Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Перешедший в биохимию термин «плавление» стал применяться в случаях, когда потеря высокоорганизованной структуры происходит в узких температурных пределах. Спираль тропоколлагена характеризуется высокой степенью упорядоченности по длине. Дискретность структурного перехода при повышении температуры указывае~ на то, что стабилизация тройной спирали обусловлена кооперативными взии.модействиялчи. Другими словами, спирализация обусловлена образованием множества усиди- вающих друг друга связеи, каждая иэ которых сама по себе относительно слаба. Образование каждой из зтих стабилизирующих связей в большой степени зависит от того, образуются ли одновременно и сосед- Таблица 9.2.
Зависимость термосгабильности колла~с- на ог содержания иминокислот ние связи. Примером такой кооперативной структуры может служить застежка-молния, В последующих главах мы рассмотрим ряд других высококооперативных макромолекулярных структур: ДНК, вирусы, клеточные мембраны. Температура, при которой спирализованность структуры утрачивается наполовину, называется температурой плавления (Ти,). Тал тропоколлагена слу:кит критерием стабильности его тройной спирали. Для интактных коллагеновых фибрилл сопоставимым показателем является температура сжатия Т.и. Коллагены различных видов организмов различаются по температуре плавления.
Оказалось, что Тлл и Тси колла- генов связаны с температурой тела животного (табл. 9.2). Самой низкой Ти, характеризуются коллагены корюшки, тогда как у теплокровных Тал достигает наиболее высоких значений. Различия в термостабнльности коррелируют с содержанием иминокислот (пролина и гидрокснпролина) в коллагене. Чвм выше еодержиниг имино- Рис.
9.11. Кривая плавления молекулы коллагена. 9. Белки соедииительиои ткани кислое, еем стабильнее каллагеиавая спирагь. Солержание иминокислот в коллагене увеличивалось в процессе эволюции от холоднокровных к теплокровным. Итак, стабильность спирали отдельной цепи тропоколлагена зависит от пролина и гидроксинролина, действующих в качестве замков. Далее тройная спираль стабилизируется поперечными водородными связями и вандерваальсовыми взаимодействиями между остатками на разных цепях. Наличие глицина в каждом третьем положении последовательности аминокислот служит стерическим разрешением для существования суперспирали.
Определение температуры плавления химически синтезированных полипептидных моделей коллагсна пролило свет на биологическое значение процесса гидрокснлирования пролина. Так, обнаружилось, что Ть, ро!у(Рго-Рго-О!у) составляет 24"С, гоь да как Тьь ро1у(Рго-Нур-О(у) равна 58"С; отсюда следует, что гидраксилираванис значительна увели»ивисе стабильность тройной сварили. Этот вывод подтверждается результатами изучения не~идрокснлированного коллагена, полученного путем инкубации клеток сухожилия с оа'-бипирндилом - соединением, образующим хелатное соединение с железом н потому ннгибирующим пролилгидроксилазу.
Синтезированный этими клетками негндроксилированный коллаген не образует тройной спирали при 37"С, но быстро спнрализуется при температуре ниже 24" С. 9.8. Нарушение гидроксилнровання — один из биохимических дефектов прн цинге Значение гидроксилирования коллагена со всей очевидностью выступает при цинге. Жак Картье (3. Сагйег) в 1536 г. очень живо описал эту болезнь, поразившую его спутников во время путешествия по реке Св. Лаврентия: «Одни лишились всех своих сил и не могли стоять на ногах... У других к тому же появились на коже багровые пятна крови, которые постепенно покрывали голени, колени, бедра, ягодицы, плечи, руки, шею. Изо рта стал идти зловонный запах, десны так загнили, что отпало все мясо до корней зубов, а сами зубы почти все выпали», Часть 1 186 Конформация и динамика Способы предупреждения цинги были в сжатой форме сформулированы ан~лнйским врачом Джеймсом Линдом (1.
(лпг(), который писал в 1753 гл «Не раз уже убеждалнсь в том, ч го зелень, свежие овощи н спелые фрукты — не только .зучшее лекарство, но и самое лейственное средство для предупреждения этой болезни». Линд настаивал, чтобы в рацион моряков входил лимонный сок. Британское Адмиралтейство прислушалось к его сове гу примерно через 40 лет. Цинга обусловлена недостаточностью аскорбиновой кислоты (витамина С) в пище. Приматы и морские свинки утратили способность синтезировать аскорбиновую кислоту и поэтому должны получать ее с пищей.
Являясь сильным восстановительным агентом. аскорбиновая кислота (рис. 9Л2) предохраняет от ннактивации пролилгидроксилазу, вилнмо, по!перживая восстановленное состояние атома железа ОН О О С вЂ” СН2ОН вЂ” Н НО ОН яевеквиниввв киеяитв ОН О. О" С-СН ОН вЂ” Н НО О яеквревг-иеи ОН О О Двгиякавеквяби«вввв киев»та Рис. 9Д2. Формулы аскорбиновой кислоты (витамина С) и ее ионизированной формы — аскорбатиона. рК, кислотных гидрокснльных групп аскорбиновой кислоты равно 4,2.
