Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 378
Текст из файла (страница 378)
Эти модифицированные аминокислоты часто встречаются в коллвгене. Модификация осуществляется специальными ферментвми уже после включения лизина и пралинв в молекулу проколлвгенв. гидроксипролин в составе белке 19.6.8. Коллагеновые цепочки претерпевают ряд посттрансляционных модификаций Отдельные полипептидные цепочки коллагена синтезируются на рибосомах, связанных с мембраной, и оказываются в полости эидоплазматического ретикулума (ЭПР) в виде более длинных предшественников, называемых про-а-цепями. Эти предшественники не только имеют короткий )ч-концевой сигнальный пептид, необходимый для того, побы синтезируемый пептид проник в ЭПР, но также содержат на обоих концах дополнительные аминокислотные остатки, называемые пропептида.чи, которые отщепляются на последующих стадиях сборки коллагена.
Кроме того, в полости ЭПР некоторые остатки пролина и лизина гидроксилируются, превращаясь соответственно в гидроксипролин и гидроксилизин, а некоторые из гидроксилизинов гликозилируются. Затем каждая про-а-цепь соединяется с двумя другими и формирует трехцепочечную молекулу проколлагена, сшитую воедино водородными связями. Гидроксилизиньг и гидроксипролины (рис. 19.64) в других животных белках встречаются редко, хотя некоторые белки клеточной стенки растений содержат достаточно много остатков гидроксипролина. Считается, что в коллагене гидроксильные группы этих аминокислотных остатков формируют межцепочечные водородные связи, цомогаюшие стабилизировать тройную спираль.
Условия, когда гидроксилирование пролина невозможно, например, при недостатке аскорбиновой кислоты (витамина С), чреваты серьезными нарушениями. В Х!Х веке многие мореплаватели заболевали цингой — болезнью, зачастую смертельной, которая вызывается недостатком витамина С в пище.
При этой болезни синтезируются дефектные про-а-цепи, не способные сформировать устойчивую тройную спираль, которые немедленно деградируют еше внутри клетки, поэтому у таких больных синтез новых молекул коллагена подавлен. В здоровых тканях постоянно происходит распад старого и синтез нового коллагена (время оборота составляет месяцы или годы в зависимости от ткани). У больных цингой замена старого коллагена невозможна, а существовавший ранее нормальный коллаген постепенно распадается, и через несколько месяцев стенки кровеносных сосудов становятся хрупкими, зубы расшатываются, а раны перестают заживать.
182й; . ЧВСтр 61 1(ЛятКГа В'цЗНтЕКСтф МХ СюеаСуПНПСуВГ- г: в коллагеновые фибриллы. Пропептиды выполняют по меньшей мере две функции. Во первых, они управляют формированием трехцепочечных молекул коллагена внутри клетки. Во вторых, сохраняясь вплоть до завершения секреции, они пре дотвращают образование внутри клетки больших коллагеновых фибрилл, которое имело бы катастрофические последствия. Процесс образования фибрилл обусловлен способностью к спонтанному объеди нению молекул коллагена, которые растворяются более чем в тысячу раз хуже, чем молекулы проколлагена.
Фибриллы начинают формироваться вблизи от поверхности клетки, часто в глубоких складках плазматической мембраны, получив шихся при слиянии с нею секреторных пузырьков. Цитоскелет периферического слоя клетки может оказывать влияние на место и скорость формирования, а также на ориентацию фибрилл. В электронном микроскопе фибриллы коллагена выглядят поперечно исчерчен ными с периодом 67 нм. Такая картина отражает особенности упаковки отдельных молекул в фибриллу. После того как формирование фибрилл во внеклеточном про странстве завершится, их прочность значительно увеличиваегся за счет ковалентных поперечных сшивок между остатками лизина составляющих фибриллу молекул (рнс.
19.66). Ковалентные связи такого типа обнаружены только в коллагене и эластине. При ингибировании образования поперечных сшивок предел прочности на разрыв фибриллы резко уменьшается: ткани, содержащие коллаген, становятся хрупкими, а такие структуры, как кожа, сухожилия и кровеносные сосуды, легко повреждаются. Количество и тип поперечных сшивок от ткани к ткани изменяются. Например, особенно много поперечных сшивок в коллагене ахиллова сухожилия, так как здесь предел прочности на разрыв имеет принципиальное значение.
На рис. 19.66 представлена последовательность событий при синтезе коллагена и сборке фибрилл. Учитывая, что в этом участвуют многочисленные ферментатив ные реакции, неудивительно, что многие генетические болезни человека связаны с нарушениями формирования фибрилл. Мутации, затрагивающие коллаген 1 типа, вызывают несовершенный огтеогенез (озсеодепехЬ ттрег~еста), характеризующийся ломкостью костей.
Мутации, связанные г нарушением выработки коллаг ена П типа, вызывают хондродисплазии, при которых образуется аномальный хрящ, что приводит к дефектам костей и суставов. Наконец, мутации, затрагивающие коллаген 1П типа, являются причиной синдрома Элерса — Данлоса, для которого характерна непроч ность кожи и стенок кровеносных сосудов, а также гипермобильность сусгавов. внутримолекупярная перекрестная сшивка межмопекупярная перекрестная сшивка Рис. 19.55.
Перекрестные ооивки внутри коллагеновой фибриллы, образующиеся между боковыми цепями модифицированного лизина. Ковалентные внутри- и межмолекулярные перекрестные сшивки формируются в несколько этапов. Сначала внеклеточный фермент л и вил-оксида за дезами пирует некоторые лизиновые и гидроксилизиновые остатки, в результате чего образуются высоко реакционноспособные альдегидные группы. Затем альдегиды спонтанно образуют ковалентные связи друг с другом и с другими лизинами или гидроксилизинами.
Большая часть перекрестных сшивок образуется между короткими неспиральными сегментами на каждом конце коллагеновых молекул. РЫХ ПРОПИНОВ И ЛИЗИНОВ . х Э. ГПИКОЭИЛИРОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ни сопи пропептия / Е САМОСБОРКА ТРЕХ ПРО.е-ЦЕПЕЙ и ~;,"": три проч -цепи Б ФОРМИРОВАНИЕ ТРОЙНОЙ Ф'4::,*;"Я =:::';': Э к т— а)йфиебз го-зоо Т.
ОТКУСЫВАНИЕ ' "и' В САМОСБОРКА пропептидов молекула ФиБРиппы молекуле прокоппагеиа ксплагеиа а) 19.6к ВНЕКРПгатОЧН)ай йатрИКС СТОЕднну)та)ЭВНГ ЕКВИЕй ж)ЭВСГЭ)тйХ;. )В2$ коплагеноеое волокно кслпагеноеая фиврипла 200 нм Рис. 19.66. Внутри- и внеклеточные этапы формирования коллагеновой фибриллы. о) Обратите внимание, что сборка коллагеновых фибрилл из проколлагена происходит вне клетки, часто в складках плазматической мембраны (не показано). Далее фибриллы могут образовывать ао внеклеточном пространстве упорядоченные комплексы, например большие коллагеновые Волокна, различимые в световой микроскоп.
Ковалентные перекрестные сшивкн, стабилизирующие подобные комплексы, на картинке не представлены. б) На этой электронной микрофотографии негативно окрашенных коллагеновых фибрилл хорошо видна типичная для них исчерченность. (Микрофотография любезно предоставлена яоьегт Ногпе.) ') 9,6Л О. Внеклеточные коллагены, ассоциированные с фибриллавяи, способствуют их сборке В отличие от гликозаминогликанов, которые противостоят силам сжатия, фибриллы коллагена формируют структуры, оказывающие механическое сопротив.
ление растягивающим силам. В разных тканях фибриллы образуются по разному и имеют неодинаковый диаметр. Например, в коже млекопитающих они располо жены наподобие прутьев в плетеных изделиях и поэтому сопротивляются нагруз кам по всем направлениям; из этого материала, предварительно обработанного, изготовлены кожаные изделия. В сухожилии они собраны в параллельные пучки, уложенные вдоль главной оси напряжения, а в зрелой костной ткани и роговице их расположение напоминает чередующиеся слои в фанере — фибриллы каждого слоя уложены параллельно друг другу почти под прямым углом к фибриллам соседних слоев.
Так же организованы они и в коже головастика (рис. 19.67). 1822. ' ' Часзззб.' 1(якутки в к6злексте их совбкут1иостй Рис. 19.67. Коллагеновые фибриллы в коже головастика. На втой злектронной микрофотографии видно, иго фибриллы закладывакпся подобно слоям фанеры: фибриллы соседних слоев ориентированы перпендикулярно. Так же организованы фибриллы в зрелой костной ткани и роговице глаза. (предоставлено 3егогпе бгоек1 Сами клетки соедииительиой ткани определя ют размер и расположение коллагеновых фибризп.
В клетках могут экспрессироваться один или ие сколько генов для разных типов молекул фибрилляр ного проколлагеиа. Однако одни и те же молекулы коллагеиа могут по разному располагаться в фи бриллах различных тканей. Как такое оказывается возможным? Ответ отчасти заключается в том, что клетки могут регулировать взаимное расположение молекул при сборке фибрилл во виеклеточном пространстве вблизи плазматической мембраны <р . 19,ббг, кр, т этот процесс, вырабатывая, наряду с фибрилляриы ми коллагеиами, другие макромолекулы матрикса. В частности, секреция фибрилляриого белка фиб)юиектииа (см. далее) предшествует образованию коллагеиовых фибрилл и принимает участие в их сборке.
Считается, что коллагеиы, ассоциированные с фибриллами, например кол лагеиы 1Х и ХП типов, в этом отношении особенно важны. У иих есть несколько отличий от фибрилляриых коллагенов. 1. Их трехцепочечная спиральная структура прерывается одиим или двумя корот кими иеспиральиыми доменами, что придает им дополнительную гибкость. 2. Оии ие разрезаются после секреции и поэтому сохраняют свои пропептиды. 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
