Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 53
Текст из файла (страница 53)
9,11. Коллагеиовве волокно состоит из ступенчато расположенных молекул гропоколлагеиа Образование коллагенового волокна происходит во внеклеточиом пространстве в результате спонтанного, специфического соединения между собой тропоколлагеновых фибрилл. Структура коллагенового волокна была изучена методами рентгеиоструктурного анализа и электронной микроскопии. Коллагеновое волокно имеет поперечную исчерченность с интервалом 680 А (см. рис. 9.!). В то же время ллина молекулы тропоколлагена составляет 3000 А.
Таким образом, период структуры волокна в несколько раз меньше, чем длина составляющих волокно молекул; это показывает, что ряды молекул тропоколлагена не мокнут лежать точно друг над другом. И в самом деле, один ряд тропоколлагенов смещен по отношению к соседнему ряду примерно на !!4 длины молекулы. Отсюда следует, что основу структурной организачии коллагенового волокна сосшавлянттп сдвннугпые на четверть сшупенчатпо расположенные параллельные ряды птропсколлагеновых.молекул (рис.
9.15). Такая «аранжировка» напоминает музыкальную фугу (рис. 9.!6), Любопытная структурная особенность Мове«у«а Промежуток мв«ду МЙ ~И 4 ~И~И~ ° еегя~уИ~Име«в -« ~мфИ~И~ 400 А 3000 А Рнс. 915. «г« Г в ~М( ! Рнс. 9,16. Схематическое изображение структурной организации коллагенового волокна. Молекулы тропоколлагена (показаны синими стрелками) расположены рядами, последовательно смещенными на 174 одна по отношению к другой. Промежутки в рядах между молекулами тропоколлагена (показаны красными квадратами) могут служить центрами кальцифнкации при формированив кости, волокна состоит в том, что расположенные в ряд молекулы гропоколлагена не связаны «копен в конец».
Между концом одной молекулы и началом следующей имеется промежуток около 400 А (рис. 9.! 5).. Этот промежуток играет особую раль при фор.иироваиии когти. Кость состои г из органической фазы, почти целиком представленной коллагеном, и реоргаиической, а именно фосфата кальция. Последний по своему строению близок к гидроксиапатиту с составом Са,п(РО ) (ОН],. Коллаген необходим для образования кости как место отложения кристаллов фосфата кальция. Оказалось, что первые кристаллы откладываются с интервалом порядка 680 А, что совпалает с периодом коллагенового волокна.
Вполне вероятно, что промежутки вдоль ряда молекул тропоколлагена„выполняют роль центров отлоэкения минеральных сосгавных частей кости. 9.12. Образование коллагенового волокна регулируется проколлаген-пептидазамн Молекулы проколлагена в отличие от тропаколлагена не способны к спонтанному образованию волокна: для этого необходимо предварительное отшепление гч- н С- концевых пептидов.
Таким образом, форми- рование кол,гогеновых волокон инилогично формированию нитей фибрина. Проколлаген аналогичен фибриногену, тропоколлаген— мономерам фибрина, а проколлаген-пептидазы тромбину. В обеих системах условием образования волокна является специфическое протеолитическое расщепление. Фнбробласты секретируют проколлаген, но не тропоколлаген (рис. 9.17). Механизмы биосинтеза и секреции аналогичны тем, которые действуют в случае проферментов поджелудочной железы (разд.
8.1) и других секреторных белков (разд. 29.29). Коллагеновое волокно формируется во внеклеточной жидкости вблизи поверхности фибробласта, но не внутри него, поскольку проколлаген-пептидазы находятся вне клетки. Концевые пептиды в цепях-предшественникахх препягствуют несвоевременному формированию волокна, Возможно также, что они участвуют в переносе проколлагена через мембрану фнбробласта. На более раннем внутриклеточном этапе эти лополни- Пассаж из фуги О-мажор, «Хорошо темперированный клавир» И.С.
