10. Фибриллярные белки – коллаген, кератин, эластин. Метаболические сети фибриллярных белков и их роль в жизнедеятельности организма.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 2
КОЛЛАГЕН 3
ЭЛАСТИН 9
КЕРАТИН 13
МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СЕТИ ФИБРИЛЛЯРНЫХ БЕЛКОВ 17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23
ЛИТЕРАТУРА 24

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). Гидроксилирование пролина и лизина начинается в период трансляции коллагеновой мРНК на рибосомах и продолжается на растущей полипептидной цепи вплоть до ее отделения от рибосом. Необходимыми компонентами этой реакции являются α–кетоглутарат, О2 и витамин С (аскорбиновая кислота). Донором атома кислорода, который присоединяется к С-4 пролина, является молекула О2, второй атом О2 включается в сукцинат, который образуется при декарбоксилировании α-кетоглутарата, а из карбоксильной группы α-кетоглутарата образуется СО2.
Гидроксилазы пролина и лизина содержат в активном центре атом железа Fe2+. Для сохранения атома железа в ферроформе необходим восстанавливающий агент. Роль этого агента выполняет кофермент гидроксилаз ‒ аскорбиновая кислота, которая легко окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту.
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 гликозилтрансферазы. Этот фермент переносит глюкозу или галактозу на гидроксильные группы оксилизина.
5-й этап ‒ заключительный внутриклеточный этап: происходит формирование тройной спирали ‒ тропоколлагена (растворимый коллаген). В составе про‒последовательности имеется 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).
Возникшие в результате реакции окислительного дезаминирования альдегидные группы участвуют в образовании ковалентных внутри- и межмолекулярных связей, которые стабилизируют фибриллы коллагена. Альдольная конденсация двух аллизиновых остатков приводит к формированию сшивки лизин-норлейцина, путем взаимодействия лизильного и альлизильного остатков образуются альдиминные связи, называемые также основаниями Шиффа.
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.
Существенное значение в обновлении эластиновых волокон играют фибробласты. Продукты распада коллагеновых и эластиновых волокон являются хематтрактантами для лейкоцитов, моноцитов крови, которые, мигрируя к поврежденному волокну, вырабатывают более десятка разных факторов роста фибробластов, синтезирующих новых матрикс. К факторам роста, способным стимулировать функции фибробластов, относится PDGF (фактор роста тромбоцитов). Еще одним достаточно изученным фактором является трансформирующий фактор роста бетта, TGF-b, стимулирующий фибробласты к энергичному синтезу коллагена и эластина. Фибробласты вырабатывают факторы, лимитирующие образование внеклеточного матрикса. К ним относятся простагландины Е, снижающие экспрессию рецепторов фибробластов к факторам роста, макроглобулин, связывающий и ингибирующий ростовые цитокины. Состояние эластических волокон сосудов зависит от соотношения процессов синтеза и распада эластина. Так, деградация эластина осуществляется целым рядом протеолитических ферментов: сериновых протеиназ, металлопротеиназ, цистеиновых протеиназ. Степень повреждения эластина этими ферментами зависит от полноценности функционирования ингибиторов соответствующих протеиназ. В настоящий момент известно более 10 форм металлопротеиназ (MMPs). В протеолитической деградации эластина в основном участвуют: матриксная металлопротеиназа MMPs-1 (MM52-57 кДа); MMPs-2 (желатиназа А, коллагеназа IV типа с ММ 72 кДа); MMPs-9 (желатиназа В, коллагеназа IV типа с ММ 92 кДа). Активность металлопротеиназ контролируется ингибиторами TIMP (тканевые ингибиторы металлопротеиназ). Нарушение баланса в системе «протеиназы-ингибиторы», т.е. снижение MMPs на фоне увеличения активности TIMP способствует развитию склеротических процессов.
Эластин продуцируется фибробластами, эндотелиальными клетками,
гладкомышечными клетками, количество эластина сосудистой стенки не
зависит от пола и уменьшается с возрастом. Эластин кодируется геномом, локализованным в хромосоме 7q, для которого характерен полиморфизм. Ген микрофибриллярного эластина включает 8 тысяч пар нуклеотидов, содержит 8 экзонов и 7 интронов, регулируется хромосомой 2, кодирует синтез мультимодулярного протеина, состоящего из 995 аминокислот. На его карбоксильном конце локализован Clq-подобный домен, а на аминном конце - последовательность, гомологичная эпидермальному фактору роста.
