Синтез коллагена в организме
Роль коллагена в организме человека
Именно белок коллаген, благодаря своему трехмерному строению, отвечает целиком и полностью за прочность сухожилий, костей, хрящей, связок. Коже коллаген придает упругость, но со временем, в процессе старения, из-за потери влаги межклеточным веществом дермы, коллаген утрачивает свои возможности, и у людей появляются морщины, а кожа становится тусклой, сухой, менее эластичной, но более прочной. Фермент коллагеноза способствует распаду коллагена, но в молодом организме превалируют процессы синтеза коллагена в фибробластах над процессами распада. Со временем чаша весов переходит в сторону распада, ввиду этого процессы обновления клеток замедляются, процессы восстановления клеток протекают дольше, кожа теряет упругость и становится более сухой, волокон коллагена становится меньше, а сами они утолщаются и теряют эластичность. Коллагеновые волокна становятся толще из-за появления в их структуре поперечных межмолекулярных связей, что уплотняет и упрочняет дерму.
Коллаген выполняет множество функций в организме человека. Он защищает ткани от механических повреждений. Такая защитная функция возможна благодаря прочному строению волокон коллагена. Коллаген участвует во взаимодействии на межклеточном и межтканевом уровне.
Коллаген поддерживает активную жизнедеятельность слоя эпидермиса. Но главная задача коллагена – восстановительная функция - в случае повреждения участка кожи или мышцы, принимать участие в скорейшем восстановлении и обновлении клеток. Как видим, роль этого белка весьма велика.
Но, как уже было сказано, процессы старения неотвратимы, и синтез коллагена замедляется, результатом этого становится:
► старение кожи;
► боли в суставах;
► недомогание;
► быстрая утомляемость;
► ломкость сосудов;
► мышечное напряжение;
► ослабление костной структуры;
► снижение двигательной активности;
► ухудшение общего состояния.
Нарушения синтеза коллагена лежат в основе многих заболеваний: латиризм (основные проявления: разболтанность суставов, частые вывихи), синдром Элерса-Данлоса, врожденный остеогенез (проявления: врожденный рахит, ломкость костей), болезнь Марфана и др. Характерными проявлениями вышеуказанных заболеваний является: частое повреждение хрящей, костной системы, наличие пороков сердечных клапанов. В данных случаях нарушение синтеза коллагена на различных стадиях - основной генетический дефект.
Существуют 8 этапов биосинтеза коллагена: 5 внутриклеточных и 3 внеклеточных.
1-й этап. Протекает на рибосомах, синтезируется молекула-предшественник: препроколлаген.
2-й этап. С помощью сигнального пептида "пре" транспорт молекулы в канальцы эндоплазматической сети. Здесь отщепляется "пре" - образуется "проколлаген".
3-й этап. Аминокислотные остатки лизина и пролина в составе молекулы коллагена подвергаются окислению под действием ферментов пролилгидроксилазы и лизилгидроксилазы (эти окислительные ферменты относятся к подподклассу монооксигеназ). При недостатке витамина "С" - аскорбиновой кислоты наблюдается цинга, - заболевание, вызванное синтезом дефектного коллагена с пониженной механической прочностью, что вызывает, в частности, разрыхление сосудистой стенки и другие неблагоприятные явления.
4-й этап. Посттрасляционная модификация - гликозилирование проколлагена под действием фермента гликозил трансферазы. Этот фермент переносит глюкозу или галактозу на гидроксильные группы оксилизина.
5-й этап. Заключительный внутриклеточный этап - идет формирование тройной спирали - тропоколлагена (растворимый коллаген). В составе про-последовательности - аминокислота цистеин, который образует дисульфидные связи между цепями. Идет процесс спирализации.
6-й этап. Секретируется тропоколлаген во внеклеточную среду, где амино- и карбоксипротеиназы отщепляют про-последовательность.
7-й этап. Ковалентное "сшивание" молекулы тропоколлагена по принципу "конец-в-конец" с образованием нерастворимого коллагена. В этом процессе принимает участие фермент лизилоксидаза (флавометаллопротеин, содержит ФАД и Cu). Происходит окисление и дезаминирование радикала лизина с образованием альдегидной группы. Затем между двумя радикалами лизина возникает альдегидная связь. Только после многократного сшивания фибрилл коллаген приобретает свою уникальную прочность, становится нерастяжимым волокном. Лизилоксидаза является Cu-зависимым ферментом, поэтому при недостатке меди в организме происходит уменьшение прочности соединительной ткани из-за значительного повышения количества растворимого коллагена (тропоколлагена).
8-й этап. Ассоциация молекул нерастворимого коллагена по принципу "бок-в-бок". Ассоциация фибрилл происходит таким образом, что каждая последующая цепочка сдвинута на 1/4 своей длины относительно предыдущей цепи. Собственно соединительные ткани В понятие соединительные ткани (ткани внутренней среды, опорно-трофические ткани) объединяются неодинаковые по морфологии и выполняемым функциям ткани, но обладающие некоторыми общими свойствами и развивающиеся из единого источника - мезенхимы.
