Биосинтез коллагена I типа. Нарушения синтеза

Так как коллаген I типа широко распространен в организме, его синтез был детально исследован.
1. Полипептидные а-цепи собираются на полирибосомах, связанных с мембранами грЭПС, они попадают в ее цистерны, образуя препроколлаген. Сигнальный пептид отделяется, в результате чего получается проколлаген.

2. Гидроксилирование пролина и лизина происходит после того, как эти аминокислоты включаются в полипептидные цепи. Гидроксилирование начинается после достижения пептидной цепью некоторой минимальной длины, пока она все еще связана с рибосомами. В этом процессе участвуют два фермента — пептидилпролингидроксилаза и пептидиллизингидроксилаза.

3. Гликозилирование гидроксилизина происходит после его гидроксилирования. Различные типы коллагена содержат разное количество углеводов в форме галактозы или гликозилгалактозы, связанных с гидроксилизином.

4. Каждая а-цепь синтезируется с образованием дополнительных пептидов на амино-терминальном и карбокситерминальном краях молекулы. Это — так называемые регистрационные пептиды. Они, вероятно, обеспечивают сборку соответствующих а-цепей (а1, а2) в правильном положении с образованием тройной спирали. Помимо этого, благодаря дополнительным пептидам образующаяся молекула проколлагена становится растворимой и предотвращается ее преждевременная внутриклеточная сборка с формированием коллагеновых фибрилл. Проколлаген как таковой транспортируется из клетки во внеклеточное пространство.

5. За пределами клетки специфические протеазы проколлагенпептидазы удаляют регистрационные пептиды. Видоизмененный белок, известный как тропоколлаген, способен собираться в полимерные коллагеновые фибриллы. Остатки гидроксипролина способствуют стабильности тройной спирали тропоколлагена, образуя водородные связи между его полипептидными цепями.

6. Коллагеновые фибриллы спонтанно агрегируют, формируя волокна. Протеогликаны и структурные гликопротеины играют важную роль в агрегации тропоколлагена с образованием фибрилл и волокон из фибрилл.

7. Фибриллярная структура усиливается за счет образования ковалентных поперечных сшивок между молекулами тропоколлагена. Этот процесс катализирует фермент лизилоксидаза, который действует также и во внеклеточном пространстве.

биосинтез коллагена

Другие фибриллярные коллагены, вероятно, формируются по той же схеме, что описана для коллагена I типа, лишь с очень небольшими отличиями.

Синтез коллагена включает каскад уникальных посттрансляционных биохимических модификаций оригинального полипептида проколлагена. Все эти модификации являются критическими для структуры и функции нормального зрелого коллагена. Поскольку биосинтез коллагена требует столь многих этапов, существует много моментов, на которых этот процесс может прерваться или видоизмениться вследствие дефекта ферментов или в результате заболевания.

Обновление коллагена в целом является очень медленным процессом. В некоторых органах, таких, как сухожилия и связки, коллаген очень стабилен, тогда как в других, например в периодонтальной связке, обновление коллагена происходит очень быстро. Для того чтобы произошло обновление коллагена, он должен сначала подвергнуться разрушению. Последнее начинают специфические ферменты коллагеназы, расщепляющие молекулу коллагена на две части, которые далее могут быть разрушены неспецифическими протеазами (ферментами, расщепляющими белки).

Синтез коллагена зависит от экспрессии ряда генов и нескольких посттрансляционных событий. Поэтому неудивительно, что большое число патологических состояний непосредственно обусловлено недостаточным или аномальным синтезом коллагена.

Некоторые мутации генов молекул а1 (I) или а2 (I) вызывают несовершенный остеогенез (лат. osteogenesis imperfecta). Многие случаи несовершенного остеогенеза обусловлены делециями всего или части гена а1 (I). Однако изменение лишь одной аминокислоты оказывается достаточным для того, чтобы вызвать некоторые формы этого заболевания, в особенности при мутациях, затрагивающих глицин. Глицин должен находиться в каждой третьей позиции для формирования тройной спирали коллагена. Помимо указанных нарушений, несколько болезней развивается вследствие избыточного накопления коллагена.

Прогрессирующий системный склероз характеризуется тем, что почти во всех органах происходит избыточное отложение коллагена (фиброз). Изменения преимущественно затрагивают кожу, пищеварительный тракт, мышцы и почки, вызывая затвердение и нарушение функции указанных органов. Келоид (келоидный рубец) представляет собой местное утолщение ткани, вызванное ненормально высоким количеством коллагена, который образуется в рубцах кожи.

Лечение келоидов, которые наиболее часто встречаются у людей африканского происхождения, представляет собой непростую клиническую задачу; это связано не только с тем, что келоиды могут обезображивать человека, но и с тем, что их удаление почти всегда сопровождается рецидивом заболевания. Недостаточность витамина С (аскорбиновой кислоты) вызывает цингу — заболевание, которое характеризуется дегенеративными изменениями соединительной ткани.

В отсутствие этого витамина фибробласты синтезируют дефектный коллаген, и такие поврежденные волокна не замещаются. Этот процесс приводит к общим дегенеративным изменениям соединительной ткани, которые более резко проявляются в тех участках, где обновление коллагена происходит с высокой скоростью. Периодонтальная связка, которая удерживает зуб в зубных альвеолах, обладает сравнительно высокой активностью обновления коллагена, поэтому она существенно поражается при цинге, что приводит к потере зубов.

Аскорбиновая кислота является кофактором пролингидроксилазы, которая необходима для нормального синтеза коллагена.

- Читать далее "Коллагеновые волокна образованные коллагеном I типа: строение, гистология"

Оглавление темы "Гистология соединительной ткани":
  1. Опухоли из эпителиальных клеток: карцинома - рак
  2. Соединительная ткань: строение - гистология
  3. Строение, функции фибробластов
  4. Строение, функции макрофагов, мононуклеарных фагоцитов
  5. Строение, функции тучных клеток
  6. Строение, функции плазматических клеток - плазмоцитов
  7. Строение, функции лейкоцитов
  8. Строение, функции коллагеновых волокон. Типы
  9. Биосинтез коллагена I типа. Нарушения синтеза
  10. Коллагеновые волокна образованные коллагеном I типа: строение, гистология

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: