja on veressä. Kudoksissa α1 -AT: n syntetisoivat makrofagit.
Elastiinin rakenteen muutokset patologisissa prosesseissa
Jos desmosiinien, isodesmosiinien ja lysinnorleusiinin muodostuminen heikkenee, elastisten kudosten vetolujuus laskee, esiintyy rikkomuksia, kuten ohenemista, uneliaisuutta, venyvyyttä, ts. Niiden muoviominaisuudet menetetään. Muutokset elastiinin rakenteessa voivat johtua lyysyylioksidaasin aktiivisuuden vähenemisestä perinnöllisissä ja hankituissa sairauksissa sekä kuparin puutteesta. Elastiinirakenteen rikkomukset voivat ilmetä sydän- ja verisuonimuutoksista aneurysmien ja aortan murtumien muodossa, sydänventtiilien vaurioista, toistuvasta keuhkokuumeesta ja keuhkoemfyemasta.
Kumekudoksessa elastaasi ei ole aktiivinen. Tulehduksen kehittyessä polymorfonukleaaristen leukosyyttien lukumäärä kasvaa ja niistä tulee elastaasin lähde. Viimeksi mainitun määrän lisääntyminen tapahtuu muuttumattoman tai vähentyneen a1 -AT: n pitoisuuden taustalla ikenekudoksessa. Tuloksena oleva epätasapaino entsyymin ja sen estäjän välillä johtaa joustavien kuitujen tuhoutumiseen gingiviitin ja parodontiitin kanssa.
Proteoglykaanit ja glykosaminoglykaanit
proteoglykaanien- luokka kompleksisia solunulkoisia matriisiproteiineja. Ne koostuvat erilaisista ydin (ydin) proteiineista, joihin glykosamiiniglykaaniketjuihin kytketyt oligosakkaridit ovat kiinnittyneet N- ja O-glykosidisidoksilla (kuva 1.15).
Kuva. 1.15.Proteoglykaanin rakenne.
Eri proteoglykaanit eroavat molekyylien koosta, suhteellisesta proteiinipitoisuudesta ja glykosaminoglykaanijoukosta. Proteoglykaaneja on läsnä suurina määrin dentiinissä, massassa, sementissä, periodontaalisissa kudoksissa ja suun limakalvoissa (taulukko 1.2).
Jotkut proteoglykaanit - serglysiini, rustomatriisin proteoglykaani, dekoriini, versikaani jne. Ovat liukoisessa tilassa ja sijaitsevat solunulkoisessa matriisissa. Muita proteoglykaaneja, esimerkiksi syndekaania, edustaa kalvon läpäisevä integraali Taulukko 1.2
Proteoglykaanit ja glykosaminoglykaanit suuontelon kudoksiin
proteiineja. Sydecanilla on solunulkoisia transmembraanisia ja sytoplasmisia domeeneja, ja se on vuorovaikutuksessa aktiinin sytoskeleton kanssa. Solujen ulkopuolella syndekaani sitoutuu fibronektiiniin ja muihin solunulkoisen matriisin komponentteihin.
Proteoglykaanien sitoutuminen spesifisiin proteiineihin sisältää glykosaminoglykaanimolekyylejä. Heidän negatiivisesti varautuneet ryhmänsä ovat vuorovaikutuksessa positiivisesti varautuneiden aminohappojen lysiini- ja arginiiniradikaalien kanssa, jotka sijaitsevat proteiinimolekyylin tietyillä alueilla. Tällä tavalla erittäin sulfatoituneet glykosaminoglykaanit sitoutuvat fibronektiiniin.
Proteoglykaanit toimivat reseptoreina solujen välisen matriisin kokoonpanossa, helpottavat solujen kiinnittymistä ja säätelevät solujen kasvuprosesseja. Ne voivat myös muodostaa komplekseja tiettyjen proteiinien, esimerkiksi kasvutekijöiden, kanssa. Tuloksena olevissa komplekseissa proteiinit suojataan proteolyyttisiltä entsyymeiltä. Nämä kompleksit suorittavat säiliöiden toiminnan, ja vain tarvittaessa kasvutekijä vapautetaan niistä ja saa kyvyn osoittaa biologista aktiivisuuttaan.
glykosaminoglykaanit viittaa heteropolysakkaridiin. Nämä ovat lineaarisia rakenteita, jotka on rakennettu toistuvista disakkaridiyksiköistä. Disakkaridimolekyyli koostuu uronihaposta ja aminosokerista, joiden aminoryhmä on yleensä asetyloitu. Sulfaatti- ja karboksyyliryhmien läsnäolo glykosaminoglykaaneissa antaa heille suuren negatiivisen varauksen ja kyvyn sitoa vettä. Negatiivisen varauksen tiheyden takia niiden pinnalla ne sitovat Ca 2+-, Na +, K + -kationeja ja osallistuvat siten mineraalien aineenvaihduntaan.
Kaikki glykosaminoglykaanit jaetaan kahteen ryhmään: sulfatoidut ja sulfatoimattomat. Sulfatoimattomat glykosaminoglykaanit hyaluronihappo.Vapaita sulfatoituja glykosaminoglykaaneja ei löydy; liittyessään pieneen määrään proteiineja, ne muodostavat proteoglykaaneja. Disakkaridiyksiköiden, jotka muodostavat glykosaminoglykaaneja, rakenne on esitetty kuvassa. 1.16.
Hyaluronihappo löytyy monista elimistä ja kudoksista. Se on rakennettu disakkariditähteistä, jotka on kytketty β- (1- »4) -glykosidisidoksilla. Disakkaridifragmentit puolestaan \u200b\u200bkoostuvat β-D-glukuronihapon ja N-asetyyli- (3-D-glukosamiinin jäännöksistä, jotka on linkitetty β- (1-3) -glykosidisidoksilla.
Kuva. 1.16.Toistuvien disakkaridiyksiköiden rakenne glykosaminoglykaanissa.
korkea laituri. massa (herra 10 5 -10 7 kyllä). Useissa elimissä (silmän lasimainen runko, napanuora, nivelneste) se on vapaassa muodossaan ja muodostaa rustossa proteoglykaaniaggregaatteja. Nivelenesteessä hyaluronihappo toimii voiteluaineena, vähentäen kitkaa nivelpintojen välillä. Alkion kehitysprosessissa se täyttää solujen väliset tilat helpottaen solujen liikkumista. Hyaluronihappoa syntetisoidaan suurina määrinä haavan paranemisen aikana. Sitomalla vettä se tarjoaa estetoiminnon.
Hyaluronihappoketjut kykenevät hyytymään, sitoen suuren määrän vettä ja muodostaen domeenin. Tälle verkkotunnukselle (määrittele
tila) pienillä molekyyleillä tai ioneilla on pääsy, mutta suuret molekyylit (albumiini, immunoglobuliinit) eivät kykene tunkeutumaan siihen. Verkkotunnukset kykenevät kosketuksiin, puristamaan ja tunkeutumaan toisiinsa, mikä määrää liuoksen korkean viskositeetin.