Баха. (Еггс)гвоп В., Т)ге Ыгнсгнге ог шцхгс: а 1ацепег'в 8цгг(е, Хоопг)ау Ргевв, 1955, р. 130.) 9. Белки соеднннтельной ткани 189 фибробнаст Зрелое «оввагвкозов эококко образование ( 7) поперечных снизок птчкк трококоввзгевз У врокеввзгвнз ,б) Гидрониэ ввпгидньи евязвя Рис.
9.17. Этапы формирования зрелого коллагенового волокна. тельные пептилы способс э вуют взаимной ориентации и соединению трех цепей для последующего образования тройной спирали. Особое значение при этом имеют межцецочечныс днсульфндныс связи. 9.13. Поперечные связи повышают прочность коллагенового волокна Коллаген, подобно фибрину, стабилизирован коваленщыми поперечными связями. Коллагеновым волокнам свойственно два типа поперечных связей; внутримолекулярные (в пределах одной тропоколлагеновой единицы) и межмолекулярные (между отдельными тропоколлагеновыми единицами). Рассматриваемые связи встречаэотся только в двух близких белках -кодлагене и эластине.
В оорвзовании внутрнмолвкулврнык нонврсчвых связей в коллагвне участвуют боковые цвнц лизина. На первом этапе происходит превращение с-аминоконца лизина в альдегил под лействием фермента лизилоксидазы. Далее лва альдсгида вступают в реакцию альдольной конденсации (рис. 9.18). При этой реакции енолаг-ион, образовавшийся из одного альлегида, присоединяется к карбонильной группе другого альдегида. Интересна локализация этой внутримолекулярной поперечной связи.
В последовательносзи аминокислот аминоконцевог о участка ц1 (1)-цепи коллаг сна глипин становится каждым третьим остазком, лишь начиная с положения 13. Следователь- Часть 1 190 Конформации и динамика Ковнэгвковов волокно д Сборка эбвиэи б поверхности клетки но, лизин-5 нахолится в неспирализованной области полипеп ~ идной цепи, вблизи начала тройной спирали. Гибкость этого неспирализованного фрагмента способствуеэ формированию рассматриваемой поперечной связи. Альдопьная поперечная связь может прсврашаться — в результате взаимодействия с боковой пенью эистидина в гистидинальдольную поперечную связь (рис. 9,19). Альдегидная группа этого альдоль-гистидннового комплекса способна давать шиффово основание с друзой боковой цепью, такой, как боковая цепь гидроксилизина. В игоге возможно ковалентнос связывание четырех боковых цепей друг с друэом, причем некоторые из этих цепей могут принадлежать разным молекулам тропоколлагена (рис.
9.20). Количество и тип поперечных связей в коллагене зависят от функции и возраста зкани. Так, коллаген ахиллесова сухожилия крысы характеризуется большим количеством поперечных связей, а в коллагене более эластичноэо сухожилия хвоста их гораздо меньше. Значение поперечных связей, придающих волокнам коллагена высокую степень упругости, ясно выступает при латиризме — заболевании животных, вызванном поеданием семян сладкого г'орошка Еагйуг)з одогишж Токсическим агентом в этом случае является В-иминопронионнтрнл, подавляющий превращение боковой Х= — -С вЂ” СН,СН,— ХН; 8-Аминопропиоиитрил цепи лизина в альдеггнг.
Под действием это- ~ о токсина коллаген заболевших животных теряет механическую прочность. — Х вЂ” О)у — Рго — !в Н вЂ” Н Н вЂ” С вЂ” (СНз)г — СНз — СНз — НН, Нзн О=С Оотвткн лнзннв ) 'С вЂ” сн — (сн,),— с — н 2 Н С=О прензводные Н вЂ” Н О вт Н вЂ” С вЂ” (СН ) — Сн — С т О= — С Н Альдетндные М вЂ” Н --С вЂ” Н '=О Н вЂ” М Н вЂ” С О=С Н -(сн,),- сн, с=с-(с О Н гу ~ Альдопьнзя попзрвчнзя связь (свнькз) Рнс.
