БИОХИМИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

АННОТАЦИЯ

На основании анализа литературы дается описание структуры и функций соединительной ткани, особенностей катаболизма и последствий его нарушения.

Ключевые слова: соединительная ткань, коллаген, эластин, гликопротеины и протеогликаны, неколлагеновые структурные гликопротеины.

Соединительные ткани широко распространены в организме человека. В некоторых тканях их значение довольно велико не только в структурном, но и в функциональном плане. Они заполняют пространство между основными функциональными элементами органов, соединяя их в единое целое, и формируют фасции, сухожилия, хрящи, кости, скопления жировой клетчатки. Внеклеточный матрикс вместе с клетками различного типа (фибробласты, остеобласты, тучные клетки, макрофаги и волокнистые структуры) называют соединительной тканью [1].

Фибробласты являются главными клетками собственно соединительной ткани. Они обеспечивают построение компонентов внеклеточного матрикса и его обновление с участием гидролитических ферментов, выделяемых фибробластами. Фибробласты осуществляют синтез основных белков соединительной ткани – коллагена и эластина, ферментов, протеогликанов. Коллаген образует нити (фибриллы) различной толщины. Расположение нитей определяет их функцию, которая состоит в основном в придании  тканям прочности на разрыв. Коллагеновые нити состоят из субъединиц, которые носят название тропоколлаген. Они расположены регулярным образом и взаимно ориентированы в продольном и поперечном направлениях. Эластин образует структуры с резиновоподобными свойствами. Это связано с трехмерной упаковкой мономеров эластина (проэластина), которые соединяются поперечными ковалентными связями. На пространственную организацию субъединиц проэластина в волокне влияют структурные гликопротеины [3].

Кроме фибробластов соединительная ткань содержит клетки неспецифической защиты. Неспецифическую защиту осуществляют макрофаги (гистиоциты), а также нейтрофилы. Защитные клетки имеют рецепторный аппарат с широким спектром чувствительности к микроорганизмам, продуктам деградации различных макромолекул и даже к минеральным элементам.

Внеклеточный (межклеточный) матрикс соединительной ткани – гелеобразная среда, заполняющая промежутки между клетками, состоящая из основного вещества и погруженных в него волокон разного типа [1].

Коллаген. Молекула коллагена состоит из трех полипептидных цепей, в каждой из которых примерно 1000 аминокислотных остатков, среди которых доминирует глицин (33%). Кроме глицина, в коллагене содержится большое количество аланина, пролина, оксипролина и оксилизина. Два последних специфичны для коллагена. Вторичная структура представляет собой β-спираль с левосторонним направлением вращения. Три таких β-спирали посредством поперечных связей свиваются в тройную спираль – тропоколлаген диаметром 1,5 нм и длиной 270 нм. Четвертичные коллагеновые структуры тоже стабилизируются поперечными связями. Такое завершение строительства коллагеновых волокон осуществляется во внеклеточной среде.  Коллаген – ярко выраженный полиморфный белок. Он синтезируется разными клетками соединительной ткани (фибробластами, хондробластами, остеобластами), эпителиоцитами и эндотелиоцитами, а потому представлен большой группой стабильных трехспиральных белковых молекул. В настоящее время известно 19 типов коллагена, которые отличаются друг от друга первичной структурой пептидных цепей, функциями и локализацией в организме. 95% всего коллагена в организме человека составляют коллагены 1, 2, 3 типов, которые образуют прочные фибриллы. Они являются структурными компонентами органов и тканей, которые испытывают постоянную или периодическую механическую нагрузку (кости, сухожилия, хрящи, межпозвоночные диски, кровеносные сосуды), а также участвуют в образовании стромы паренхиматозных органов [2]. Уменьшение скорости катаболизма коллагена ведет к фиброзу органов и тканей (в основном печени и легких). Наиболее катаболизм коллагена происходит при аутоиммунных заболеваниях в результате избыточного синтеза коллагеназы при иммунном ответе, при ревматоидном артрите, гиперсекреции паратгормона. Регуляция синтеза коллагена происходит по типу обратной связи: повышение количества коллагена приводит к уменьшению скорости его синтеза.

Гормональная регуляция: кортизол уменьшает синтез коллагена, ингибирует гидроксилирование остатков пролина и лизина в его составе; половые гормоны в менопаузе уменьшают синтез коллагена в дерме. Витамин C способствует активации синтеза коллагена.

Эластин. Является основным структурным компонентом эластических волокон, которые содержатся в тканях, обладающих значительной эластичностью (кровеносные сосуды, связки, легкие). Эластин – гликопротеин с молекулярной массой 70 кДа, который содержит около 30% глицина, много аминокислот с гидрофобными радикальными группами (ала, вал, лей). В основе структуры эластина лежит «паучья» структура, представленная десмозином или изодесмозином, обеспечивающая основное свойство эластических волокон – растяжимость. Основными причинами нарушений синтеза эластина являются: снижение активности лизилоксидазы, наблюдающееся при дефиците витамина B6 и меди; наследственные причины. Клинически это проявляется кардиоваскулярными изменениями (аневризмы, разрывы аорты, дефекты клапанов сердца), частыми пневмониями и развитием эмфиземы легких. Катаболизм эластина происходит при участии эластазы нейтрофилов. Освобождаемый десмозин при катаболизме служит маркером распада эластина. Ингибитором эластазы является α1-антитрипсин, который используется при лечении эмфиземы легких.

Гликопротеины и протеогликаны. Гликопротеины делятся на 2 группы: собственно гликопротеины и протеогликаны (высокомолекулярные соединения, состоящие из белка – 5-10% и ГАГ – 90-95%). Синтез ГАГ катализируют ферменты семейства трансфераз, локализованных на мембранах аппарата Гольджи. Катаболизм ГАГ осуществляется экзо- и эндогликозидами и сульфатазами, к которым относят гиалуронидазу, глюкуронидазу, галактозидазу и др. С помощью эндоцитоза ГАГ поступают в лизосомы клеток, где постепенно происходит полное их расщепление до мономеров. Наследственный дефект синтеза каких-либо лизосомальных гидролаз, участвующих в катаболизме ГАГ, приводит к развитию тяжелых заболеваний – мукополисахаридозов. Они характеризуются избыточным накоплением ГАГ в тканях, что приводит к деформации скелета, тяжелым поражениям опорно-двигательного аппарата, увеличению органов, поражению сосудов, помутнению роговицы, значительным нарушениям в умственном развитии детей, уменьшению продолжительности жизни.

Неколлагеновые структурные гликопротеины. К ним относятся фибронектин, ламинин, нидоген, остеонектин – сложные белки, обеспечивают структурную организацию межклеточного матрикса, способствуют межклеточному взаимодействию. Фибронектин построен из 2 полипептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками; выполняет интегрирующую роль в организации межклеточного вещества и способствует адгезии клеток. Ламинин – гликопротеин базальных мембран. Имеет центры связывания с клетками и влияет на рост, морфологию, дифференцировку и подвижность клеток. Остеонектин является сиалогликопротеином. Регулирует морфогенез, ремоделирование и репарацию костной ткани [1].

Список литературы:

1. Данилова Л.А. Биохимия : учеб. для вузов. – СПб: СпецЛит, 2020. С.296-305.
2. Потехина Ю.П. Структура и функции коллагена // Рос. остеопат. журн. 2016. №1-2 (32-33). С. 87-89.
3. Северин С.Е., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В., Силаева С.А. Биохимия : учеб. для вузов. – М: МИА, 2017. С.469-487.