Kondroitiinisulfaatit sisältävät toistuvia disakkaridiyksiköitä, jotka on kytketty p- (1-\u003e 4) -glykosidisidoksilla. Disakkaridit rakennetaan glukuronihaposta ja sulfatoidusta N-asetyyligalaktosamiinista, jotka on kytketty toisiinsa (3- (1-3) -glykosidisidoksilla. Sulfaattiryhmän sijainnista riippuen kondroitiini-4-sulfaatti ja kondroitiini-6-sulfaatti erotetaan toisistaan. Kondroitiinisulfaatin polysakkaridiketju sisältää noin 40 toistuvaa disakkaridiyksikköä. Kondroitiinisulfaattien moolimassa vaihtelee välillä 10 - 600 kDa. Vaikka kemiallisessa rakenteessa onkin vähän eroja, kondroitiinisulfaatit eroavat huomattavasti fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista ja jakautumisesta erityyppisissä sidekudoksissa. β-sulfaattia, jota esiintyy pääasiassa rustossa ja luukudoksessa, sarveiskalvossa, ja kondroitiini-6-sulfaattia esiintyy jänteissä, nivelsiteissä, napanuolassa, samoin kuin luissa.
Dermaattisulfaatti - heteropolysakkaridi, rakenteeltaan samanlainen kuin kondroitiinisulfaatti. Päinvastoin kuin viimeksi mainittu, dermataanisulfaatin disakkaridifragmentti sisältää L-iduronihappotähteen D-glukuronihapon sijasta. Dermataanisulfaattia on läsnä iholla, rustossa, jänteissä ja nikamalevyissä, verisuonissa ja sydänventtiileissä. Osana pieniä proteoglykaaneja (biglykaania ja dekoriinia) sitä löytyy luiden, ruston, nikamavälilevyjen ja menissojen solunvälisestä aineesta, missä se osallistuu kollageenikuitujen stabilointiin.
Kerataanisulfaatit - useimmat heterogeeniset glykosaminoglykaanit; eroavat toisistaan \u200b\u200bhiilihydraattien kokonaismäärän ja jakautumisen välillä eri kudoksissa. Toisin kuin kaikki muut glykosaminoglykaanit, kerataanisulfaatit uronihapon sijasta sisältävät D-galaktoositähteen. D-galaktoosijäännökset kerataanisulfaatin disakkaridifragmentteissa yhdistetään P- (1-\u003e 4) -glykosidisidoksilla N-asetyyli-D-glukosamiini-6-sulfaatin tähteillä. Disakkaridifragmentit yhdistetään keskenään P- (1-\u003e 3) -glykosidisidoksilla.
Sarveiskalvon keratansulfaatti-1 sisältää toistuvan disakkaridiyksikön lisäksi L-fukoosia, D-mannoosia ja siaalhappoa. Keratansulfaatti-2: ta on rustossa, luissa ja nikamalevyissä. Kerataanisulfaatit ovat osa suuria proteoglykaani-agrekaaneja ja joitain pieniä rustomatriisin proteoglykaaneja.
Heparaanisulfaatti on heteropolysakkaridi, joka on rakennettu glukuronihaposta ja N-asetyyliglukosamiinista; sisältää enemmän N-asyyliryhmiä ja vähemmän sulfaattia. Se on osa kellarimembraanien proteoglykaania ja on solun pinnan vakiokomponentti.
Suuret proteoglykaanit
TO suuret proteoglykaanitkantaa proteiineja suurella moolilla. paino, joka sisältää yli 100 ketjua glykosaminoglykaaneja. Tähän ryhmään kuuluvat agrekaanit, versikaanit, neurokaanit, brevikanit jne. Heidän erityispiirteensä on kyky sitoutua kollageeniin, hyaluronihappoon ja muodostaa proteoglykaaniyhdisteitä.
Sementissä, hammasmassassa, limakalvossa, luukudoksessa ja iholla on suuri kondroitiinisulfaattia sisältävä proteoglykaani - versikaani , he sanovat. jonka massa on noin 1000 kDa. Versikaaninen ydinproteiini koostuu aminohapposekvensseistä, jotka sisältävät glu-gly-fen-tähteitä. Koska sulfaatti, glutamiinihappo ja sen yhteys hyaluronihappoon ovat suuret, versikaani hydratoituneessa tilassa vie huomattavan määrän tilaa.
Ruston kudosmatriisille on tunnusomaista toisen suuren proteoglykaanin läsnäolo - agrecana (katso rusto).
Pienet proteoglykaanit
Pienillä proteoglykaanilla on pieni ydinproteiini, johon on kiinnittynyt 1 tai 2 glykosaminoglykaaniketjua. Pienistä proteoglykaanista erotetaan proteiiniglykaanit, joissa on runsaasti leusiinia, soluihin liittyvät proteoglykaanit ja pohjakalvojen proteoglykaanit.
Proteiiniglykaanit, joissa on runsaasti leusiiniä . Tämän perheen pienten proteoglykaanien piirre on leusiinirikasten 9 - 12 domeenin läsnäolo ydinproteiinin C-terminaalisella alueella. Näillä domeeneilla on kyky sitoa kollageenia. N-terminaalinen alue on aminohapposekvenssinsä suhteellisen vaihteleva, mikä liittyy glykosaminoglykaaniin. N-terminaalisen alueen domeenit osallistuvat proteiinien vuorovaikutukseen toistensa ja solujen kanssa.
Tämän perheen proteiineja edustavat dekoriini, biglykaani, fibromoduliini, lumikaani, osteoaderiini, osteoglysiini, okuloglykaani, optisiini ja asporiini.
Pienet proteoglykaanit - fibromoduliini, lumikaani ja osteoaderiini N-pään alueella sisältävät ketjuja kerataanisulfaattijotka liittyvät asparagiinisamoin kuin sulfatoituneet jäännökset tyrosiini.
Fibromoduliini - proteoglykaani mol. massa noin 40 kDa. Osoitettiin, että fibromoduliini sitoutuu tyypin II kollageenifibrilleihin ja rajoittaa niiden halkaisijaa.
Lumikan sen rakenne on hyvin samanlainen kuin fibromoduliini. Läsnä lihasten ja rustojen, keuhkojen, ohutsuolen ja sarveiskalvon solujen välisessä matriisissa. Oletetaan, että hän osallistuu verkkokalvon kollageenirakenteen muodostumisen säätelyyn.
Osteoaderin - proteiini mol. massa 49,1 kDa. Tämän proteiinin piirre on neljän sulfatoidun tyrosiinitähteen läsnäolo, joista kolme sijaitsee N-terminaalisella alueella. C-terminaalisella alueella on suuri määrä negatiivisesti varautuneita aminohappoja. Osteoaderiinimolekyylin syntetisoivat kypsät osteoblastit sekä odontoblastit. Se määritetään ameloblastikerroksessa emalin kypsymisvaiheessa ja on mukana mineralisaatioprosesseissa.