Дегндроаскорбиновая кислота является окисленной формой аскорбат-иона. к.концевые лвлгиды С.концевые лолтиды (соодинвнные дисульфидными мостиками) Прололлвгвн тролололллглн Рнс. 9.13. Схематическое изображение превращения проколлагена в коллаген путем отщепления Х-концевого пептида (около 15 кДа) и С-концевого пептила (около 30 кДа) от каждой из трех цепей. В проколлагене С- концевые пептиды трех цепей связаны между собой дисульфидпыми мостиками. в ферменте. Коллаген, синтезируемый в отсутствие аскорбиновой кисло.сы, оказывается нелогилрокснлированным н, следовательно, имеет пониженную температуру плавления. Такой коллаген не может образовать нормальные по структуре волокна, что и приводит к поражению кожи н ломкости сосудов, столь четко выраженных прн пинте.
9.9. Проколлаген предшественник коллаге на прн его бнасннтезе Тройная спираль коллагена типа 1 сп я)уо формируется очень быстро. Однако !и я!!го процесс образования тройной спирали из рве~варенных цепей и! (1) и з2 длится днями и к тому же имеет низкий выход. Чем же объясняется это различие в сборке тропоколлагеновой спирали щ янко и !и я!!го? Вспомним для сравнения, как восстанавливается структура денатурированного хнматрипсиногена и химозрипснна: денатурированный профермент спонтанно принимаес правильную трехмерную конфигурацию, тогда как фермент к этому не способен.
Де- ло в том, что в химотрипсине отсутствует часть структуры, необходимой для возникновения правильной трехмерной конфигурации, а именно два дипептида, которые отщепляются в процессе активации. По аналогии можно предположить, что неспособность очищенных цепей и! (1) н з2 к спонтанному образованию правильной тропоколлагеновой структуры обусловлена отсутствием каких-то элементов, несущих необхолимую информацию.
Так оно н есть на самом леле, Составляющие каллаген цели синтезируются в виде лрвдшггтвюсников большей массы. Предшественник и! (1)-пепи, называемый проня! (Ц. имеет массу !40 кДа (тогла как масса а! (1)-цепи — 95 кДа). Дополнительные пептиды локализуются как на )ь)-, так и на С-конце ссра-и! (1)-цепи (рнс. 9.13), Подобным же образом предшественником п2-цепи служит нро-п2 с массой !40 кДа. По амннокнслатнаму составу лополннсельные пептндные участки в пронх1 (1) и про-п2 соверщенно не похожи на основную часть цепи. В ннх мало глицнна, пролива и гидроксипролина. Х-концевые пептиды в про-а! (1) и про-а2 содержат внутрицепочечные днсульфндные связи.
Более гого, С-концгвыв лглтиды этих цепей-предшественников связаны мезюссеноыеыными дисулыбидными гвязя.ии, отсутствующими в коллигюсе, 9. Белки соединительной ткани 187 Ф Ф в о с о с расстояние ст старта Электрофоретическое разделение экстракта кожи в полиакриламшгном геле. В кислых экстрактах кожи больных с синдромом Элерса-Данлоса типа Ч11 (А) присутствует значительное количество проколлагена (про«х1 и про-а2).
В норме (Б) проколлаген отсутствует. [Ь|с)тгепзге!и 1.й., Маггш О.К., КоЬп 1..Т)., Вуегз Р.Н., МсКпв)с)г У.А., Яс!енсе, 182, 299 (!973).] Рис. 9.14. 9ЛО. Дополнительные пептиды цепей-прелшественников отщепляются фермеитативно Цепи про«х! (1) н про-п2 синтезируются фибробластамн и секретируются в межклеточное пространство соединительной ткани. Здесь дополнительные пептиды, стоящие на Х- и С-концах этих цепей-предшественников, отщепляются специфическими протеолнтическими ферментами — проколлаген-пепптидизами. Нарушение превращения цепей-предше- Часть 1 188 Конформации и динамика ственников в и! - и п2-цепи приволит к генерализованному поврежлению соединительной ткани, Так, например, больные с синдромом Элерси Двнлосп отличаются малым ростом, повышенной растяжимостью кожи и избыточной гибкостью суставов. При одной иэ форм этого заболевания в экстрактах кожи и сухожилий больных обнаруживается значительное количество проколлагенов (рис.
9.14). Одновременно в фибробластах выявляется снижение проколлаген-пептидазной активности. Известно также наследственное (наследуемое по рецессивному типу) заболевание крупного рогатого скота — дер.мапюспираксис, ко~орое обусловлено отсутствием проколлаген-пептидазы. Кожа животных в этом случае становится крайне хрупкой, так как нити колла- гена находятся в ней в виде дезорганизованных пучков. Прн этом значительная час~ь имеющегося зрелого коллагена типа ! солержит а! (1)- и п2-цепи с сохранившимися Х-концевыми пептидами проколлагена, Все изложенное показывает, что отщеплсние Х-концевых пептидов необходимо для формирования упорядоченных коллагсновых фибрилл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
