биохимия экзамен. 1. Белки элементный и аминокислотный состав. Физиологическая роль белков. Первичная структура белков и ее информационная роль. Конформация белка этапы формирования, особенности влияния условий среды. Конформационная лабильность белков

• Название: 1. Белки элементный и аминокислотный состав. Физиологическая роль белков. Первичная структура белков и ее информационная роль. Конформация белка этапы формирования, особенности влияния условий среды. Конформационная лабильность белков
• Анкор: биохимия экзамен
• Дата: 29.01.2020
• Размер: 6.55 Mb.
• Имя файла: BIOKhIMIYa_EKZAMEN-1.docx
• Тип: Документы; #106358
• страница: 21 из 24

Экзогенно железо попадает в организм при некоторых профессиональных, при боевой и бытовой травме, в случае попадания в организм осколков гранат, снарядов. Металлическое железо, попав в организм, может откладываться там в виде осколков трехвалентного железа.
Второй путь накопления железа в организме – эндогенный, наблюдается в следующих случаях:
1. При кровоизлияниях, гемолизе, результате чего железо освобождается из эритроцитов;
2. При нарушении использования организмом железа (гиперхромные анемии);
3. При нарушении транспорта железа белками сыворотки крови.

88.Катаболизм гемоглобина, распад гема - образование билирубина в клетках РЭС. Неконъюгированный билирубин (непрямой) и конъюгированный (прямой) билирубин - механизм образования, строение, свойства. Экскреция билирубина в кишечник и дальнейший его распад в кишечнике: конечные продукты катаболизма билирубина.

Старые поврежденные эритроциты фагоцитируются клетками РЭС и перевариваются в лизосомах. При распаде гемоглобина образуется жёлчный пигмент билирубин. Дальнейший катаболизм билирубина в печени, кишечнике и почках приводит к образованию уробилиногенов и уробилина, которые выходятся с калом и мочой. Железо, освобождающееся при распаде гема, снова используется для синтеза железосодержащих белков.
Первая реакция распада гемоглобина – это гидролиз его белковой части.
Катаболизм гема, освобождение от белковой части происходит в микросомальной фракции при участии сложной гем-оксигеназной ферментативной системы, требующей наличие НАДФН₂ и кислорода. При поступлении гема в гемаксиназную систему микросом ионы железа окисляются в ферри форму, т.е. гем превращается в гемин.
гем (Fe²⁺) (над: оксигеназа) гемин(Fe³⁺) (это ферри форма)  (над: редуктаза; под: НАДФH₂НАДФ) гемин (Fe²⁺) (ферро форма)  (над: редуктаза, +О₂; под: НАДФН₂НАДФ)оксигемин (Fe³⁺) (над: редуктаза, +О₂; под: -СО, -Fe³⁺)биливердин ( над: НАДФН₂НАДФ) билирубин (над: +альбумин) билирубин-альбумин (неконъюгированный билирубин - НБ).
В процессе реакций катаболизма гема, гемин восстанавливается с помощью редуктаз (НАДФН₂) в ферро-форму (Fe²⁺).
При участии НАДФН₂, кислород проходит последующее превращение с раскрытием тетрапирольного кольца гема, с выделением окиси углерода (СО) и освобождением ферри-иона (Fe³⁺).
Образуется ациклическое соединение биливердин, у которого редуктаза восстанавливает метиловый мостик между 3 и 4 пирролами, образуется желтый, токсический для клеток, пигмент – билирубин.
Химические превращения гема в билирубин в клетках МФ можно наблюдать внутри организма в гематоме, где пурпурный цвет, обусловленный гемом, медленно переходит в желтый цвет, обусловленный билирубином.
Образованный в клетках билирубин является токсическим веществом, удаляется из них и поступает в кровь, взаимодействуя с транспортными белками - альбуминами.
Образованное комплексное соединение билирубин-альбумин называется неконъюгированный билирубин - НБ.
НБ имеет свойства:
1. токсичен;
2. гидрофобен;
3. адсорбирован на альбумине;
4. не проходит через почечный эпителий;
5. не дает прямой реакции с диазо-реактивом Эрлиха.
НБ с помощью альбумина поступает для детоксикации в печень, где в гепатоцитах, в реакции конъюгации с глюкуроновой кислотой, при участии ТФ (транскрипционного фактора) образуются:
- билирубин-моноглюкурониды (20%);
- билирубин-диглюкурониды (80%).
Эти билирубины носят название конъюгированного билирубина – КБ.
КБ имеет свойства:
1. не токсичен;
2. гидрофилен;
3. не связан с белками;
4. легко проникает через почечный барьер;
5. дает прямую реакцию с диазо-реактивом Эрлиха.

Этот билирубин (КБ) может проникать в кровяные капилляры. Далее из печени КБ в составе желчи поступает в клетки, где под влиянием ферментов микрофлоры он гидролизуется. Отщепившаяся глюкуроновая кислота всасывается в слизистую кишечника и через воротную вену вновь поступает в печень, где может использоваться для детоксикации.

Билирубин под влиянием ферментов кишечной микрофлоры многократно восстанавливается, превращается в мезобилиноген, часть которого может всасываться слизистой и через систему воротной вены поступать в печень, где разрушается до моно-, дипирролов, которые из организма удаляются в составе желчи с каловыми массами.
Незначительная часть мезобилиногена с током крови поступает в почки, где превращается в другой пигмент – уробилиноген, который, окисляясь, образует пигмент мочи – уробилин.
Большая часть мезобилиногена в толстом отделе кишечника под влиянием ферментов кишечной микрофлоры, восстанавливаясь, превращается в стеркобилиноген – основной пигмент кала, который, окисляясь, превращается в стеркобилин.

89.Нарушения в обмене билирубина (пигментном обмене): желтухи: гемолитическая; печеночно-клеточная; обтурационная. Диагностическое значение определения билирубина в сыворотке крови и моче. Физиологическая желтуха новорожденных.

Патология пигментного обмена связана с нарушением процессов катаболизма гема и выражается гипербилирубинемией и проявляется в желтушечности кожи и видимых слизистых оболочек. Накапливаясь в ЦНС, билирубин вызывает интоксикацию. При гипербилирубинхмиях меняется соотношение НБ и КБ.
Выделяют следующие желтухи:
1. Механическая (обтурационная), которая связана с нарушением оттока желчи в клетках по причинам болезни печени, желчного пузыря, при закупорки желчевыводящих путей в случае глистной инвазии, при сдавлении опухолью из вне. В процессе застоя желчи растягиваются желчные капилляры, увеличивается их проницаемость.
КБ (конъюгированного билирубин) поступает в кровь и за счет него развивается гипербилирубиннемия.
В крови резко увеличивается активность ферментов: щелочной фосфатазы, гамма-глутамилтрансминазы (ГГТ).
В моче резко увеличивается содержание билирубина, уменьшается уробилина. Количество стеркобилина в кале резко уменьшается, кал становиться ахоличным, т.е. обесцвечивается.

2. Гемолитическая. Гемолиз эритроцитов может быть при гемолитических болезнях новорожденных, при переливании несовместимой группы крови, при дефиците ферментативных систем эритроцита, при гемоглобинозах (нарушение структуры гема, гемоглобина).
В крови наблюдается гипербилирубиннемия за счет НБ (неконъюгированного билирубин). Резко уменьшается количество эритроцитов и содержание гемоглобина.
В моче билирубин отсутствует, резко увеличивается содержание уробилина, содержание стеркобилина в кале увеличивается.
Моча таких больных интенсивно оранжевая, кал темный.

2. Паренхиматозная (острые гепатиты). Повреждение гепатоцитов при острых гепатитах (инфекционные заболевания, вирус гепатита, отравление), при этом уменьшается активность глюкоуронил-ТФ, что ведет к нарушению образования КБ. Токсическое воздействие на биомембрану ведет к увеличению проницаемости мембран гепатоцитов и переводу в кровь НБ и КБ. Развивается смешенная гипербилирубинемия.
В крови резко увеличивается активность ферментов.
В моче, в больших количествах обнаруживается КБ – гипербилирунурия, уробилин, содержание стеркобилина в кале уменьшается.

При диагностике желтух надо иметь в виду, что на практике редко отмечают желтуху какого-либо одного типа в "чистом" виде. Гипербилирубинемия может быть следствием избытка как связанного, так и свободного билирубина. Измерение их концентраций по отдельности необходимо при постановке диагноза желтухи. Если концентрация билирубина в плазме <100 мкмоль/л и другие тесты функции печени дают нормальные результаты, возможно предположить, что повышение обусловлено за счёт непрямого билирубина. Чтобы подтвердить это, можно сделать анализ мочи, поскольку при повышении концентрации непрямого билирубина в плазме прямой билирубин в моче отсутствует. При дифференциальной диагностике желтух необходимо учитывать содержание уробилиногенов в моче. Если с мочой выделяется повышенное количество уробилиногенов, то это - свидетельство недостаточности функции печени. Присутствие в моче не только уробилиногенов, но и прямого билирубина указывает на поражение печени и нарушение поступления жёлчи в кишечник.

Физиологическая желтуха новорожденных. Обычно развивается на 3-4 сутки после рождения и держится в среднем 7-8 дней. Связана с тем, что при рождении в крови содержится много эритроцитов, скорость распада которых высокая, а детоксикация билирубина в печени в первые дни после рождения развита слабо по причине низкой активности генов, ответственных за синтез глюкуронил-ТФ.
У недоношенных детей желтуха выражена сильнее и держится 4-5 недель. Если содержание билирубина в крови высокое и держится долго, то страдает прежде всего ЦНС. Тогда необходимо проводить переливание крови, вводить барбитураты, которые индуцируют метаболизм билирубина в печень. Проводимая светотерапия ускоряет выведение билирубина из организма.

90.Система микросомального окисления. Роль цитохрома Р450 в инактивации ксенобиотиков. Реакции конъюгации. Обезвреживание продуктов, образующихся из аминокислот под действием микроорганизмов кишечника. Биотрансформация лекарств в печени.

Система микросомального окисления содержит цитохромы Р-450 и b₅. Она играет большую роль в обезвреживании многих токсинов и лекарств путем их гидроксилирования. При этом часто образуется пероксид водорода, который разрушается каталазой.
Катализируют низкоспецифичные реакции. Эти монооксигеназы функционируют в комплексе с различными ЦПЭ (цепь переноса электронов):
А. Цепь НАДФН₂-Р₄₅₀ редуктаза – Цитохром Р₄₅₀
Донорами протонов и электронов для этой цепи являются НАДФН₂.
Субстратами являются гидрофобные вещества экзогенного (лекарства, ксенобиотики) и эндогенного (стероиды, жирные кислоты и т.д.) происхождения.Регуляция активности осуществляется индукцией синтеза ферментов.
НАДФН₂-Р₄₅₀ редуктаза. Цитозольный домен содержит 2 кофермента ФАД и ФМН, гидрофобный домен фиксирует фермент в мембране. НАДФН₂-Р₄₅₀ редуктаза переносит электроны с НАДФН₂ на цитохром Р₄₅₀.
Цитохром Р₄₅₀ – интегральный гемопротеин, содержит простетическую группу гем, имеет участки связывания для О₂ и субстрата. Открыто 150 генов, кодирующих различные изоформы цитохрома Р₄₅₀. Каждая из изоформ Р₄₅₀ имеет много субстратов и отличается от других изоформ Р₄₅₀ только белковой частью.