Decorin ja Biglycan kooltaan ja rakenteeltaan samanlaisia, mutta niiden synteesi on erilaisten geenien valvonnassa. Kuten Decorin-massa on noin 130 kDa ja biglykaani on noin 270 kDa. Niiden ydinproteiinit sisältävät erikoisen 24-aminohapposekvenssin, jossa on runsaasti leusiinia, joka toistuu yhdessä 10 kertaa dekoriinissa ja 12 kertaa biglykaanissa. Biglycan sisältää seriiniä asemissa 5 ja 11 ja dekoriinin asemassa 4, mikä antaa biglycanille mahdollisuuden kiinnittää 2 polysakkaridiketjua, ja dekoriinin - vain yhden (kuva 1.17). Näillä proteoglykaanilla on polysakkaridiketjuja dermaansulfaatti.Decorin ja biglykaani osallistuvat solujen väliseen vuorovaikutukseen, jota voidaan helpottaa (ydinproteiinin 3-rakenteella. On osoitettu, että decorin ja todennäköisesti biglykaani ovat vuorovaikutuksessa β transformoiva kasvutekijä (TGF- (3).
Dekoriinin lokalisoituminen osuu samaan aikaan kollageenin sijaintiin. Jos biglykaanin tarkoitusta ei tunneta, niin decorin osallistuu sitoutumiseen tyypin I ja tyypin II kollageeniin, ja se myös estää fibrinolyysiä. Lisäksi biglykaani ja dekoriini tarjoavat vuorovaikutuksia solujen, elastiinin ja tarttuvien proteiinien - fibronektiinin ja laminiinin - välillä.
Soluihin liittyvät proteoglykaanit
Solujen kehitysprosessissa ilmestyy pieniä proteoglykaaneja, joita kutsutaan soluihin liittyviksi proteoglykaaneiksi. Tähän proteiiniperheeseen kuuluvat serglysiinit, syndekaanit, beetaglysiinit, trombomoduliini, fosfatidyylinositolipohjaiset proteoglykaanit.
Kuva. 1.17.Pienten proteoglykaanien verkkotunnuksen rakenne: JA -dekoriinin ; B -biglykaani ; SISÄÄN -fibromoduliinia .
Syndecans sisältävät 4 tyyppiä erilaisia \u200b\u200bproteiineja. Ne ovat integroitumattomia proteoglykaania ja sisältävät solunsisäisiä, kalvon läpäiseviä ja solunulkoisia domeeneja. Näiden proteiinien solunulkoinen domeeni on samanlainen kuin proteinaasien domeeni ja pystyy avaamaan solukalvon, ja sisältää myös syndekaaniin kytkettyjen glykosaminoglykaanien vaihtelevat ketjut. Joten syndekaanit 1 ja 3 sisältävät heparaanisulfaatin ja kondroitiinisulfaatin. Sindekaani-1 esiintyy epiteelisoluissa kehityksen aikana, fibroblastisolut ja maksasolut syntetisoivat syndekaani-2: n (fibroglykaani); syndecan-3 (N-syndecan) on läsnä hermokudoksessa ja kehittyvässä rustossa, ja syndecan-4 (riudokani, amphiglykaani) on läsnä endoteelissa, epiteelissä, sileissä lihassoluissa ja ihon fibroblasteissa. Syndaani solunulkoisten domeenien kautta sitoo kollageenia, fibronektiiniä, trombospondiinia, tenastsiinia ja fibroblastikasvutekijää. Syndekaanin solunsisäiset domeenit aktiinin kautta sitoutuvat sytoskeletoniin.
Sherglitsiny eristetty eritystä rakkuloista. Niiden koostumus riippuu solutyypistä ja solujen erilaistumisesta. Kondroitiini- ja heparaanisulfaattiketjut ovat kytketty ydinproteiiniin. Serglysiinimolekyylien piirre on suuri sulfaattijäännösten pitoisuus, mikä tekee niistä resistenttejä proteolyysille. Kuten serglysiinien massa vaihtelee laajoissa rajoissa (60-750 kDa), ja mol. ydinproteiinin massa on käytännöllinen ja vakio (16-18 - kyllä).
Serglysiinien uskotaan osallistuvan erittävien rakeiden entsymaattisen aktiivisuuden säätelyyn ja hematopoieettisten solujen erilaistumiseen.
Joitakin serglysiinejä syntetisoivat endoteelisolut, ja niiden synteesi lisääntyy tuumorinekroositekijän ja interleukiini 1a: n (IL-la) vaikutuksesta. Serglysiini voi osallistua leukosyyttien kulkeutumiseen tulehduksellisissa prosesseissa. Äskettäin on todettu, että muiden proteoglykaanien kanssa ne osallistuvat imusolujen tarttumiseen ja aktivointiin.
Pohjakalvojen proteoglykaanit
Pohjakalvojen koostumukseen eristettiin koko joukko heterogeenisiä proteoglykaaneja, jotka sisälsivät heparaanisulfaattia. Ydinproteiinin rakenteessa on globaaleja domeeneja, jotka erotetaan ydinfragmentteilla. Globulaariset domeenit tarjoavat näiden proteoglykaanien yhteyden tyypin IV kollageeniin, laminiiniin ja muihin glykoproteiineihin, samoin kuin soluihin, jotka sijaitsevat kellarimembraanilla.
Pää heparaanisulfaattikellarimembraanien proteoglykaani on perlekaani . Polypeptidiketju, jossa on 3500 aminohappotähdettä, on kytketty kolmeen heparaanisulfaattiketjuun hydroksyyliryhmien kautta seriinin-terminaalialueella. Jokainen polysakkaridiketju sisältää jopa 200 monomeeria. Noin kolme tusinaa globaalia domeenia on määritelty perlekaanimolekyylissä, erotettuna lyhyillä sauvanmuotoisilla fragmenteilla, jotka tarjoavat yhteyden solujen ja solujen välisen matriisin komponenttien välillä.
Sidekudoksen biomekaanisten ja fysiologisten ominaisuuksien säilyminen määritetään suurelta osin ylläpitämällä tasapainoa biosynteesiprosessien ja kollageenin ja proteoglykaanien hajoamisen välillä. Proteoglykaanien hajoamista ja synteesiä säätelevät: 1) hormonit - kasvuhormoni, tyroksiini, insuliini; 2) sytokiinit - IL-1, kakkektiinit; 3) ryhmien A ja C vitamiinit; 4) hivenaineet; 5) kasvutekijät.
Proteoglykaanien synteesi
Proteoglykaanien synteesi alkaa ydinproteiinin biosynteesillä polyribosomeissa. Jo proteiinin translaatioprosessissa karkeassa endoplasmisessa retikulumissa trisakkaridit sitoutuvat asparagiinitähteiden amidiryhmien läpi. Oligosakkaridien luovuttajat ovat dolikoliin sidottuja oligosakkarideja, joilla on korkea mannoosipitoisuus. N-kytkettyjen oligosakkaridien lisäämisen jälkeen ydinproteiini läpikäyttää ksylosyloinnin ja fosforyloinnin. UDP-xylosate
ransferase, joka siirtää ksyloositähteet ydinproteiinin hydroksyyliryhmään, on yksi proteoglykaanien biosynteesin avainentsyymeistä. Muut glykosaminoglykaaniketjun muodostumisprosessit tapahtuvat Golgi-laitteessa. Glykosaminoglykaanien polysakkaridiketjut syntetisoidaan lisäämällä peräkkäin monosakkarideja, joiden luovuttajat ovat yleensä vastaavia UDP-sokereita. Glykosyylitransferaasit sijaitsevat Golgi-laitteen kalvoilla, joiden mukana proteiinimolekyyli läpikäy glykosyloinnin (kuva 1.18).