9.18. Образованно альдольной поперечной сшивкн из двух боковых цепей лизина. 9. Белки соеднннтельной ткани 191 9.14. Коллагеназы — ферменты, специфически расщепляющие колл аг ен Коллагеназа — это фермент, расщепляющий пептидные связи в определенных участках спирализованных областей коллагена. В отношении других ферментов коллаген проявляет очень высокую степень устойчивости. Известны два типа коллагеназ. !. Один тип коллагеназ синтезируется некоторыми микроорганизмами. Так, С)озгг!ац инт бйго!уг!гипс (бактерия, вызывающая газовую гангрену) выделяет коллагеназу, расШепляющую полипептндную цепь коллагена более чем в 200 участках.
Фермент гнцролизует следующую связь: Эта коллагеназа, разрушиюи)ан соедини гаельиоглкаиные барьеры организма-козлили способствует проникновению (инвазии) вы сокопатогенного клостридия в организм Сама бактерия не содержит колла~ ена и потоьзу не подвержена действию коллагеназы. 2. Второй тюз — это ткаиввыв коллагеназы, которые обнаруживаются у земноводных и млекопитающих в растущих или подвергаюгцихся метаморфозу тканях. Впервые коллагенолитическая активность была выявлена в хвостовом плавнике головастиков в период метаморфоза (рис. 9.21), когда в течение нескольких дней происходит резорбция больших количеств коллагена в ткани.
Для определения коллагенолитической активности маленькие кусочки подвергающегося метаморфозу хвостового плавника культивировали на слое коллагеновых волокон. Спустя несколько часов на этом непрозрачном слое появились совершенно прозрачные зоны, что указывало на высокую активность коллагеназы (рис.
9.22). Коллагенолитнческая активность выявляется также в таких тканях млекопитающих, которые претерпевают быструю реорганизацию, например в матке после родов. Совершенно ясно, что время М вЂ” Н СН, Сн — (СНз)з С вЂ” Н 2 з з т С=О н — )Ч вЂ” С вЂ” С— н СН с )ч нс сн нн и нн н Н вЂ” С вЂ” (СН,),— СН,— С вЂ” С вЂ” (Снз)з — С вЂ” Н н О=С С С= — О Ф' Гнезнднн.альдольннн нолелечннн оенеь Боковая цепь гнстидина может присоединяться по месту двойной связи С=С в альдольной сшивке, при этом образуется гнстидин-альдольная поперечная сшивка.
Рис. 9.19. и сила действия зканевых коллагеназ дол, жны находиться цод строгим контролем. Коллагеназа головастика обладает удивительной спицифичностью. Этот фермент расщепляет тропоколлагсн, как бы лелая срез через все три цепи в единственном месте — вблизи от аминокислотного остатка 750 в последовательности из 1000 остатков. Два фрагмента, составляющие соответственно 1г4 и 3,'4 исходной цепи, при температуре тела спонтанно развертываются и становятся доступными действию других протеолитических ферментов.
Очень своеобразен аминокислотный состав этого белка. Как и в коллагене, одна треть аминокислотных остатков представлена глицином. Эластин богат также пролином. Однако в отличие от коллагена в эластинс очень мало гидроксипролина, нет гидроксилизина и мало полярных аминокислот, зластин бо~ ат неполярными алифатическими аминокислотами — аланином, валином, лейцином и нзолейцином. В зрелом эластине много поперечных связей. По этой причине он практически нерастворим: это затрулняет его изучение. Однако из тканей свиней, страдающих двфияитам меди, улалось выделить ристворгьный првдизестввпник элигтипа, называемый праэластипам, При дефиците меди блокируется образование альдегидов, необходимых для образования поперечных связей в эластине (как и в коллагене). Изучение аминокислот- ного состава проэластнпа, имеющего массу 125 кДа, еще не закончено, однако уже получены некоторые интересные результаты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