Цитохром Р₄₅₀ передает 2 электрона на 1 атом молекулы кислорода, который превращается в О^2-, при взаимодействии с 2 протонами О^2- дает воду. Второй атом молекулы кислорода включается в субстрат RH, образуя ROH.
Б. Цепь НАДН₂-цитохром b₅ редуктаза – Цитохром b₅ – стеароил-КоА-десатураза
Донорами протонов и электронов для этой цепи являются НАДН₂.
НАДН₂-цитохром b₅ редуктаза – двухдоменный белок, цитозольный домен содержит ФАД, гидрофобный домен фиксирует фермент в мембране. НАДН₂-b₅ редуктаза переносит электроны с НАДН₂ на цитохром b₅.
Цитохром b₅. Цитозольный домен содержит гем, гидрофобный домен фиксирует фермент в мембране. Цитохром b₅ может передавать свои электроны на различные ферменты, образуя различные ЦПЭ (цепь переноса электронов), при этом он участвует в десатурации и элонгации жирных кислот, в синтезе холестерина, плазминогенов и церамида.
Стеароил-КоА-десатураза – интегральный фермент, содержит негеминовое железо. Катализирует образование 1 двойной связи между 9 и 10 атомами углерода в жирных кислотах. Стеароил-КоА-десатураза переносит электроны с цитохрома b₅ на 1 атом кислород, при участии протонов этот кислород образует воду. Второй атом кислорода включается стеариновую кислоту с образованием её оксиацила, который дегидрируется до олеиновой кислоты.

Конъюгация происходит путем химического связывания ксенобиотиков с активными формами – УДФ-ГК (уридиндифосфоглюкуроновая к-та), ФАФС (фосфоаденозинфосфосульфат), Ац-КоА и глицина.
При образовании конъюгатов значительно уменьшается количество токсических соединений, увеличивается водорастворимость, что облегчает выведение их из организма в составе мочи.
Конъюгацией с глюкуроновой кислотой подвергаются: ксенобиотики, стероиды, билирубин, витамины D₂, D₃.
С серной кислотой: ксенобиотики, стероиды, тирамины, токаферолы, продукты гниения белков.
С уксусной кислотой - все соединения, имеющие свободную аминогруппу.
С глицином - соединения, имеющие СООН-группу.
Реакции конъюгации ксенобиотиков:
1. с глюкороновой кислотой (УДФ-ГК):
[УДФ-ГК+ фенол(Тиаминфосфат) фенилглюкоуронид+ УДФ]
2. с серной кислотой:
[ индоксил+ НО₃S-ФАФ (это ФАФС)(тиаминфосфат) индоксилсульфат+ ФАФ]
3. с глицином:
[ бензойная кислота+ NH₂-CH₂-COOH (это глицин) (Тиаминфосфат) гиппуровая кислота+ Н₂О]



Обезвреживание. Аминокислоты, не всосавшиеся в клетки кишечника, используются микрофлорой толстой кишки в качестве питательных веществ. Ферменты бактерий расщепляют аминокислоты и превращают их в амины, фенолы, индол, скатол, сероводород и другие ядовитые для организма соединения. В основе гниения лежат реакции декарбоксилирования и дезаминирования аминокислот.
•Под действием ферментов бактерий из аминокислоты тирозина могут образовываться фенол и крезол путём разрушения боковых цепей аминокислот микробами.
Всосавшиеся продукты по воротной вене поступают в печень, где обезвреживание фенола и крезола может происходить путём конъюгации с сернокислотным остатком (ФАФС) или с глюкуроновой кислотой в составе УДФ-глюкуроната.
Конъюгация глюкуроновых кислот с фенолом и крезолом происходит при участии фермента УДФ-глюкуронилтрансферазы.
Продукты конъюгации хорошо растворимы в воде и выводятся с мочой через почки.
• В кишечнике из аминокислоты триптофана микроорганизмы образуют индол и скатол. Бактерии разрушают боковую цепь триптофана, оставляя нетронутой кольцевую структуру.
• Индол образуется в результате отщепления бактериями боковой цепи, возможно, в виде серина или аланина.
Скатол и индол обезвреживаются в печени в 2 этапа. Сначала в результате микросомального окисления они приобретают гидроксильную группу. Так, индол переходит в индоксил, а затем вступает в реакцию конъюгации с ФАФС, образуя индоксилсерную кислоту.
Синтез гиппуровой кислоты из бензойной кислоты и глицина протекает у человека и большинства животных преимущественно в печени. В клинической практике используют определение скорости образования и выведения гиппуровой кислоты после введения в организм ксенобиотика бензойной кислоты.

