Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

тичные цепи, обозначае-

Таблица 38.2 Типы коллагенов и некоторые их свойства3

Тип

Ткань

Тип цепи

Характерные свойства

I Кожа, кости, сухожилия [ctl(I)]2ct2 <10 остатков Hyl на цепь;

низкое содержание углеводов

II Хрящ [ctl (II)] з >10 остатков Hyl на цепь;

1Q% углеводов

III Кожа эмбриона, стенки [ctl (Ш)]3 Высокое содержание Hyp в кровеносных сосудов Gly; низкое содержание углеводов; содержит Cys

IV Соединительная мембра- [ctl (ГУ)]3 Высокое содержание З-Нур; на >20 остатков Hyl на цепь;

низкое содержание Ala

• По данным: Martin С. R.. Byers Р. #., Piez К. ?.. Adv. Enzymol., 42. 167 (1975).

38. СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ

1473

мые ?? (II), ?? (III) и ?? (IV). Имеется некоторая аналогия в структуре этих пяти типов цепей (в частности, наличие глицина в каждом третьем положении, за исключением областей, расположенных близко к ?- и С-концам).

Фибриллы коллагена образованы молекулами тропоколлагена, соединенными конец к концу и бок о бок. Параллельные цепи тропоколлагеновой фибриллы уложены, по-видимому, так, что начало молекул в соседних цепях смещено на четверть длины цепи (рис. 38.1). Такое расположение позволяет объяснить наличие наблюдающихся в электронном микроскопе повторяющихся структур с периодичностью около 64 нм; оно обеспечивает перекрывание, необходимое для взаимодействия ?-концевого участка одной молекулы тропоколлагена с С-концевым участком другой молекулы (рис. 38.2). В коллагене из эмбрионов новорожденных или молодых животных взаимодействие в перекрывающихся участках осуществляется, по-видимому, в основном за счет нековалентных связей; это согласуется с тем, что указанные коллагены хорошо растворяются в водных растворах.

Если нерастворимые коллагены экстрагировать кипящей водой, они частично солюбилизируются, образуя растворы желатины, которые содержат тропоколлагеновые цепи и их фрагменты; при охлаждении таких растворов образуется гель. При нагревании раствора очищенного коллагена наблюдается резкий структурный переход в узком температурном интервале, который обусловлен плавлением трехцепочечной структуры. При охлаждении трехце-почечная структура в некоторой мере восстанавливается, образуя раствор частично ренатурированного коллагена с высоким содержанием спиральных структур.

38.1.2. Биосинтез

Коллаген синтезируется в виде высокомолекулярного предшественника, называемого проколлагеном, который имеет добавочные последовательности у ?- и С-концов всех трех цепей тропоколлагена. Как показано на рис. 38.3, ???-??- и про-а2-цепи коллагена типа I синтезируются на полисомах, где и происходит в основном гидроксилирование остатков пролина и лизина (см. ниже). Про-?-цепи значительно длиннее, чем ?-цепи тропоколлагена; дополнительный фрагмент на ?-конце имеет молекулярную массу около 20 000, а соответствующий фрагмент на С-конце — около 35000. Дополнительные фрагменты не образуют обычную трехцепочечную спираль, а объединяясь друг с другом, формируют глобулярные домены, структура которых, по данным электронной микроскопии, совершенно не похожа на уникальную линейную структуру, образуемую молекулами тропоколлагена. Дополнительные ?-концевые фрагменты содержат цистеин; в их составе имеются также и ко-

21—1503

1474

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

а клЯНК tRHK рибосомы аминокислоты

трансляция

ITT

начало гиЭрогссилирова-ния

6 про-о?-и,епи

ОН ОН

он s

ОН угслаЭка ^ ""^ ^ молекул

,ононугон /

Ч i

образование спирали, гиброксилирование прекращается

? молекула проколлагена

он он он

гликозилирование

,Gal-Glc сГ ОН

г модифицированный лроколлаген

С; он он он

проколлагеновая пептиЭаза

он

оч он он

Gal

проколлагеновая пептибаза

D тропсколлаген

е коллаген

CHi-NHj с * О

формирование фибрилл И

образование альЭегийов

образование поперечных связей

??,-NHa С * О

38. СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ

1475

роткие коллагеноподобные участки с повторяющейся последова-. тельностью Gly-Pro-Hyp. Межцепочечные дисульфидные связи имеют только С-концевые домены. Образование дисульфидных связей и появление трехцепочечной спирали согласовано во времени; это позволяет предполагать, что домены способствуют укладке цепей и ускоряют образование коллагеновой спирали. Интактный проколлаген секретируется из клетки в составе везикул, образующихся в аппарате Гольджи; процессинг молекул проколлагена происходит вне клетки под действием протеолитических ферментов, удаляющих оба домена, в результате образуется тропоколлаген. Последние данные позволяют предполагать, что вначале так называемая ?-концевая проколлагеновая пептидаза удаляет ?-конце-вой фрагмент, в результате чего образуется измененный проколлаген. Затем от измененного проколлагена отщепляется С-концевой фрагмент под действием С-концевой проколлагеновой пептидазы. Таким образом, превращение проколлагена в коллаген осуществляется, по-видимому, двумя проколлагеновыми пептидазами. Это согласуется с данными о том, что при дерматоспораксисе (болезни крупного рогатого скота, при которой наблюдаются привычные вывихи суставов) и при соответствующей болезни человека (синдром Элера — Данло, тип VII) происходит снижение активности проколлагеновой пептидазы, удаляющей ?-концевой домен, и в тканях накапливается производное проколлагена, не имеющее С-концевого домена. Предполагается, что ?-концевые домены инициируют образование тропоколлагеновой спирали, а С-концевые домены участвуют в образовании внеклеточных фибрилл.

Как показано на рис. 38.3, цепи проколлагена и тропоколлагена претерпевают ряд посттрансляционных модификаций, которые весьма важны для формирования необычной структуры коллагена. Оксипролин и оксилизин оказываются в молекуле проколлагена не в результате процесса биосинтеза. Они образуются при гидрокси-

Рис. 38.3. Предполагаемый механизм биосинтеза коллагена. мРНК для каждой ????-?-цепи моноцистронна и транслируется на связанных с мембраной рибосомах (а). Гидроксилирование некоторых пролиновых и лизиновых остатков начинается уже на растущих цепях. После того как полност:.ю синтезированная цепь (б) высвобождается из рибосом, начинается формирование спиральных структур молекул тропоколлагена. Полагают, что формирование спиральных структур инициируется взаимодействием глобулярных доменов, расположенных на С- и ?-???-цах цепи (на рисунке условно показаны только на ?-конце). Гидроксилирование прекращается, когда молекулы проколлагена (в) объединяются и начинается гли-козилирование (г). После секреции из клетки ?-концевой, а затем и С-концевой домены отщепляются пептидазами проколлагена с образованием тропоколлагена (д), последний образует фибриллы; после образования поперечных сшивок ¦формируется зрелый коллаген (е). [Martin G. R., Byers P. ?., Pies ?- ?., Adv.

Enzymol., 42, 168 (1975).]

21*

1476

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

лировании пролина и лизина, которое начинается в период трансляции коллагеновой мРНК на рибосомах еще до освобождения полипептидов; этот процесс заканчивается после того, как образуется трехспиральная структура.

Пролингидроксилаза — оксигеназа со смешанной функцией, связанная с мембранами микросом, — осуществляет гидроксилирование остатков пролина с образованием остатков 4-оксипролина (разд. 13.6.4), как в растущих цепях ???-?-коллагена, так и в синтетических полимерах, имеющих структуру (X-Pro-Gly)„, где X может быть любой аминокислотой (кроме глицина):

Щ—СНа СООН g ,??-CH-CH, +соон

вис ш-со- с=о + 2=S" н2с СН-СО- сн2 + сог + н*

\ / агенш , \т - Ат4

N (СНг)2 (аскорбиновая кислота) ? ун2

1 соон соон

Остаток ег-кетоглутаровая остаток ""Г™™*

гролина кислота 4-оксипролина кислота

С02 образуется из ?-карбоксильной группы ?-кетоглутарата; один атом 02 включается в оксипролин, другой — в сукцинат, а замещаемый атом водорода в положении С-4 пролина освобождается в виде протона. Сходная оксигеназа, лизингидроксилаза, функционирующая при участии тех же кофакторов, гидроксилирует в коллагене остатки лизина. Спирализованный полимер (Pro-Pro-Gly)„, где «=(5—10), значительно менее стабилен к тепловой денатурации, чем сходный полимер с последовательностью (Pro-Hyp-Gly)n. Установлено, что в ряду коллагенов низших позвоночных, которые содержат меньше оксипролина, чем коллагены млекопитающих, наблюдается хорошее соответствие между температурой денатурации и содержанием оксипролина. Следовательно, ОН-группа оксипролина, участвующая в образовании водородных связей и поперечных сшивок, способствует стабилизации трехцепочечной спирали проколлагена.

После завершения гидроксилирования при участии специфических нуклеотид—сахар-гликозилтрансфераз в состав молекулы проколлагена вводятся углеводные группы; галактоза или галак-тозилглюкоза образуют О-гликозидную связь с 5-ОН-группой оксилизина. Дисахаридная простетическая группа имеет структуру Glc(al—>-2)Gal—Hyl. Роль углеводных групп неясна; известно, однако, что при редкой наследственной болезни, характеризующейся дефицитом лизингидроксилазы (синдром Элера — Данло, тип VI), содержание оксилизина и углеводов в образующемся коллагене понижено; весьма возможно, что это и является причиной ухудшения механических свойств кожи и связок у людей с этим заболеванием.

38. СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ

1477

При формировании коллагена после образования тримеров тропоколлагена и их объединения в фибриллы (рис. 38.3) между ?-цепями образуются поперечные ковалентные связи. Определенные остатки лизина и оксилизина в различных цепях окисляются медьсодержащей лизилоксидазой, которая превращает е-ЫНг-груп-пы в альдегидные, в результате чего образуются остатки аллизина и оксиаллизина. Именно они могут образовывать поперечные связи,, реагируя с остатками лизина и оксилизина, а также друг с другом, с образованием шиффовых оснований и альдолей. В полипептид-ных цепях, обозначенных ниже как Pi и Рг, шиффовы основания-имеют структуру дегидролизиннорлейцина и соответствующего дегидрооксилизиннорлейцина:

Р!—CH2—СН2—ffl-CH=N—СН2—СН2—CH2-CH2—R,

ОН

Эти соединения были в

страница 69
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 3" (10.5Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(06.12.2019)