Биохимия 1 (1984) (1128709), страница 51
Текст из файла (страница 51)
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 ега бнасннтезе Тройная спираль коллагена типа 1 сп я)уо формируется очень быстро. Однако !и я!!го процесс образования тройной спирали из рве~варенных цепей а! (1) и а2 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 а1 (1) н а2 к спонтанному образованию правильной тропоколлагеновой структуры обусловлена отсутствием каких-то элементов, несущих необхолимую информацию. Так оно н есть на самом леле, Состав.тнэщив коллоген цели синтезируются в виде лрвдшггтвтсииков большей массы. Предшественник а! (1)-пепи, называемый про-а! (Ц.
имеет массу !40 кДа (тогла как масса а1 (1)-цепи — 95 кДа). Дополнительные пептиды локализуются как на )ь)-, так и на С-конце пра-а1(1)-цепи (рнс. 9.13), Подобным же образом предшественником а2-цепи служит нро-а2 с массой !40 кДа. По амннокнслатнаму составу лополннсельные пептндные участки в про-а1 (1) и про-а2 соверщенно не похожи на основную часть цепи. В ннх мало глицнна, пролива и гидроксипролина. Х-концевые пептиды в про-а1 (1) и про-а2 содержат внутрицепочечные днсульфндные связи. Более гого, С-концгвыв лглтиды этих цепей-предшественников связины мезюссеноыеыными дисулыбидными гвязя.ии, отсутствующими в коллогтсе, 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. Часть 1 188 Конформации и динамика 9ЛО. Дополнительные пептиды цепей-прелшественников отщепляются фермеитативно Цепи про«х! (1) н про-п2 синтезируются фибробластами и секретируются в межклеточное пространство соединительной ткани. Здесь дополнительные пептиды, стоящие на Х- и С-концах этих цепей-предшественников, отщепляются специфическими протеолнтическими ферментами — проколлаген-пепптидизалти. Нарушение превращения цепей-предше- 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. 9,11. Коллагеиовве волокно состоит из ступенчато расположенных молекул гропоколлагеиа Образование коллагенового волокна происходит во внеклеточном 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~ 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 роль при фар.иираваиии «асти. 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,е(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 тропоколлагена не способны к спонтанному образованию волокна: для этого необходимо предварительное отшепление гч- н С- концевых пептидов.
Таким образом, фарми- рование кол,гагеновых волокон аналогично 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 фвбробнаст 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) н 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 Конформация и динамика Ковнэгвковов волокно д Сборка эбвиэи б поверхности клетки но, лизин-5 нахолится в неспиралнзованной области полипеп ~ ндной 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 эистиднна 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 нз 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 нх 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-Аминопропионитрил 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