Биотрансформация большинства лекарств осуществляется в печени, их подразделяют на две подгруппы: вещества с высоким печёночным клиренсом и вещества с низким печёночным клиренсом.
• Для лекарств с высоким печёночным клиренсом характерна высокая степень извлечения (экстракции) из крови, что обусловлено значительной активностью (ёмкостью) метаболизирующих их ферментных систем. Поскольку они быстро и легко метаболизируются в печени, клиренс их зависит от величины и скорости печёночного кровотока.
• Низкий печёночный клиренс зависит не от скорости печёночного кровотока, а от активности ферментов и степени связывания лекарств с белками крови.

91. Гликозаминогликаны и протеогликаны, их функции в организме. Строение и классы гликозаминогликанов. Биосинтез гликозаминогликанов. Типы связей с коровыми белками. Регуляция синтеза.

Гликозаминогликаны (ГАГ) — линейные отрицательно заряженные гетерополисахариды. ГАГ могут связывать большое количество воды, в результате чего межклеточное вещество приобретает желеобразный характер.
Протеогликаны — высокомолекулярные соединения, состоящие из гликозаминогликанов (90—95%) и белка (5—10%). Они образуют основное вещество межклеточного матрикса соединительной ткани и могут составлять до 30% сухой массы ткани.
ГАГ и протеогликаны специфически взаимодействуют с коллагеном, эластином, фибронектином, ламинином и другими белками межклеточного матрикса.
Функции протеогликанов и ГАГ:
1. являются структурными компонентами межклеточного матрикса;
2. участвуют в межклеточных взаимодействиях, формировании и поддержании формы клеток и органов, образовании каркаса при формировании тканей.
3. являясь полианионами, могут связывать, кроме воды, большие количества катионов (Na⁺, K⁺, Са²⁺) и формировать тургор различных тканей;
4. играют роль молекулярного сита, они препятствуют распространению патогенных микроорганизмов;
5. гиалуроновая кислота и протеогликаны выполняют рессорную функцию в суставных хрящах;
6. гепарансульфатсодержащие протеогликаны способствуют созданию фильтрационного барьера в почках;
7. кератансульфаты и дерматансульфаты обеспечивают прозрачность роговицы;
8.гепарин — антикоагулянт крови;
9.гепарансульфаты — компоненты плазматических мембран клеток, где они могут функционировать как рецепторы и участвовать в клеточной адгезии и межклеточных взаимодействиях. Они также выступают компонентами синаптических и других пузырьков.

Строение и классы ГАГ

ГАГ представляют собой длинные неразветвлённые цепи гетерополисахаридов, которые построены из повторяющихся дисахаридных единиц. 1 мономером этого дисахарида является гексуроновая кислота, 2 мономером — производное аминосахара (глюкоз- или галактозамина). NH₂-группа аминосахаров обычно ацетилирована. Кроме гиалуроновой кислоты, все ГАГ содержат сульфатные группы (О-эфиры или N-сульфаты).
У ГАГ существует 6 основных классов:
Гиалуроновая кислота находится во многих органах и тканях. В хряще она связана с белком и участвует в образовании протеогликановов, в стекловидном теле глаза, пупочном канатике, суставной жидкости встречается и в свободном виде. Гиалуроновая кислота содержит несколько тысяч дисахаридных единиц (1. D-глюкуроновая кислота (β1→3), N-ацетил-D-глюкозамин (β1→4)), молекулярная масса её достигает 10⁵—10⁷ Да.
Хондроитинсульфаты — самые распространённые ГАГ; они содержатся в хряще, коже, сухожилиях, связках, артериях, роговице глаза. Хондроитинсульфаты являются составным компонентом агрекана — основного протеогликана хрящевого матрикса. Одна цепь содержит около 40 дисахаридных единиц (1. D-глюкуроновая кислота (β1→3), N-ацетил-D-галактозамин-4-сульфат (β1→4)) и имеет молекулярную массу 10⁴-10⁶ Да.
Кератансульфаты — наиболее гетерогенные гликозаминогликаны; отличаются друг от друга по суммарному содержанию углеводов и распределению в разных тканях. Кератансульфат I находится в роговице глаза. Кроме повторяющейся дисахаридной единицы содержит L-фукозу, D-маннозу и сиаловую кислоту.
Кератансульфат II есть в хрящевой ткани, костях, межпозвоночных дисках. Кроме повторяющейся дисахаридной единицы содержит N-ацетилгалактозамин, L-фукозу, D-маннозу и сиаловую кислоту. В отличие от других ГАГ, кератансульфаты вместо гексуроновой кислоты содержат галактозу. Молекулярная масса одной цепи 4х10³ - 20х10³ Да.
Дерматансульфат широко распространён в тканях, особенно он характерен для кожи, кровеносных сосудов, сердечных клапанов. В составе малых протеогликанов (бигликана и декорина) дерматансульфат содержится в межклеточном веществе хрящей, межпозвоночных дисков, менисков. Молекулярная масса одной цепи 15х10³ - 40х10³ Да.
Гепарин — важный компонент противосвёртывающей системы крови. Он синтезируется тучными клетками и находится в гранулах внутри этих клеток. Наибольшие количества обнаруживаются в лёгких, печени и коже. В гепарине больше N-сульфатных групп, чем в гепарансульфате. Молекулярная масса 6х10³ - 25х10³ Да.
Гепарансульфат находится во многих органах и тканях, где входит в состав протеогликанов базальных мембран. Гепарансульфат является постоянным компонентом клеточной поверхности. Молекулярная масса цепи 5х10³ до 12х10³ Да.

