Кроме гликозаминогликанов и коллагена, в составе матрикса костной и хрящевой ткани животных присутствуют белки неколлагеновой природы (табл. 2). Эти белки участвуют во взаимодействиях между клетками и выполняют адгезионные функции, обеспечивают процессы пролиферации, дифференциации и миграции клеток.
К неколлагеновым белкам хрящевой ткани относятся фибронектин и ламинин, которые взаимодействуют с фибробластами или клетками эндотелия. Молекулярная масса фибронектина составляет около 250 000 Да. Ламинин – это также гликопротеин, образованный одной большой и тремя более короткими цепями, представляющий собой крестообразную молекулу с м.м. около 800 000 Да. Фибронектин – это гликопротеин, состоящий из двух сходных, но не идентичных субъединиц, соединенных дисульфидной связью (Mosher, 1989).Оба эти белка полифункциональны – стимулируют пролиферацию, дифференциацию и миграцию клеток.
Важную группу адгезивных белков составляют кадгерины(calcium dependent cell adhesion molecules), которые подразделяются на группы E, N, P и, как следует из их названия, влияют на клеточную адгезию только при наличии кальция. Относительно недавно были описаны сельктины(selctins), названные также Lec-CAMs. Один их домен, который связывается с карбогидратами, гомологичен, по-видимому, домену, присутствующему в лектинах (L), или в эпидермальном факторе роста (E), или в белках связывающих комплемент (P).
В межклеточных взаимодействиях большую роль играют другие белки. Это фосфорилированный белок – остеопонтин, чей синтез ингибируется кальцитонином. Анализ первичной последовательности белка (Prince et al., 1987) и кодирующей его ДНК позволил установить несколько интересных фактов, включая наличие повторов богатых аспарагиновой кислотой, которые, вероятно, придают остеопонтину способность связываться с гидроксилаппатитом, и каноническую последовательность аминокислот RGD (Arg-Gly-Asp в средней части молекулы), ответственную за адгезию клеток (Grzesik et al., 1993).
Основные неколлагеновые белки костной ткани животных и человека (по Риггз и Мелтон ,2000)
Гликозилированный, фосфорилированный протеин; множественная низкая аффинность к Са2 + две структуры E–F hand, гомология с овомукоидом
Содержит 60 % углеводов(7 % – сиаловая кислота), 8 % фосфатов
Связывание Са2 + и гидроксиапатита, сайты связывания такие же, как у фибронектина; связывается с остеонектином; клеточная адгезия без распластывания
Сайты связывания с поверхностью клеток, фибрином, гепарином, бактериями, желатином, коллагеном, ДНК; начальное прикрепление клеток
Связывается со многими белками матрикса и сыворотки, ответственными за прикрепление клеток
Остеопонтин (BSP-1, 2ar, SPP-1, pp69)
Содержит N- и О-связанные олигосахариды, фосфосерин и тирозин, участвует в прикреплении клеток
Содержит 50 % углеводов (12 % – сиаловая кислота); у некоторых видов происходит сульфатирование тирозина; участвует в прикреплении клеток
Белки, содержащие γ-карбоксиглутаминовую кислоту:
Одна внутримолекулярная связь S–S, 5 остатков gla
Одна внутримолекулярная связь S–S, 3–5 остатков gla, связывание с гидроксиапатитом, зависимое от gla
* – Определено с помощью электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии ДСН.
RGD – последовательность аминокислот Arg-Gly-Asp.
Еще один белок, идентифицированный в хрящевой ткани – остеонектин, называемый также SPARC (secreted protein acidic rich in cysteinе). Это фосфорилованный гликопротеин c молекулярной массой 43000–46000 Да. Остеонектин найден в остеобластах, одонтобластах и в небольшом количестве в хондроцитах (Bianco et. al., 1988). Исследования in vitro показали, что число типов клеток, которые синтезируют остеонектин, намного больше, чем это было отмечено in vivo. К ним относятся фибробласты (Otsuka et al., 1988), и эндотелиальные клетки (Sage, 1986). В связи с этим остеонектин имеет еще одно название «культуральный шоковый протеин», которое говорит о том, что в условиях тканевых культур его продукция быстро усиливается. N-концевые последовательности данного белка отличаются высокой кислотностью, что может сказываться на конформации α-спирали с образованием до 12 участков связывания кальция, имеющих структуру типа EF-hand. В остеонектине имеется богатая цистеином область, аминокислотные последовательности в которой гомологичны овомукоиду и другим ингибиторам сериновых протеиназ. Наличие этих последовательностей необычно для секретируемого белка, но участки связывания кальция, как и те последовательности, которые присутствуют в N-концевом отделе молекулы, придают остеонектину способность связывания с гидроксилапатитом (Termine et al., 1981). Функции, которые выполняет остеонектин в различных тканях, полностью не изучены. Исследования in vitro позволили предположить, что этот белок регулирует пролиферацию и взаимодействия клеток матрикса.
Читайте также: Как сшить из гофрированной ткани сарафан
Из хрящевой ткани выделен высокомолекулярный гликопротеид – хондронектин. Его молекулярная масса составляет 180 000 Да. Установлено, что хондронектин синтезируется in vivo хондроцитами (Tryggvason et al., 1987).
Остеокальцин, присутствующий как в тканях, так и в сыворотке крови, обозначается также как GLA-протеин или BGP (bone GLAprotein), так как в своей молекуле он содержит от 3-х до 5-ти остатков γ-карбоксиглутаминовой кислоты (GLA). Глутаминовая кислота в его молекуле посттрансляционно карбоксилируется в позициях 17, 21, 24 в присутствии витамина К.
Из минерализованных участков позвонков атлантической суповой акулы (Galeorhinus galeus) был выделен витамин-К-зависимый матриксный гликопротеин(Rice et al., 1994). Его количество составляет 35–40 % от общего количества неколлагеновых белков акулы. Он почти нерастворим в нейтральной среде и сохраняет способность к самоагрегации, которая может быть важной, но еще непонятой функцией. Этот гликопротеин содержит четыре аминокислотных остатка в 102–106 положениях. Молекулярная масса белка составляет 12 770 Да, что не на много меньше молекулярной массы Gla-протеина животных и человека (Риггз, Мелтон, 2000). Первые N-концевые 76 аминокислотных остатка гликопротеина акулы гомологичны последовательности Gla-протеина млекопитающих на 37 %, а С-концевые 23 аминокислотных – отличаются. Этот С-терминальный сегмент акульего белка содержит только 8 основных аминокислот. Особенность Gla-протеина акулы и млекопитающих, а также всех известных витамин-К зависимых белков – это гомологичный участок из 15 аминокислотных остатков, функции которого пока не установлены.
Исследования низкомолекулярных белков хрящей акул показали, что белок из рифовой акулы (Carcharhinus springeri) обладает поразительным сходством с тетранектином из плазмы крови. Белок был выделен путем экстрагирования хряща в растворе 4 М гуанидинхлорида. Его аминокислотная последовательность представлена 166 аминокислотными остатками при м.м. – 18 430 Да. Белок на 45 % идентичен тетранектину человека и участвует в процессе минерализации хрящевой ткани (Neamen et al., 1992). Тетранектин – глобулярный белок плазмы крови – состоит из четырех нековалентно связанных полипептидов с м.м. приблизительно 21 000 Да. Существует предположение, что тетранектин может принимать участие в фибринолизе и протеолизе тканей (Wewer et al., 1994).
Научная электронная библиотека
1.2. Коллаген
Коллагены составляют основу структуры кожи, костей, хрящей, сухожилий, кровеносных сосудов и играют важную роль в сохранении нормальной структуры и функции соединительной ткани всех животных (Слуцкий, 1969, 1985; Риггз, Мелтон, 2000; Руденская, 2003).
Коллаген (К) – нерастворимый фибриллярный белок, первичная структура которого складывается из повторяющихся последовательностей триплетов аминокислот глицин-X-Y, где X и Y позиции чаще заняты, соответственно, пролином и гидроксипролином. Эти повторяющиеся последовательности позволяют трем коллагеновым полипептидам (называемым α-цепями) формировать полужесткие, очень стабильные трехспиральные молекулы (рис. 3). Они могут быть гомополимерными (три идентичные α-цепи) и гетерополимерными (две или три разные α-цепи). Под влиянием регулярно располагающихся остатков пролина и оксипролина цепь принимает форму ломаной спирали; это обусловливается жесткостью боковых групп пролина, а также тем обстоятельством, что пептидные связи, в образовании которых участвуют пролин и оксипролин, не могут образовать водородных связей. Остатки глицина образуют межцепочечные водородные связи, способствующие сохранению прочности структуры коллагена.
Читайте также: Оформление свадьбы тканью синего цвета
Рис. 3. Структура коллагена: а – электронная микрофотография коллагена соединительной ткани. Расстояние между повторяющимися структурными единицами равно 700 Å; б – конформация полипептидных цепей в трёхцепочечной молекуле тропоколлагена; в – ступенчатое расположение молекул тропоколлагена обусловливает появление в гидратированных волокнах коллагена повторяющихся структурных единиц, расстояние между которыми равно 700 Å (по Мусил и др., 1984)
Аминокислотные цепи коллагена обернуты друг вокруг друга и образуют «трехволоконный канат», где отдельные волокна связаны между собой водородными связями. Такая пространственная структура возможна, только если аминокислотная последовательность строго соблюдается.
В результате образуется трехволоконная фибриллярная молекула – тропоколлаген, обладающая большой прочностью на растяжение. Это название происходит от слова тропос – обращенный внутрь – из-за того, что коллагеновые волокна всех соединительных тканей, выстланы тропоколлагеновыми молекулами, соединенными «конец в конец» и «бок о бок» – в шахматном порядке. Гидроксильные группы некоторых остатков лизина и оксилизина участвуют в образовании связи между соседними молекулами тропоколлагена. Таким образом, формируется жесткое нерастяжимое волокно. Фибробласты синтезируют молекулы тропоколлагена и выбрасывают их в матрикс, и только здесь происходит сборка коллагеновых волокон (рис. 4).
Коллагены кожи содержат в больших концентрациях пролин и оксипролин (около 20 % от всех остальных аминокислот), глицин и аланин (свыше 50 % от содержания других аминокислотных остатков), ароматические и серосодержащие аминокислоты практически отсутствуют или содержатся в весьма малых количествах. Кроме того, коллаген является одним из немногих белков, содержащих оксипролин и оксилизин. Оксипролин и оксилизин образуются в молекуле проколлагена не в результате биосинтеза, а при гидроксилировании пролина и лизина, которое начинается в период трансляции коллагеновой мРНК на рибосомах (Неклюдов, 2003).
Рис. 4. Строение фибробласта и основные этапы синтеза коллагена. Г – аппарат Гольджи; Я – ядро; ШЭР – шероховатый эндоплазматический ретикулум; СП –секреторный пузырек; ТК – тропоколлаген; КВ – коллагеновое волокно
В настоящее время идентифицировано более 25 различных α-цепей, из которых формируется до 14 разных типов коллагеновых молекул, некоторые из них являются тканеспецифичными (Ленинджер, 1974; Риггз, Мелтон, 2000).
Таким образом, коллагены – это белки, которые:
a) содержат несколько повторов аминокислотной последовательности -Gly-X-Y-, в X-положении которой чаще всего расположен пролин, а в Y-положении – 4-гидрокси-пролин;
б) могут состоять из трех цепей с повторяющимися последовательностями, обладающими способностью к сворачиванию в характерную тройную спираль. По меньшей мере, 19 белков определены в настоящее время как принадлежащие к коллагенам. 10 родственных им белков содержат коллагеноподобные домены.
