Биохимия соединительной ткани. Биохимия костной ткани

Соединительная ткань составляет примерно 50% от массы тела человека.

Функции соединительной ткани:

опорная (основа органов и тканей),

механическая (прочность тканей),

соединительная (связывание клеток и межклеточно­го матрикса в единую ткань),

защитная (препятствует проникновению инфекцион­ных агентов),

пластическая (закрытие крупных дефектов тканей),

специфическая (зубы, сухожилия, кожа, фасции, связи),

- поддержание формы органов (каркас органов).

Б) Особенности соединительной ткани.

Особенности соединительной ткани:

малое количество клеток (фибробластов, хондробластов, остеобластов, кератобластов),

преобладание фибриллярных белков (коллагена, эла­стина, фибронектина),

преобладание межклеточного матрикса,

преобладание гликозаминогликанов и протеогликанов.

Протеогликаны содержат 5% белка и 95% гликоз­аминогликанов. Гликозаминогликаны соединительной ткани представлены: гиалуроновой кислотой, хондроитинсульфатами, кератансульфатами и дерматансульфатами.

Основным белком соединительной ткани является коллаген, биосинтез полипептидной (а1—а2) цепи кото­рого происходит из активированных аминокислот на по­лисомах фибробластов. Затем образованные полипептид­ные цепи в цитозоле фибробластов подвергаются посттран­сляционным модификациям:

гидроксилирование пролина и лизина под действием пролин- и лизингидроксилаз с участием витамина С, а-кетоглутарата, О2 и Fе 2+ , в результате чего в поли­пептидной цепи образуются оксипролин и оксилизин;

гликозилирование ОН-групп лизина под действием гликозилтрансферазы с участием глюкозы и галак­тозы (присоединение дисахаридных остатков);

образование тройной спирали (триплета) — проколлагена — с рыхлыми концевыми С- и N-фрагментами;

выход молекулы проколлагена из фибробластов в межклеточное пространство сопровождается действи­ем проколлагенпептидаз, содержащихся в цитоплазматической мембране фибробластов, в результате чего происходит отщепление рыхлых N- и С концевыхфрагментов проколлагена и образование плотной правозакрученной тройной спирали (триплета) — молекулы тропоколлагена;

тропоколлаген подвергается действию фермента лизиламинооксидазы (Си 2+ -зависимой), в результате чего происходит окисление гШ2-групп лизина до аль­дегидных с образованием аллизина;

фибрилл огенез: в присутствии витаминов РР и В6 происходит образование поперечных ковалентных сшивок за счет альдегидных и аминогрупп в молеку­лах тропоколлагена, причем молекулы сдвинуты от­ носительно друг друга на 1 /4; фибриллогенез приво­дит к образованию фибрилл коллагена;

-фибриллы коллагена объединяются в прочные коллагеновые волокна (зачастую содержащие по 6 фиб­рилл коллагена) как за счет ковалентных, так и за счет гидрофобных связей.

— необычный аминокислотный состав: 30% глици­на, 20 — пролина и оксипролина, 10 — аланина, 1 — оксилизина и 40% всех остальных аминокислот;

не гидролизуется протеазами желудочно-кишечного тракта;

в коже, костях, связках, фасциях, на стенках сосу­дов, базальных мембранах содержатся различные типы коллагенов.

При старении коллагена образуется большое количе­ство поперечных сшивок, вследствие чего он приобретает более жесткую структуру. Катаболизм коллагена проис­ходит под влиянием фермента коллагеназы.

Об интенсивности распада коллагена судят по коли­чественному содержанию оксипролина в моче: у взрос­лых за сутки выделяется 15—20 мг, у детей — до 200 мг.

Эластин является фибриллярным белком, способ­ным к обратному растяжению в вертикальном и горизон­тальном направлениях, причем сетчатая структура его обусловлена десмозином. Десмозин образован тремя мо­лекулами аллизина и одной молекулой лизина. Биосин­тез эластина протекает на полисомах фибробластов, при­чем вначале образуется предшественник — тропоэластин, который не содержит поперечных связей и обладает рас­творимостью. В последующем проэластин превращается в эластин, нерастворимый и содержащий большое число поперечных связей, образованных десмозином, изодесмозином и лизиннорлейцином.

Аминокислотный состав эластина: глицина — 30%, аланина — 21, валина — 13, лейцина — 10, лизина — 10, оксипролина — 1 %.

Наибольшее содержание эластина в стенках аорты и других кровеносных сосудов.

Катаболизм эластина происходит под действием эластазы.

Фибронектин — сложный белок — гликопротеин, имеющий доменную структуру и содержащий несколько активных центров связывания (поливалентный белок). Фибронектин, располагаясь в межклеточном пространстве, участвует в структурной организации межклеточно­го вещества и в обеспечении межклеточного взаимодей­ствия в соединительной ткани. При недостаточном био­синтезе фибронектина у онкологических больных проис­ходит метастазирование (распространение) опухоли.

Биохимические изменения при некоторых патологи­ях соединительной ткани. Старение организма сопровож­дается изменениями в соединительной ткани:

уменьшением отношения основное вещество/волок­на;

уменьшением содержания воды;

- увеличением содержания коллагена;

снижением концентрации гликозаминогликанов;

изменением свойств коллагена (увеличение числа поперечных связей, снижение эластичности и спо­собности к набуханию).

Недостаток витамина С приводит к снижению актив­ности двух ферментов — пролин- и лизингидроксилаз в коллагене, уменьшает биосинтез проколлагена и тропоколлагена, уменьшает прочность структуры коллагена и в конечном итоге нарушает прочность стенок кровенос­ных сосудов, связок, фасций и т. д.

Избыток витамина D3, а отсюда избыток гормона кальцитриола приводит к деструкции органического и ми­нерального компонентов костей и усилению катаболизма коллагена, сопровождающегося усилением выделения с мочой оксипролина.

Паратгормон при гиперпаратиреоидизме, активируя катаболизм коллагена, способствует увеличению в моче оксипролина и ионов кальция.

Системная склеродермия и другие коллагенозы со­провождаются увеличением биосинтеза коллагена, вслед­ствие чего развивается фиброз внутренних органов, свя­зок и кожи. Одновременно усилен распад коллагена с уве­личением выделения оксипролина с мочой.

Кортикостероиды (например, кортизон, кортизол) ингибируют рост и деление фибробластов, биосинтез м-РНК проколлагена, биосинтез фибронектина, протеогликанов.

Повышение биосинтеза коллагена происходит при заживлении обширных ран, циррозах печени, мышечных дистрофиях и ряде других заболеваний.

При недостатке ионов меди, снижении активности лизиламинооксидазы (или ее генетически обусловленной недостаточности) нарушается биосинтез эластина.