Синтез кератина в форме прекератина начинается в базальных кератиноцитах. Прекератин имеет более низкий молекулярный вес, чем зрелый кератин (40–60 000 дальтон при молекулярной массе зрелого кератиноцита более 60 000 дальтон) и характеризуется отсутствием внутри- и межцепочечных дисульфидных связей, придающих молекулам кератина прочность и нерастворимость. В более высоких слоях эпидермиса (шиповатый, зернистый) биосинтез прекератина продолжается и даже нарастает, причем молекулярная масса синтезируемого прекератина увеличивается. Кератин теряет свойство растворимости в воде и приобретает прочность.
Для упаковки кератина необходим особый белок филагрин (ранее он назывался «белок, богатый гистидином». Этот белок вызывает агрегацию кератиновых филаментов. Биосинтез филагрина осуществляется в зернистом слое с участием специфической и-РНК. Филагрин обладает кислотными свойствами и отличается сильной степенью фосфорилирования. По мере синтеза он накапливается в виде кератогиалиновых гранул и существует до тех пор, пока плотно упакованный кератин не стабилизируется прочными дисульфидными связями. Как только это произойдет, филагрин в корнеоцитах рогового слоя распадается до свободных аминокислот.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Белки играют исключительно важную роль в живой природе. Жизнь немыслима без различных по строению и функциям белков. Белки - это биополимеры сложного строения, макромолекулы (протеины) которых, состоят из остатков аминокислот, соединенных между собой амидной (пептидной) связью. Кроме длинных полимерных цепей, построенных из остатков аминокислот (полипептидных цепей), в макромолекулу белка могут входить также остатки или молекулы других органических соединений. На одном кольце каждой пептидной цепи имеется свободная или ацилированная аминогруппа, на другом - свободная или амидированная карбоксильная группа.
Полипептидные цепи фибриллярных белков имеют форму спирали, которая закреплена расположенными вдоль цепи внутримолекулярными водородными связями. В волокнах фибриллярных белков закрученные пептидные цепи расположены параллельно оси волокна, они как бы ориентированы относительно друг друга, располагаются рядом, образуя нитевидные структуры, и имеют высокую степень асимметрии. Фибриллярные белки плохо растворимы или совсем нерастворимы в воде. При растворении в воде они образуют растворы высокой вязкости. К фибриллярным белкам относятся белки, входящие в состав тканей и покровных образований. Это миозин – белок мышечных тканей; коллаген, являющийся основой седиментационных тканей и кожных покровов; кератин, входящий в состав волос, роговых покровов, шерсти и перьев. К этому же классу белков относится белок натурального шелка.
ЛИТЕРАТУРА
Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки, Т.2, М.: Мир, 1994,
Березов Т.Т., Коровкин Б.Н. Биологическая химия. – М.: изд-во «Медицина», 2007.
Биохимия (учебник для вузов) (ред.чл.-корр.РАН, проф.Е.С.Северин), М.: издательский дом «ГЭОТАР-МЕД», 2003.
Боровский Е.В., Леонтьев В.К. Биология полости рта, М.: Мед.книга, Н.Новгород: изд-во НГМА, 2001.
Быков В.Л. Гистология и эмбриология органов полости рта человека, С.- Пб.: Спец. Лит-ра, 1996. – 248 с.
Вавилова Т.П. Биохимия тканей и жидкостей полости рта, М.: Издательский дом «ГЭОТАР-МЕДИА», 2008.
Вавилова Т.П., Марокко И.Н., Петрович Ю.А., Сумароков Д.Д., Малышкина Л.Т., Зубцов В.К., Трусова Н.Ф. Основы стоматологической биохимии (учебное пособие для студентов медицинских ВУЗов) изд. 2, М.: типография ВИУ, 2001, 139 с.
Кольман Я., Рем К.-Г. (пер.с нем.), Наглядная биохимия, М.:изд-во «Мир», 2000.
Ленинджер А.. Основы биохимии, пер. с англ., т I. М.. 1985. с. 176 79; Biochemistry of collagen, ed. by G.N. Ramachandran, A.H. Reddi, N.Y. L., 1976; Cell biology of extracellular matrix, ed. by E D. Hay, N.Y. L., 1983
Мазуров В. И., Биохимия коллагеновых белков. М.. 1974
Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека, Т.2, М.: изд-во «Мир», 1993.
Никитин В. Н., Перский Е. Э., Утевская Л. А.. Возрастная и эволюционная биохимия коллагеновых структур. К., 1977
С.473-529.
Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии, Т.3, М.: изд-во «Мир», 1981.
пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации, обусловленное поворотом вокруг одной или нескольких одинарных сигма-связей
отношение длинной оси молекулы к короткой
восстановлении
вещество, заполняющее пространство между клетками
этапы формирования
этапного развития
роговой чехол, покрывающий клюв птиц
ороговевшие кератиноциты
8