Kuva. 1.18.Glykosaminoglykaanin kiinnittyminen ydinproteiiniin sitovan trisakkaridin välityksellä. Sitoutuva oligosakkaridi, joka koostuu kahdesta galaktoositähteestä ja yhdestä ksyloositähteestä, liittyy seriiniin, treoniiniin tai asparagiiniin O- tai N-glykosidisidoksen kautta.
UDF-galaktosyylitransferaasi I siirtää ensimmäisen galaktoositähteen ksyloosiin, UDF-galaktosyylitransferaasi II siirtää toisen galaktoositähteen, ja sitoutuva tripeptidi muodostuu loppuun lisäämällä siihen glukuronihappotähdettä. Tätä reaktiota katalysoi UDP-glukuronyylitransferaasi I. Polysakkaridiketjun lisäsynteesi suoritetaan lisäämällä peräkkäin N-asetyyligalaktoosamiinia (tai N-asetyyliglukosamiinia, galaktoosia) ja glukuronihappoa (tai iduronihappoa) (kuva 1.19).
Glykosaminoglykaaniketjujen modifikaatio on sulfaatio, ts. Sulfaatin lisääminen N-asetyylin C-4: een ja (tai) C-6: een
Kuva. 1.19.Kondroitiinisulfaatin synteesi osana proteoglykaania. entsyymit: 1 - UDP-ksylosyylitransferaasi; 2 - UDP-galaktosyylitransferaasi I; 3 - UDF-galaktosyylitransferaasi II; 4 - UDP-glukuronyylitransferaasi I; 5 - UDP-N-aseI; 6 - UDP-glukuronyylitransferaasi II; 7 - UDP-N-aseII; 8 - sulfotransferaasi.
Kuva. 1.20.N-asetyyligalaktoosamiinitähteen sulfaatioreaktio kondroitiinisulfaattiketjun synteesin aikana.
lactosamine. Sulfaatti siirretään vastaanottajamolekyyliin käyttämällä spesifisiä sulfotransferaaseja (kuva 1.20). Sulfaattiryhmän lahjoittaa 3 "-fosfadenosiini-5" -fosfosulfaatti (FAFS).
Aminosokeri ja heksuronihapot syntetisoidaan glukoosista. N-asetyyliglukosamiinin ja N-asetyyligalaktosamiinin suora esiaste on fruktoosi-6-fosfaatti. Glutamiini toimii NH2-ryhmän lähteenä sokereille. Saatu aminosokeri asetyloidaan sitten asetyyli-CoA: lla (kuva 1.21).
Kuva. 1.21.Glykosaminoglykaanien synteesi.
entsyymit: 1 - heksokinaasi; 2 - fosfoglukoisomeraasi; 3 - aminotransferaasi; 4 - asetyylitransferaasi; 5 - N-asetyyliglukosamiinifosfomutaasi; 6 - UDP-N-asetyyliglukosamiinipyrofosforylaasi; 7 - epimeraasi; 8 - UDP-glukosamiinipyrofosforylaasi; 9 - UDP-glukopyylifosforylaasi; 10 - UDF-glukoosidihydrogenaasi.
Epimerisaatioreaktioissa sen jälkeen, kun glukuronaatti on sisällytetty hiilihydraattiketjuun, L-iduronihappo muodostuu D-glukuronihaposta.
Somatotropiini ja retinoiinihappo vaikuttavat glykosaminoglykaanien synteesiin, jotka aktivoivat sulfaatin liittymisen molekyyleihin. Sitä vastoin hyaluronihapon ja sulfatoitujen glykosaminoglykaanien synteesi estää glukokortikoideja ja sukupuolihormoneja.
Proteoglykaanien hajoaminen
Proteoglykaanien hajoaminen on fysiologinen prosessi, joka muodostuu solunulkoisten ja solunsisäisten makromolekyylien säännöllisestä uusimisesta. Proteaasit ja glykosidaasit osallistuvat proteoglykaanien hajoamiseen. Aluksi ydin- ja sitovat proteiinit altistetaan vapaille radikaaleille ja solujenvälisessä matriisissa hydrolysoidaan matriisin metalloproteinaaseilla - kollagenaasilla, gelatiinaasilla, stromelysiinillä. Proteaasit hajottavat ydinproteiinin, ja glykosidaasit hydrolysoivat glykosaminoglykaanien ja oligosakkaridien ketjut. Kaikki proteoglykaanit, jotka sisältävät kondroitiinisulfaatin, dermataanisulfaatin, heparaanisulfaatin ja kerataanisulfaatin ketjuja, jaetaan alun perin fragmenteiksi. Sitten proteiiniglykaanifragmentit vangitaan räjähdyssoluilla ja ne hajoavat solun sisällä. Nämä fragmentit voidaan kuljettaa myös maksaan imusolujen ja veren mukana. Maksasoluissa tapahtuu niiden lisähydrolyysi, johon aspartyyli, seriini ja muut proteinaasit osallistuvat.
Glykosaminoglykaanien hajoaminen
Glykosaminoglykaanien metabolianopeus on korkea: monien niistä puoliintumisaika (T 1/2) on 3 - 10 päivää ja vain keratansulfaatin T 1/2 "120 vuorokautta. Ekso- ja endoglykosidaasit (hyaluronidaasi, (3-glukuronidaasi, (3-galaktosidaasi, (3-iduronidaasi)) ja sulfataasi osallistuvat polysakkaridiketjujen tuhoamiseen.
Endosytoosimekanismin välityksellä solunulkoisesta tilasta glykosaminoglykaanit saapuvat soluun, missä endosytoottiset vesikkelit sulautuvat lysosomeihin. Aktiiviset lysosomaaliset entsyymit tarjoavat glykosaminoglykaanien täydellisen asteittaisen hydrolyysin monomeereiksi. Vahingoittumattomien glykosaminoglykaanien pilkkoutuminen soluissa alkaa niiden hajoamisesta fragmenteiksi endohexosaminidaasien ja endoglukuronidaasin vaikutuksesta. Hydrolysointireaktioissa muodostuneet oligosakkaridit käyvät läpi peräkkäisiä eksoglykosidaasien ja sulfataasien vaikutuksia, jotka pilkkovat
monomeerit pelkistämättömästä päästä. Siten N-asetyyligalaktoosamiinitähteen sisältävien khydrolyysi pelkistämättömässä päässä aloittaa sulfataasin, jota seuraa β-N-asetyyligalaktoosaminidaasi ja sitten (3-glukuronidaasi. Tuloksena muodostuu epäorgaanisia sulfaatteja ja monosakkarideja (kuva 1.22).
Kuva. 1.22.Kondroitiinisulfaatin hajoaminen.
entsyymit: 1 - endoglykosidaasi ; 2 - sulfataasi; 3 - β - N-acetylgalactose
minidase; 4 - β - glukuronidaasi.
Hyaluronidaasi osallistuu hyaluronihapon hajoamiseen oligosakkarideiksi. Tuloksena olevien oligosakkaridien hydrolyysi suoritetaan p-N-asetyyliglukosaminidaasilla ja p-D-glukuronidaasilla.
Glykosaminoglykaanien solunulkoinen hajoaminen on ominaista vain heparaanisulfaatille, jonka pilkkoa heparanaasi, syntetisoidaan verihiutaleiden tai T-lymfosyyttien avulla.
mukopolysakkaridoosit
mukopolysakkaridoosit - vakavat perinnölliset sairaudet, jotka johtuvat glykosaminoglykaanien kataboliaan liittyvien hydrolaasien vikoista. Kudosten lysosomeissa, joille on ominaista suurimman määrän glykosaminoglykaanien synteesi, ei täysin tuhoutuneet glykosaminoglykaanit kerääntyvät ja niiden oligosakkaridifragmentit erittyvät virtsaan. Glykosaminoglykaanien hajoamiseen osallistuvien erilaisten entsyymien vioista johtuvia mukopolysakkaridiooseja on monen tyyppisiä.
Mukopolysakkaridoosit ilmenevät lasten henkisen kehityksen heikkenemisestä, sydän- ja verisuonijärjestelmän vaurioista, luurankojen muodonmuutoksista, jotka ilmenevät maxillofacial alueella, kovakudoksen hypoplasiasta, silmien sarveiskalvon hämärtymisestä ja elinajanodotteen laskusta (taulukko 1.3).
Tällä hetkellä näitä sairauksia ei voida hoitaa, joten jos epäillään viallisten geenien kuljetusta, synnytyksen diagnoosi on tarpeen. Näissä tapauksissa määritetään lysosomaalisten hydrolaasien aktiivisuus.
1.4. MITTÄ Kollageeniset proteiinit, joilla on erityisominaisuudet
Liima- ja tarttumisproteiinit
Solunvälisen matriisin proteiinit suorittavat erilaisia \u200b\u200btoimintoja. Joillakin heistä on kyky liimata solujen välisen aineen ja solujen komponentit, ja näitä proteiineja kutsutaan tarttuva. Toinen proteiiniryhmä sen sijaan estää solujen ja solunulkoisten komponenttien tarttumista, ja niitä kutsutaan anti-liima. Solujen vuorovaikutus solunulkoisen matriisin kanssa on monimutkainen prosessi, ja se ilmenee adheesion lisääntymisenä ja sen heikkenemisenä. Fibronektiini, vitronektiini, laminiini, nidogeeni (entaktiini) ja integriinit osallistuvat mesenkymaalisten ja epiteelisolujen tarttumiseen. Päinvastoin, tarttumisenestoproteiinit - tenastsiini, trombospondiini - pystyvät muuttamaan solujen muotoa ja irrottamaan ne osittain solunulkoisen matriisin komponenteista. Tämä proteiinien erottaminen liimaksi ja tarttumisenestoaineeksi on kuitenkin melko mielivaltaista.
Taulukko 1.3Sairaudet, jotka liittyvät heikentyneeseen glykosaminoglykaanimetaboliaan
fibronektiini - suurimolekyylipainoinen glykoproteiini, fibroblastien syntetisoima keskeinen solunulkoinen matriisiproteiini. Fibronektiinimolekyylin muoto voi vaihdella solunulkoisen matriisin ionivahvuudesta ja pH: sta pallomaisesta välituotteeseen. Fibronektiinimolekyylit ovat dimeerejä, jotka koostuvat kahdesta samanlaisesta polypeptidiketjuista, jotka on kytketty toisiinsa hydrofobisilla vuorovaikutuksilla, ja kahdesta disulfidisidoksesta. Alayksiköt jaetaan useisiin erilaisiin domeeneihin, jotka kykenevät sitoutumaan solureseptoreihin integriinien, samoin kuin kollageenin, fibriinin ja proteoglykaanien kautta. Silloittamalla disulfidisiltojen läpi fibronektiinimolekyylit muodostavat fibrillaarisia rakenteita (kuva 1.23).
Kuva. 1.23.Fibronektiinimolekyylin rakenne (JA).Fibronektiinimolekyylimalli (B)Numerot kuvaavat sitovia verkkotunnuksia: 1 - hepariini , 2 - solut , 3 - kollageeni , 4 - muut fibronektiinimolekyylit [mukaan Cooper G. M., 2000, muutettuna].
Fibronektiinimolekyylillä on transglutaminaasia sitova kohta. Transglutaminaasi katalysoi reaktiota, jossa yhden polypeptidiketjun glutamiinitähteet yhdistetään toisen proteiinimolekyylin lysiinitähteisiin. Tämä sallii fibronektiinimolekyylien silloitettujen kovalenttisten sidosten silloittumisen toistensa, kollageenin ja muiden proteiinien kanssa. Fibronektiini on mukana monissa soluprosesseissa, mukaan lukien kudosten korjaus, alkion kehitys, migraatio ja soluadheesio.
integriinit ovat heterodimeerisiä proteiineja, joilla on mol. paino 100 - 160 kDa, joka sijaitsee solujen plasmamembraanissa ja koostuu kahdesta ei-kovalenttisesti sitoutuneesta transmembraanisesta a- ja (3-alayksiköstä. Integriinien toimimiseksi tarvitaan kahdenarvoisia ioneja (Ca 2+ tai Mg 2+), koska Ca 2+ -kationin sitoutuminen mahdollistaa N-napaosat α- ja (3 alayksikköä yhdistyvät toisiinsa ja kiinnittyvät solunulkoiseen matriisiin. Ne kykenevät tunnistamaan RGD-peptidin matriisiproteiineissa ( arg-gli-asp).
Integriiniperhe sisältää 20 tyyppisiä reseptoreita, joilla on erilaiset spesifisyydet. Tämän monimuotoisuuden tarjoavat rakenteelliset erot. α- ja (3-ketjut. 9 a-ketjulajia ja 14 (3-alayksikköä) kuvataan. Jokaisella integriiniketjulla ylittää kalvon kerran. Molemmilla integriiniketjuilla on suuret solunulkoiset domeenit. Nämä domeenit tarjoavat solujen tarttumisen soluihin ja solunulkoisiin matriisikomponenteihin - kollageeniin, fibronektiini, vitronektiini, laminiini (kuva 1.24).
Transmembraanisen orientaation takia integriinit kuljettavat signaaleja solunulkoisesta matriisista sytoskeletoniin. Suurin osa integriineistä liittyy sytoplasmisen C-terminaalisiin alueisiin aktiinia sitovien soluproteiinien kanssa. Ligandin sitoutuessa sitoutuvien integriinien p-alayksiköt ovat vuorovaikutuksessa ns. Proteiinin kanssa
Kuva. 1.24.Integriinien vuorovaikutus sytoskeletonin ja solujenvälisen matriisin aktiiniproteiinien kanssa [Campbell N. A., Reece J. B., 2002, sellaisena kuin se on muutettuna].
kiinnittymismekanismien avulla - taliini ja a-aktiiniini, jotka puolestaan \u200b\u200bkäynnistävät muiden sideproteiinien kokoamisen. Siten tapahtuu integriinien sitoutuminen aktiinfilamentteihin. Integriinien kautta tapahtuvat aktiiniffilamentit voivat muuttaa erittyneiden fibronektiinimolekyylien orientaatiota solunulkoisessa matriisissa. Samaan aikaan solunulkoinen matriisi voi vaikuttaa sytoskeleton organisoitumiseen kohdesoluissa, mikä varmistaa kaksisuuntaisen signaalin siirron. Integriinien sitoutuminen ligandiin ja solujen konvergenssi ovat välttämättömiä pohjakalvon rekonstruoimiseksi.
Integriinien vuorovaikutus solunulkoisten matriisiproteiinien kanssa inhiboi joissakin tapauksissa apoptoosia. Joidenkin integriinien (rintasyövän, eturauhasen, paksusuolen syövän) tai niiden ylimäärän (melanooman, suuontelon okaskellukarsinooman, nenänielun, kurkunpään) menetykseen liittyy kasvaimen suuri pahanlaatuisuus.
Siksi tieto siitä, että integriinit kulkevat solunulkoisesta matriisista soluun, joissain tapauksissa stimuloi kasvainsolujen tarttumista ja muuttoliikettä, toisissa se johtaa niiden kuolemaan. Toisin sanoen integriineillä on eräänlainen "kytkimen" rooli, joka määrää kasvainsolun kohtalon.
laminiineja - liima-glykoproteiiniperheen edustajat c mol. paino 850 kDa. Laminiinimolekyyli on suuri joustava kompleksi, joka koostuu pitkistä α-, p1-, p2-polypeptidiketjut, jotka on liitetty epäsymmetrisen ristin muodossa ja joita disulfidisidokset pitävät yhdessä. Jokainen ketju sisältää useita funktionaalisia domeeneja, jotka kykenevät sitoutumaan tyypin IV kollageeniin, heparaanisulfaattiin, entaktiiniin (nidogeeni) ja solun pintareseptoreihin. Lamiinit tarttuvat epiteelisolut pohjakalvon kanssa (kuva 1.25).
Morfogeneesin varhaisvaiheissa pohjakalvo koostuu pääasiassa laminiiniverkosta eikä sisällä tyypin IV kollageenia (tai sisältää vähän).
Pohjakalvon membraanit ovat laminoineja kompleksoituneena nidogeeniproteiinin kanssa, jonka C-terminaalinen domeeni yhdistää (3-2-aminiiniketjuun) .Nidogeenin N-terminaalisella alueella on kaksi globaalia domeenia, joista toinen sitoutuu tyypin IV kollageeniin ja peroglaaniproteoglykaanin ydinproteiiniin. Siksi lamiini yhdessä nidogeenin kanssa tarjoaa pohjakalvon komponenttien rakenteellisen organisoinnin.
Kuva. 1.25.Laminatiinin rakenne [Cooper G. M., 2000, sellaisena kuin se on muutettuna].
Lamiinit aikaansaavat epiteelisolujen kulkeutumisen ja osallistuvat siten odontogeneesiin, periodontaalisten kudosten sitoutumiseen hampaan juuren sementtiin ja epiteelikalvon rakentamiseen massakudoksen pintaan massan polypin muodostumisen aikana.
vitronektiini - glykoproteiini, joka sisältyy veriplasmaan ja solunulkoiseen matriisiin. Vitronektiini on vuorovaikutuksessa glykosaminoglykaanien, kollageenin, plasminogeenin ja urokinaasireseptorin kanssa. Stabiloimalla plasminogeeni 1 -aktivaation estäjän (proteinaasi) estävä konformaatio, se säätelee matriisin hajoamista. Sitoutumalla vitronektiiniin komplementtiin, hepariini- ja trombiini-antitrombiini III -komplekseihin, se osallistuu immuunivasteeseen ja veren hyytymisen säätelyyn. Aminohapposekvenssi RGD on läsnä, mikä varmistaa sen vuorovaikutuksen α V β 3-integriinireseptori ja osallistuminen solujen kiinnittymiseen, leviämiseen ja liikkeeseen.
tenaskiinia ja trombospondiinista - glykoproteiinit, joilla on sekä tarttuvia että tarttuvuutta estäviä ominaisuuksia. Tenassiinillä ja trombospondiinilla on merkitys alkion ja morfogeneesissä. Nämä proteiinit tarjoavat muutoksen solumuodossa olosuhteissa in vitromikä puolestaan \u200b\u200bjohtaa muutoksiin solukäyttäytymisessä kulttuurissa. Ne myötävaikuttavat aktiini-sytoskeleton uudelleenorganisointiin muuttamalla liimakontakteja proteiinitekijöillä, jotka varmistavat solujen liikkuvuuden. Tenassiini ja trombospondiini muodostavat komplekseja proteoglykaanien kanssa, ja kun tenastsiini sitoutuu kondroitiinisulfaattiin, proteoglykaanien tarttuvuusominaisuudet muuttuvat.
tenaskiinia - oligomeerinen glykoproteiini mol. painavat yli 100 kDa. Tämän proteiinin molekyylillä on mosaiikkirakenne ja aminohapposekvenssi on samanlainen kuin epidermaalinen kasvutekijä. Tenasiini sisältää kalsiumia sitovia domeeneja.
trombospondiinista - glykoproteiini, jolla on anti-adhesiiviset ominaisuudet endoteelisoluissa ja fibroblasteissa, koska (3-transformoivat ja verihiutalekasvutekijät heikentävät matriisimolekyylien sitoutumista toisiinsa.
Trombospondiinilla on myös tarttuvia ominaisuuksia vuorovaikutuksessa integriinien, glykoproteiinien, heparaansulfaatin ja molekyylien kanssa.
glykolipidejä. N- ja C-terminaalisten alueiden sisältämät globaalit domeenit edistävät kalsiumin sitoutumista hepariiniin, minkä jälkeen trombospondiini on vuorovaikutuksessa kollageenin, fibronektiinin, fibrinogeenin, laminiinin ja plasminogeenin kanssa.
Liimaproteiinien lisäksi, jotka osallistuvat solujen välisen matriisin supramolekulaaristen kompleksien organisointiin, kudoksissa on kasvutekijöihin liittyviä glykoproteiineja.
Kasvutekijät
Kasvutekijät ovat yleensä pieniä polypeptidejä, jotka stimuloivat tai estävät tiettyjen solutyyppien lisääntymistä. Yksi solu erittää ne yleensä ja toimii toisissa soluissa, vaikka joskus tapahtuu, että ne toimivat samoissa soluissa, jotka erittävät ne. Kasvutekijät sitoutuvat niiden spesifisiin reseptoreihin, jotka sijaitsevat kohdesolujensa solukalvojen pinnalla. Useimmat kasvutekijät aktivoivat tyrosiiniproteiinikinaaseja soluissa ja vain TGF- (3 aktivoi treoniiniproteiinikinaasit.
Kasvutekijän muuttaminen (TFR-(3) - glykoproteiiniperhe, joka sisältää 6 erilaista proteiinia. Ne ovat dimeerejä, jotka koostuvat kahdesta identtisestä alayksiköstä. TGF- (3) -proteiinit syntetisoidaan esiasteiden muodossa, ne erittyvät inaktiivisessa muodossa ja aktivoidaan rajoitetulla proteolyysillä.
Blastisolujen solukalvolla havaittiin kolmen tyyppisiä TGF-reseptoreita. Kolmannen tyyppiset reseptorit ovat pintaproteoglykaaneja ja tarjoavat pääsyn TGF- (3: een ensimmäisen ja toisen tyypin reseptoreihin, jotka TGF- (3: een) sitoutumisen jälkeen muodostavat heterodimeerin proteiinikinaasiaktiivisuudella. Reseptoreiden sytoplasmisen domeenin autofosforylaatio tapahtuu seriini- ja treoniinijäännöksissä. Sitten fosforylaatio tapahtuu. osallisena signaalin siirtämisessä ytimeen, jossa transkriptiogeeni aktivoituu, tämän mekanismin kautta aktivoidaan solunulkoisten matriisiproteiinien, esimerkiksi tyypin I kollageenin ja metalloproteinaasien, synteesi.
Lisäksi TGF- (3 toimii kemotaksisitekijänä monosyyteille ja fibroblasteille. Se estää T- ja B-lymfosyyttien ja endoteelisolujen proliferaatiota ja toimintaa. Monimutkaisten sytokiinien verkon joukossa, jotka vaikuttavat odontoblastien toimintaan dentiinin uudistamisen aikana, TGF: issä on tärkeä rooli - (3, mikä
se toimii voimakkaana immunosuppressanttina ja solunulkoisten matriisiproteiinien synteesin indusoijana. TFR- β tukee homeostaasia dentin-sellukompleksissa tulehduksella.
Luun morfogeneettinen proteiini (MBK) -happo glyfosfoproteiini, runsaasti seriiniä ja glysiiniä, joka sisältää kolme disulfidisidosta. Disulfidisidosten vähentyminen aiheuttaa MBC: n inaktivoitumisen. Hampaan massassa se erittyy vasteena ulkoisiin ärsykkeisiin odontoblastien avulla korvaavan dentiinin muodostamiseksi. MBK on erittäin aktiivinen luukudoksessa ja aiheuttaa kantasolujen erilaistumisen osteogeenisiksi.
Endoteelin kasvutekijä (EED) -glykoproteiini, joka sitoutuu vain verisuonten endoteelisoluihin ja stimuloi niiden lisääntymistä.
Lisäksi EED voi aktivoida tietyn proteiinin, mukaan lukien kinaasikompleksin. Muodostuneet fosforyloidut proteiinit aiheuttavat solujen siirtymisen, joten kun hampaan, luukudoksen, limakalvon, periodontiumin ja muiden suuontelon kudosten massa vaurioituu EDF: n vaikutuksesta, solut liikkuvat nopeasti, kasvavat ja erilaistuvat alkalisen fosfataasin aktivoitumisen myötä.
EDF aiheuttaa verisuonten laajenemisen, mikä on tärkeä edellytys kudosten verenvirtauksen ylläpitämiselle tulehduksen aikana. Se lisää myös IL-1: n, tuumorinekroositekijän (TNF), synteesiä, jotka vaikuttavat merkittävästi verisuonten laajenemiseen patologisissa prosesseissa. Endoteelisten kasvutekijöiden prosessien heikentyneeseen säätelyyn liittyy osmoottisen paineen lisääntyminen, kipu ja kudoksen peruuttamattomat muutokset.
Insuliinin kaltainen kasvutekijä (IGF)sillä on autokriininen ja parakriininen vaikutus. Oletetaan osallistuvan solujen nopeaan kasvuun, niiden erilaistumiseen ja kovien hammaskudosten mineralisaatioon.
Fibroblast-kasvutekijä (FRF) -rakenteellisesti kytkettyjen polypeptidien perhe, jota edustaa yhdeksän proteiinia. Kuten RFF: n eri muotojen massa on välillä 168 - 250 kDa. Jopa 50% fibroblastikasvutekijämolekyylin aminohapposekvenssistä vastaa endoteelisen kasvutekijän rakennetta. Molemmilla näillä peptideillä on myös samanlainen affiniteetti hepariiniin ja ne aiheuttavat verisuonten laajenemista. Fibroblastikasvutekijä on mukana fibroblastien kasvussa ja erilaistumisessa muodostuessaan kuitukapseli tulehduksen keskipisteen ympärille.
Hermon kasvukerroin (FRN) -proteiiniperhe, joka stimuloi hermokudoksen solujen kasvua. Lähes kaikki ihmisen solut syntetisoivat tämän tekijän. Hermokasvutekijä on mukana vaurioituneen alueen nopeassa palauttamisessa johtuen vaurioituneen hermon rungon tai lähellä olevien ehjien hermokuitujen aksonien kasvusta. Siten NGF: llä voi olla tärkeä rooli hermosolujen vasteessa vaurioille. NGF: n vapautuminen suuonteloon syljen kanssa stimuloi limakalvon vaurioituneiden osien paranemista.
Maksasolujen kasvutekijä (Saksa)stimuloi eri kudosten solujen lisääntymistä. Ehkä sen osallistuminen solujen aggregaatioon kudosvaurioiden samoin kuin hammaskudosten morfogeneesissä.
Epidermaalinen kasvutekijä (EGF) -proteiini mol. massa 70 kDa. Erottaa α - ja EGF: n p-muodot. Sillä on vaikutusta ektodermisoluihin: ihon keratinosyyteihin, suun limakalvon epiteelisoluihin, ruokatorveen, nieluun, samoin kuin mesodermiin: kondroosyytteihin, verisuonten endoteeliin. Epidermaalinen kasvutekijä stimuloi odontoblastien erilaistumista ja lisää niiden DNA-synteesiä hammaskudosten kypsymishetkellä. Iän myötä EGF estää odontoblastien jakautumista, vähentää tyypin I kollageenin synteesiä ja vähentää alkalisen fosfataasin aktiivisuutta. Steroidihormonit, tyroksiini ja progesteroni vaikuttavat EGF: n tuotantoon.
Verihiutaleiden kasvukerroin (PSF)vaikuttaa moniin soluihin. Se indusoi alkalisen fosfataasin ja proteoglykaanien synteesiä hampaiden massan ja luukudoksen odontoblastisissa soluissa.
1.5. Solujenvälisen matriisin proteiinien katabolismi
Kudoksen uusinta liittyy solujen erilaistumiseen ja migraatioon. Solu, joka on tullut erilaistumispolulle, kuolee väistämättä. Syntyvä uusi solu alkaa syntetisoida omia uusia proteiineja, joista osa tulee matriisiin.
Soluproteiinien ja solujenvälisen matriisin katabolismissa päärooli annetaan matriisin metalloproteinaaseille (MMP: t, matriisit). Fysiologisissa olosuhteissa MMP: t ovat keskeisessä asemassa morfogeneesin, uudelleenmuodostumisen ja kudosten resorptioprosesseissa. Matriisit osoittavat niiden vaikutuksen solujenvälisessä matriisissa. Näiden entsyymien aktiivinen keskus sisältää kalsiumia tai sinkkiä, joten niitä kutsutaan Ca2 + -riippuvaisiksi sinkkimatriisin metalloproteinaaseiksi. Enemmän tunnettuja
20 erilaista metalloproteinaasia, jotka eroavat substraattispesifisyydestä ja muista ominaisuuksista. IMF: n rakenteellisen organisaation ja substraattispesifisyyden perusteella voidaan erottaa neljä pääperhettä:
kollagenaasit -laukaisee tyypin I, II ja III kollageenien kierteisen alueen hydrolyysin;
gelatiinaasit -hydrolysoida tyypin IV kollageenin pohjakalvot;
stromelysiinit -hajottaa proteoglykaanien ydinproteiinit ja joukon tarttuvia matriisiproteiineja;
metalloelastase - hajottaa elastiinin.
MMP-1: een ja MMP-13: een liittyvät kollagenaasit osallistuvat natiivin kollageenin hajoamiseen, jonka puoliintumisaika mitataan viikkoina tai kuukausina. Kollagenaasit leikkaavat kaikki kolme peptidiä α - natiivin kollageenin molekyylin ketjut kierteellisellä alueella, noin 1/4 etäisyydestä C-päästä glysiinin ja leusiinin (tai isoleusiinin) tähteiden välillä. Tuloksena olevat kollageenifragmentit liukenevat veteen ja denaturoituvat, minkä jälkeen niiden peptidisidokset tulevat saataville hydrolyysiksi muilla peptidaaseilla.
Pohjakalvojen kollageenin hydrolyysi tapahtuu gelatiinaasien (MMP-2, MMP-9) mukana. Ns. Fibronektiinidomeeni, joka on läsnä entsyymin N-terminaalisen alueen rakenteessa, osallistuu gelatiinien ja kollageenien sitoutumiseen gelatinoaseihin.
Kaksi muuta entsyymiä, stromelysiini -1 (MMP-3) ja stromelysiini-2 (MMP-10), hajottavat proteoglykaanien ydinproteiineja ja joukon solujen välisen matriisin tarttuvia proteiineja (taulukko 1.4).
Matriisin metalloproteinaasien aktiivisuus kasvaa solujen välisen matriisin tuhoamisen yhteydessä, jota havaitaan monissa sairauksissa - parodontiitissa, pulpitisessa, kroonisissa haavaumissa, tuumorien tunkeutumisessa ja etäpesäkkeissä jne.
Matriisimetalloproteinaasien aktiivisuuden säätely
Matriisimetalloproteinaasien aktiivisuutta tarkkaillaan jatkuvasti.
Ensinnäkinne syntetisoidaan esiproentsyymeinä. Signaalipeptidi aikaansaa molekyylin suunnatun erityksen ja sen pilkkoutumisen jälkeen muodostuu proentsyymi. Proentsyymi sisältää aminohapposekvenssin, jossa kysteiinitähde sitoo aktiivisessa paikassa sijaitsevaa Zn2 + -molekyyliä. Myöhemmin, polypeptidin pilkkomisen jälkeen, MMP: n muodostettu aktiivinen muoto sisältää kaksi päädomeenia. N-terminaalinen domeeni sisältää sinkkisidottuja
MMP-tyyppi | Entsyymi | Kuten paino, kDa | Halkeamiskelpoiset komponentit |
MMP-1 | Muodollinen kollagenaasi | Kollageeni I, II, III, VII, VIII, X tyypit, gelatiini, proteoglykaanit |
|
MMP-2: | Gelatiinaasi A | Gelatiini, kollageeni IV, V, VII, X, XI tyypit, fibronektiini, elastiini, proteoglykaanit |
|
MMP-9 | Gelatiinaasi B | Gelatiini, kollageeni IV, V-tyypit, elastiini, proteoglykaanit |
|
MMP-3: | Stromelysiini-1 | Elastiini, proteoglykaanit, lamiini, fibronektiini, tyypin IV, VII, IX kollageeni, pro MMP-1 |
|
MMP-7 | matrilysiini | Proteoglykaanit, laminaatti, gelatiini, fibronektiini, tyypin IV kollageeni, proMMP-1, -7, -8, -9 |
|
MMP-12 | Meta l lo -elastaasi | elastiinin |
|
MMP-13: | Virallinen kollagenaasi-3 | Kollageeni I, II, III tyypit, gelatiini |
|
MMP-14 | Kalvotyyppi MMP | Kollageeni I, II, III tyypit, proMMP- 2, -13 (kalvotyyppi) |
sitoutumiskohta, jossa Zn2 + sitoutuu kolmeen histidiinitähteeseen ja jolla on katalyyttinen aktiivisuus. Sinkin lisäksi glutamiinihappotähde osallistuu katalyysiin. C-terminaalinen domeeni on vastuussa sitoutumisesta substraateihin ja MMP-estäjiin. N- ja C-terminaalisten domeenien välissä on pieni sitoutumisdomeeni, joka tarjoaa substraattispesifisyyden (kuva 1.26, A).
Erilaiset proteinaasit osallistuvat signaalipeptidin pilkkoutumiseen. Siksi trypsiinin kaltainen proteiiniplasmiini, proMMP-2-membraanimetalloproteinaasi, proMMP-9-gelatiinaasi A. osallistuvat proMMP-1: n ja proMMP-3: n aktivointireaktioihin. Entsyymin aktivoituminen tapahtuu siten kaskadin muodossa ja monet proentsyymit ovat samanaikaisesti mukana tässä prosessissa ja taas muodostui aktiivisia entsyymejä (kuva 1.26, B).
Kuva. 1.26.ProMMP-1: n rakenne: JA -entsyymiaktivaatio tapahtuu, kun signaalipropeptidi pilkotaan; B -erilaiset proteaasit osallistuvat proMMP: n rajoitettuun proteolyysiin.
toiseksi, entsyymiaktiivisuus riippuu heidän geeniensä ilmentymisen tasosta. Useimmat MMP: t liittyvät ”indusoituviin” entsyymeihin, joiden synteesiä transkription tasolla säätelee useita
tekijät: sytokiinit ja muut solun pinnalle vaikuttavat tekijät (estrogeeni, progesteroni jne.). MMP-promoottorit sisältävät yhteisiä elementtejä, jotka vastaavat geeniekspression säätelystä.
Kolmanneksifysiologisissa olosuhteissa kudoksiin sisältyy pieni määrä MMP: tä ja niiden aktiivisuus riippuu aktivaattoreiden ja estäjien läsnäolosta ympäristössä. MMP-aktiivisuutta säätelevät spesifiset proteiinit - metalloproteinaasien kudoksen estäjät (TIMP). Tällä hetkellä neljä erilaista ihmisen kudoksesta eristettyä TIMP-tyyppiä on tutkittu hyvin: TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3, TIMP-4. TIMP: t kykenevät sitoutumaan sekä aktiivisiin että inaktiivisiin MMP-muotoihin. Nämä proteiinit eroavat spesifisestä vaikutuksestaan \u200b\u200bmetalloproteinaaseihin. Joten, TIMP-1 estää merkittävästi MMP-9: ää, kun taas TIMP-2 estää MMP-2: n aktiivisuutta. TIMP: t inaktivoidaan hydrolyysillä osallistumalla erilaisiin proteinaaseihin - trypsiiniin, kymotrypsiiniin, stromelysiini-3: een ja neutrofiilielastaasiin.