Коллагеновые белки составляют около половины массы сухого вещества суставного хряща; вблизи суставной поверхности их концентрация приближается к 90 %. В других видах хрящевой ткани коллагены количественно преобладают над другими белками, обеспечивая прочность на растяжение и разрыв. (Слуцкий, 1985). Количественно преобладающим белком протеогликанового комплекса хрящевой ткани является коллаген второго типа (КII). Он в незначительных количествах обнаружен в других специализированных тканях, например, в стекловидном теле глаз некоторых видов животных. Хрящевой ткани присущ необычный полиморфизм коллагеновых компонентов, проявляющийся присутствием большого числа минорных коллагенов. Молекулярная формула КII хрящевой ткани имеет следующий вид: [α1(ΙΙ)]3, что означает наличие трех идентичных α1(II)-цепей, которые отличаются от α1(I)-цепей более высоким содержанием оксилизина. Столь высокая концентрация оксилизина способствует увеличению количества связанных с ним углеводов. По-видимому, такая структура обеспечивает большую сольватную оболочку коллагена типа II по сравнению с типами I или III. В процессе биосинтеза коллагена С-пропептиды соединяются между собой бисульфидными мостиками и после отщепления от молекулы образуют белок, который называется хондрокальцин, с м.м. около 100 000 Да (Слуцкий, 1985).
Читайте также: Троя инстрой мебельная ткань
Коллаген одиннадцатого типа (КXI) составляет приблизительно 3 % хрящевого коллагена и образован двумя разными типами цепей (формула молекулы α1(XI)2 α2(XI)). Со старением организма его количество в хряще уменьшается в пользу коллагена пятого типа (КV) (Канунго, 1982; Риггз и Мелтон, 2000).
Для хрящевой ткани характерно наличие наибольшего количества минорных коллагеновых компонентов. Такой полиморфизм коллагенов позволяет считать минорные компоненты регуляторами адаптационной пластичности хряща, метаболизма хондроцитов и морфогенетических процессов (Слуцкий, 1985).
Содержание коллагена в различных тканях и органах сельскохозяйственных животных (КРС, свиньи) характеризуют следующие данные (% от массы сухого вещества): дерма – 80–90; ахиллово сухожилие – 86; костная ткань – 17,5–25; хрящи – 46–67; роговица и склера глаз – 70; мышцы – 10. При этом коллаген составляет от 25 до 33 % от общего количества белка (Титов, Апраксина, 1995). У костистых рыб коллагеновые белки преобладают в коже, сухожилиях, плавательном пузыре; у кольчатых червей и иглокожих в кожно-мускульном мешке; у моллюсков в кожных покровах и опорных хрящевых элементах.
Наиболее изучены свойства коллагенов в коже и мышечной ткани рыб. Коллаген кожи костистых рыб характеризуется частой встречаемостью молекул, состоящих из трех генетически различающихся α-цепочек, гетеротримера α1 α2 α3; среди изученных позвоночных животных цепочка α3 отмечена лишь у костистых рыб. В целом коллагены мышечной ткани костистых рыб, полученные методом электрофореза, идентичны соответствующим коллагенам типа I из кожи и имеют сходный аминокислотный состав. Однако коллагены мышечной ткани рыб более устойчивы к тепловой денатурации (более 100 °С), чем коллагены кожи, что объясняется более высокой степенью гидроксилирования пролина в мышечном коллагене. Термальная устойчивость мышечного коллагена определяется видом рыбы и по мере ее возрастания рыб можно расположить в следующем порядке: карп, угорь, скумбрия, сайра, кета.
В табл. 1 приведены данные о содержании коллагена и гексозаминов в соединительных тканях различных видов животных.
Составы субъячеек коллагена I типа из мышечной ткани и кожи являются идентичными у угря, скумбрии, сайры и карпа и отличаются у кеты. У последней коллаген кожи состоит из α1 α2 α3 гетеротримеров, а основная часть мышечного коллагена – из (α1)2α2 гетеротримеров (Богданов, Сафронова, 1993).
Содержание гексозаминов и коллагена в соединительной ткани животных
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом