Модуль 7. БИОХИМИЯ МЕЖКЛЕТОЧНОГО МАТРИКСА

Цели изучения

Уметь:

1. Интерпретировать роль важнейших макромолекул (белков и полисахаридов) в структурной организации межклеточного матрикса.

2. Давать объяснение клиническим проявлениям недостаточности витамина С.

3. Анализировать результаты лабораторных исследований на содержание оксипролина и пиридинолинов в физиологических жидкостях, используемых для диагностики онкологических заболеваний и коллагенозов.

4. Объяснять молекулярные механизмы, лежащие в основе нарушений структуры и функций межклеточного матрикса, которые приводят к возникновению ряда заболеваний соединительной ткани.

Знать:

1. Основные белки межклеточного матрикса (коллаген и эластин): особенности аминокислотного состава, первичной и пространственной структуры.

2. Строение и функции гликозаминогликанов и протеогликанов, их роль в организации межклеточного матрикса.

3. Адгезивные белки межклеточного матрикса, их роль в межклеточных взаимодействиях и развитии опухолей.

Межклеточный матрикс - это структурированный и упорядоченный комплекс макромолекул, который окружает клетки соединительной ткани и влияет на их развитие, организацию, пролиферацию и метаболизм. Он выполняет ряд важных функций: образует соединительную основу органов и тканей, связывает клетки друг с другом, обеспечивает механическую прочность и тургор тканей, образует высокоспециализированные структуры - базальные мембраны, кости, хрящи, сухожилия и др. Основными компонентами матрикса являются: структурные белки коллаген и эластин, гликозаминогликаны, протеогликаны, а также неколлагеновые белки фибронектин, ламинин, тенасцин, остеонектин и др.

ТЕМА 7.1. КОЛЛАГЕН

1. Коллаген - основной структурный белок межклеточного матрикса. Он синтезируется клетками соединительной ткани (остеобластами, хондробластами, фибробластами и др.). Это фибриллярный белок, отличающийся от других белков рядом особенностей состава и структуры:

• пептидная цепь коллагена содержит около 1000 аминокислотных остатков, из которых каждая третья аминокислота - глицин, 20% составляют пролин и гидроксипролин, 10% - аланин, оставшиеся 40% - другие аминокислоты; в коллагене отсутствуют цистеин и триптофан и содержится очень мало гистидина, метионина и тирозина;

• первичную структуру коллагена можно записать в виде [Гли-Х-У ]₃₃₃, где Х - часто пролин, а У - гидроксипролин; особенности первичной структуры обеспечивают уникальную конформацию коллагена;

• полипептидная цепь коллагена укладывается в левозакрученную α-спираль, которая отличается от α-спирали глобулярных белков: она более развернута, и на один виток приходится три аминокислотных остатка, поэтому в цепи глицин всегда находится над глицином - это обстоятельство имеет важнейшее значение для последующей укладки коллагена и выполнения его функций; стабилизация этой цепи происходит преимущественно силами стерического отталкивания пирролидоновых колец пролина, так как водородных связей между пролином и гидроксипролином не образуется;

• следующий уровень структурной организации коллагена - образование правозакрученной суперспирали из трех α-цепей, при формировании которой остатки глицина оказываются по ее центральной оси, что способствует образованию линейной молекулы тропоколлагена и включению ее в волокно.

2. Синтез и созревание коллагена - сложный многоэтапный процесс, который начинается в клетке, а завершается во внеклеточном пространстве (рис. 7.1). Он включает в себя целый ряд посттрансляционных изменений: гидроксилирование пролина и лизина, гликозилирование гидроксилизина, образование тройной спирали, отщепление N- и С-концевых пептидов.

Рис. 7.1. Синтез и созревание коллагена