Синтез ГАГ
1. На рибосомах синтезируется коровый белок, который по ЭПР (эндоплазматический ретикулум) поступает в аппарат Гольджи.
2. В аппарате Гольджи с участием трансфераз, локализованных на мембране, на коровом белке путём последовательного присоединения моносахаридов растет цепь ГАГ.
а). Сначала на коровом белке образуется связующий трисахарид: галактоза-галактоза-ксилоза, который может быть присоединен к коровому белку: 1). О-гликозидной связью между серином и ксилозой; 2). О-гликозидной связью между серином или треонином и N-ацетилгалактозамином; 3). N-гликозиламиновой связью между амидным азотом аспарагина и N-ацетилглюкозамином. (Связи с коровыми белками!!)
б). Затем, на связующем трисахариде наращивается полисахаридная цепь ГАГ. Донорами моносахаридов обычно являются соответствующие УДФ-производные: УДФ-глюкоза, УДФ-глюкуроновая кислота, УДФ-N-ацетилглюкозамин, УДФ-N-ацетилгалактозамин и т.д.
УДФ-глюкуронат образуется при окислении УДФ-глюкозы.
N-ацетилглюкозамин, N-ацетилгалактозамин и сиаловой кислоты синтезируются в соединительной ткани из фруктозо-6-ф (образуется из глюкозы). Источником NH₂-группы для аминосахаров служит глутамин. Аминосахар далее ацетилируется с помощью ацетил-КоА. Затем образуются их УДФ-производные.
3. Некоторые углеводы в составе ГАГ сульфируются сульфотрансферазами, донором сульфатной группы выступает ФАФС.
4. L-идуроновая кислота образуется в составе ГАГ в результате реакции эпимеризации D-глюкуроновой кислоты.

Регуляция синтеза ГАГ
Синтез ГАГ стимулируют инсулин, СТГ (соматотропный гормон), половые гормоны.
Синтез ГАГ тормозят глюкокортикоиды.

92. Разрушение гликозаминогликанов, ферменты, принимающие участие в этом процессе. Мукополисахаридозы.

Катаболизм. ГАГ отличаются высокой скоростью обмена: Т½ многих из них составляет от 3 до 10 дней (только для кератансульфата 120 дней). Разрушение ГАГ начинается в матриксе с участием экзо- и эндогликозидаз и сульфатаз (гиалуронидаз, глюкуронидаз, галактозидаз, идуронидаз и др.). Затем, из внеклеточного пространства фрагменты ГАГ фагоцитируются клетками и гидролизуются до мономеров с участием лизосомальные гидролаз.

Мукополисахаридозы — заболевания, связанные с генетическим дефектом гидролаз, участвующих в катаболизме ГАГ. Эти заболевания характеризуются избыточным накоплением ГАГ в тканях, приводящим к деформации скелета и увеличению органов, содержащих большие количества внеклеточного матрикса. Обычно поражаются ткани, в которых в норме синтезируются наибольшие количества ГАГ. В лизосомах при этом накапливаются фрагменты ГАГ, а с мочой выделяются олигосахариды из ГАГ.
Проявляются мукополисахаридозы значительными нарушениями в умственном развитии детей, поражениями сосудов, помутнением роговицы, деформациями скелета, низкой продолжительность жизни.
Эти болезни в настоящее время не поддаются лечению.

93.Биологическая роль межклеточного матрикса, его основные компоненты. Коллаген, особенности структуры, биологическая роль. Эластин, особенности структуры, биологическая роль.

Межклеточный матрикс — это надмолекулярный комплекс, образованный сложной сетью связанных между собой макромолекул.
В организме межклеточный матрикс формирует такие высокоспециализированные структуры, как хрящ, сухожилия, базальные мембраны, а также (при вторичном отложении фосфата кальция) кости и зубы;формирует каркас органов и тканей; является универсальным «биологическим» клеем; участвует в регуляции водно-солевого обмена; окружая клетки, влияет на их прикрепление, развитие, пролиферацию, организацию и метаболизм.
Химический состав межклеточного матрикса
В состав межклеточного матрикса входят: 1). Коллагеновыеиэластиновые волокна. Они придают ткани механическую прочность, препятствуя ее растяжению; 2). аморфное вещество в виде ГАГ и протеогликанов. Оно удерживает воду и минеральные вещества, препятствует сдавливанию ткани; 3). неколлагеновые структурные белки - фибронектин, ламинин, тенасцин, остеонектин и др. Может присутствовать минеральный компонент - в костях и зубах: гидроксиапатит, фосфаты кальция, магния и т.д. Он придает механическую прочность костям, зубам, создает запас в организме кальция, магния, натрия, фосфора.

Коллаген — фибриллярный белок, основной структурный компонент межклеточного матрикса. Коллаген обладает огромной прочностью и практически не растяжим. Это самый распространенный белок организма, на него приходиться от 25 до 33% общего количества белка в организме, т.е. 6% массы тела. Около 50% всех коллагеновых белков содержится в тканях скелета, около 40% — в коже и 10% — в строме внутренних органов.
Под коллагеном понимают два вещества: тропоколлаген и проколлаген.
Молекула тропоколлагена состоит из 3 α-цепей. Известно около 30 видов α-цепей, отличающихся между собой аминокислотным составом. Большинство α-цепей содержит около 1000АК. В тропоколлагене содержится 33% глицина, 25% пролина и 4-оксипролина, 11% аланина, есть гидроксилизин, мало гистидина, метионина и тирозина, нет цистеина и триптофана.
•Первичная структура α-цепей состоит из повторяющейся аминокислотной последовательности: Глицин-X-Y. В X положении чаще всего находиться пролин, а в Y – 4-оксипролин или 5-оксилизин.
•Пространственная структура α-цепи представлена левозакрученной спиралью в витке которой находиться 3 АК.
•3 α-цепи скручиваются друг с другом в правозакрученную суперспираль тропоколлагена. Она стабилизируется водородными связями, радикалы АК направлены наружу.
Молекула проколлагена устроена также как и тропоколлагена, но на ее концах находятся С- и N-пропептиды, образующие глобулы. N-концевой пропептид состоит из 100АК, С-концевой пропептид – из 250АК. С- и N-Протеопептиды содержат цистеин, который через дисульфидные мостики образует глобулярную структуру.
Биологическая роль заключается в:
крепость, жесткость, сопротивление растяжению костей;
эластичность и сопротивление сдавливанию хрящевой ткани;
проницаемость мембран;
эластичность и упругость кожи;
гибкость и растяжимость (во всех направлениях) сосудов.

Эластин — гликопротеин с молекулярной массой 70 кДа, основной белок эластических во­локон, которые в больших количествах содер­жатся в межклеточном веществе кожи, стенок кровеносных сосудов, связках, лёгких. Эти ткани могут растягиваться в несколь­ко раз по сравнению с исходной длиной, со­храняя при этом высокую прочность на разрыв.
Первичная структура эластина образована полипептидной цепью из 800 АК, в которой преобладают глицин, валин, аланин, содержится много пролина и лизина, немного гидроксипролина, отсутствует гидроксилизин.
Большое количество гидрофобных радикалов препятствует созданию регулярной вторичной и третичной структуры эластина, поэтому он приобретает различные конформации.
В межклеточном пространстве молекулы эла­стина образуют волокна и слои, в которых от­дельные пептидные цепи связаны множеством жёстких поперечных сшивок в разветвлённую сеть. Сшивки между ос­татками лизина двух, трёх или четырёх пептидных цепей, образуют специфические структуры, которые называются десмозинами (десмозин или изодесмозин).
Кроме десмозинов, в образовании попереч­ных сшивок может участвовать лизиннорлейцин, который образуется двумя остатками лизина.
Наличие ковалентных сшивок между пептид­ными цепочками с неупорядоченной, случайной конформацией позволяет всей сети волокон эла­стина растягиваться и сжиматься в разных на­правлениях, придавая соответствующим тканям свойство эластичности.

94.Биосинтез коллагена. Регуляция. Роль витамина С в процессах гидроксилирования пролина и лизина при синтезе коллагена. Разрушение коллагена. Коллагенозы.

Синтез и созревание коллагена — сложный многоэтапный процесс, начинающийся в клетке, а завершающийся в межклеточном матриксе:
1. На полисомах ЭПР (эндоплазматический ретикулум) синтезируются полипептидные препро-α-цепиколлагена. Они содержат, начиная с N-конца: 1). гидрофобный «сигнальный» пептид, содержащий около 100 АК; 2). N-концевой пропептид, содержащий около 100 АК, в том числе цистеин; 3). α-цепь коллагена 4). С-концевой пропептид, содержащий около 250 АК, в том числе цистеин. Концевые С- и N-пропептиды формируют глобулярные домены и необходимы для правильного формирования тройной спирали. «Сигнальный» пептид, обеспечивает поступление синтезируемой на рибосоме препро-α-цепи в полость ЭПР.
2. В полости ЭПР при отщеплении сигнального пептида препро-α-цепи коллагена превращаются в про-α-цепи.
3. Поступающие в полости ЭПР про-α-цепи коллагена подвергаются модификации.
а). Цистеины N-пропептидов образуют внутрицепочечные дисульфидные мостики, формируя на N-конце глобулярную структуру;
б). Пролины и лизины в Y-положении (гли-х-у) про-α-цепей гидроксилируются пролил-4-гидроксилазой и лизил-5-гидроксилазой в 4-гидроксипролины (Hyp) и 5-гидроксилизины (Hyl). Некоторые пролины в Х-положениях гидроксилируются в 3-гидроксипролины пролил-3-гидроксилазой. Оксигеназы (гидроксилазы), содержат Fe²⁺, находятся на мембране ЭПР. Для реакции необходимы а-КГ, О₂ и витамин С.

Роль витамина С. 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. Обратное превращение происходит в ферментативном процессе за счёт восстановленного глутатиона. Гидроксилирование пролина необходимо для стабилизации тройной спирали коллагена, ОН-группы гидроксипролина (Hyp) участвуют в образовании водородных связей. А гидроксилирование лизина очень важно для последующего образования ковалентных связей между молекулами коллагена при сборке коллагеновых фибрилл. При цинге - заболевании, вызванном недостатком витамина С, нарушается гидроксилирование остатков пролина и лизина. В результате этого образуются менее прочные и стабильные коллагеновые волокна, что приводит к большой хрупкости и ломкости кровеносных сосудов с развитием цинги. Клиническая картина цинги характеризуется возникновением множественных точечных кровоизлияний под кожу и слизистые оболочки, кровоточивостью дёсен, выпадением зубов, анемией.

в). Гидроксилизин про-α-цепей при участии гликозилтрансфераз гликозилируется галактозой или галактозилглюкозой.
4. В просвете ЭПР (эндоплазматический ретикулум) после отделения от рибосом про-α-цепей, 3 из них с помощью С-концевых пропептидов соединяются между собой дисульфидными мостиками и скручиваются с образованием тройной спирали проколлагена. Тройная спираль проколлагена стабилизируется водородными связями. После этого гидроксилирование и гликозилирование про-α-цепей прекращается.
5. Из ЭПР молекулы проколлагена перемещаются в аппарат Гольджи, включаются в секреторные пузырьки и секретируются в межклеточное пространство.
6. В межклеточном матриксе от некоторых проколлагенов (I, II, III, V, XI типов) проколлагенпептидазы отщепляют концевые С- и N-пропептиды, в результате чего образуется тропоколлагены. У проколлагенов IV, VIII, X типов концевые пропептиды не отщепляются.

Синтезированные молекулы проколлагенов и тропоколлагенов способны образовывать различные структуры. Например, тропоколлагены образуют фибриллы, а проколлагены образуют сети и решетки.

Регуляция синтеза коллагена
Синтез коллагена стимулируют половые гормоны, инсулин, СТГ, тиреоидные гормоны, аскорбиновая кислота (а также синтез протеогликанов и пролиферацию фибробластов).
Синтез коллагена тормозят глюкокортикоиды (путём снижения уровня мРНК проколлагена и ингибированием активности пролил-и лизилгидроксилазы), сам коллаген и N-пpoпептиды после своего отщепления.

Катаболизм коллагена
Разрушение коллагеновых волокон осуществляется активными формами кислорода и ферментативно (гидролитически) коллагеназами тканевыми и бактериальными.
Тканевая коллагеназа содержит Zn²⁺, имеет 4 изоформы, синтезируется фибробластами и макрофагами соединительной ткани. Тканевая коллагеназа разрезает тройную спираль коллагена на расстоянии около ¼ от С-конца, между глицином и лейцином (изолейцином). Образующиеся фрагменты водорастворимы, они спонтанно распадаются на отдельные цепи, которые гидролизуются различными протеазами до АК. Тканевую коллагеназу активируют плазмин, калликреин и катепсин В.
Нарушение распада коллагена ведет к фиброзу органов и тканей (в основном печени и легких).

Коллагеноз – системная патология, характеризующаяся разрушением соединительной ткани и прогрессирующим течением. В основе развития лежит иммунопатологический процесс, нарушающий обмен коллагена. Может быть врожденным или приобретенным. При коллагенозе экскреция гидроксипролина увеличивается вследствие ускоренного распада коллагена.

95.Строение и виды протеогликанов. Гиалектаны, биологическая роль. Протеогликаны соединительной ткани, малые ПГ, их биологическая роль. ПГ базальных мембран. Протеогликаны, встроенные в мембрану.

Протеогликаны (ПГ). Углеводный компонент приходится 95%. Углеводные компоненты представлены линейными гетерополисахаридами системного строения. Их строение однотипно. Структурная единица – димер, состоящий из моносахаридов 2-х видов, которые, соединяясь, образуют структурную единицу полисахаридов.
Среди гетерополисахаридов, входящих в состав ПГ, основными являются: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, гепарин и др.
Гиалуроновая кислота. Полимер, структурная единица – димер, состоящий из глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина.
Хондроитинсульфаты (ХС). Это полимеры, структурной единицей которых является димер, состоящий из глюкуроновой кислоты и N-ацетилгалактозамина (сульфатирован по 4 или 6 положению).
Гепарин. Полимер, структурной единицей является димер, состоящий из глюкуроновой кислоты, связанной с N-ацетилглюкозамином, сульфатированым 4 или по 6 положению серной кислотой. Не является структурным компонентом межклеточного матрикса, вырабатывается тучными клетками соединительной ткани и после их цитолиза выделяется в межклеточное пространство и кровеносное русло.

Виды протеогликанов
В межклеточном матриксе присутствуют разные протеогликаны. Среди них есть очень крупные — например агрекан и версикан, и малые протеогликаны - декорин, бигликан, фибромодулин, люмикан, перлекан.

Гиалектаны. Эти белки с большой молекулярной массой, имеющие особые участки нековалентно связанные с гиалуроновой кислотой, а также домены, сходные с лектинами или белками, избирательно сорбирующими определенную углеводную структуру, например, содержащую L-фукозу, N-ацетилглюкозамин, D-галактозу. Наиболее широко они представлены в хрящевой ткани, стенке аорты, сухожилиях, мозге, хотя встречаются во многих тканях. Из гиалектинов более подробно изучены агрекан и версикан.
Агрекан- это очень большая молекула, в которой к одной полипептидной цепи присоединены до 100 цепей хондроитинсульфатов и около 30 цепей кератансульфатов. По форме молекула агрекана напоминает бутылочный «ёршик».
В хрящевой ткани молекулы агрекана собираются в агрегаты с гиалуроновой кислотой и небольшим связывающим белком.
Агрекан и связывающий белок продуцируются хондроцитами, хондроциты также осуществляют координацию сборки этих агрегатов.
Версикан – также мультидоменный белок с молекулярной массой около 10⁶ Да. Очень похож на агрекан наличием иммуноглобулинового и гиалуронан-связывающих участков, лектиноподобным, комплементсвязывающим и другими доменами. Однако, имеет более крупный коровый белок и связывается с малым количеством (всего 10-20) дерматан- и хондроитинсульфатных цепей. Не связан с кератансульфатами, но содержит участки (до 20) связывания N-олигосахаридов.

Малые протеогликаны являются мультифункциональными макромолекулами, связываются с другими компонентами соединительной ткани и оказывают влияние на их строение и функции. Например, декорин и фибромодулин присоединяются к фибриллам коллагена II типа и ограничивают их диаметр. Декорин и бигликан, присоединяясь к фибронектину, подавляют клеточную адгезию, а присоединяясь к фактору роста опухолей, снижают его митогенную активность. Кроме этого, имеется большое количество данных о том, что малые протеогликаны играют важную регуляторную роль в процессах развития и восстановления соединительной ткани.
Малые протеогликаны - протеогликаны с низкой молекулярной массой. Они содержатся в хрящах, сухожилиях, связках, менисках, коже и других видах соединительной ткани.
Эти протеогликаны имеют небольшой коровый белок, к которому присоединены одна или две цепи гликозаминогликанов.
Бигликан содержит 2 N-связанной олигосахаридной цепи (хондроитин- или дерматансульфата). Его особенно много в суставном хряще. 
Декорин включает одну цепь хондроитин- или дерматансульфата. Связывается с коллагенами I и II типов, с фибронектином, тромбоцитарным фактором роста – бета. 
Эпификан участвует в упорядочивание структуры эпифизарного хряща и, вероятно, в формировании костной ткани. Содержит в молекуле 3 дерматансульфатных цепи и единичные N-олигосахариды. 
Фибромодулин регулирует скорость образования коллагеновых фибрилл. Протеогликан включает 2-4 остатка кератансульфата. Присутствует в хрящах, коже, сухожилиях и других тканях. 
Люмикан по своим свойствам напоминает фибромодулин, но имеет меньшее число тирозинсульфатов. 
Кератокан – близок по структуре люмикану, но содержит лишь 6 лейциновых повторов.

Протеогликаны базальных мембран отличаются по размерам, как правило, содержат лишь 3-4 олигосахаридные цепи (в основном гепарансульфаты).
Самым крупным белком данного семейства является перликан. Полипептидная цепь его изобилует дисульфидными мостиками внутри молекулы, разнообразием функционально-структурных доменов в пределах одной молекулы, позволяющим связываться с различными белками и клетками, представляя им места прикрепления к подложке. К семейству этих белков относятся также агрин, бамакан. 
Молекулы агрина почти вдвое меньше перлакана. Больше всего агрина содержится в базальной мембране почечных канальцев и в постсинаптической мембране нейронов, где он формирует кластеры рецепторов ацетилхолина и сирегаты молекул ацетилхолинэстеразы. 
Бамакан локализован в различных базальных мембранах. В отличие от перлекана и агрина содержит цепи не кератансульфатов, а хондроитинсульфата, имеет участки связывания с клетками и ламинином.

Протеогликаны, встроенные в мембрану клеток, содержат в своем составе цепи гепарансульфатов. К ним относятся синдеканы и глипиканы. 
Синдеканы– группа трансмембранных белков с большим внеклеточным доменом, содержащим значительное количество пролина и имеющим 5-8 гепарансульфатных цепей. Внутриклеточные домены синдеканов короткие, связаны с цитоскелетом клетки. 
Глипиканы – белки, богатые цистеином, имеют компактную форму, содержат 2-6 гепариновых цепей. Содержатся в нейронах, почках, мышцах. На мембране клеток эти протеогликаны удерживаются благодаря ковалентной связи их белкового кора с гликозилированным фосфатидилинозитолом.
Мультидоменный тип строения является наиболее характерной чертой многих макромолекул основного вещества внеклеточного матрикса. Свой вклад в данный процесс вносят и углеводные фрагменты. Благодаря этому протеогликаны, особенно протеогликаны, встроенные в мембраны, способны участвовать в трансмембранной передаче внешних сигналов рецепторного характера, а не только обеспечивают теснейшее взаимодействие клеток с окружающим матриксом.

96.Специализированные белки межклеточного матрикса. Белки, обладающие адгезивными свойствами: фибронектин, ламинин, нидоген – структура, свойства, биологическая роль. Антиадгезивные белки: остеонектин, тенасцин и тромбоспондин. Структура, свойства, биологическая роль.

Специализированные белки межклеточного матрикса представлены в основном гликопротеинами, не входящими в состав коллагеновых и эластиновых волокон межклеточного матрикса. Основная функция этих белков сводится к организации взаимодействия компонентов межклеточного матрикса между собой и с клетками. Среди них можно выделить белки, обладающие адгезивными свойствами и белки, подавляющие адгезию клеток.

К белкам с выраженными ад­гезивными свойствами относят фибронектин, ламинин, нидоген, фибриллярные коллагены и коллаген IV типа; Они являются белкам «зрелой» соединительной ткани.

Фибронектин — неколлагеновый структурный гликопротеин межклеточного матрикса, синтезируется мно­гими клетками. Растворимый, или плазменный, фибронектин синтезируется гепатоцитами. Нерастворимый, или тканевый фибронектин синтезируется в основном фибробластами или эндотелиоцитами, глиоцитами и эпителиальными клетками. Он построен из двух идентич­ных полипептидных цепей, соединённых дисульфидными мостиками у своих С-концов. Полипептидная цепь фибронектина содержит 7-8 доменов, на каждом из которых расположе­ны специфические центры для связывания раз­ных веществ (коллагена, протеогликанов, гиалуроновой кислоты, углеводов плазматических мембран, гепарина).
Интегрирует компоненты межклеточного матрикса, способствует адгезии и распространению эпителиальных и мезенхимальных клеток, стимулирует пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток, контролирует дифференцировку и поддержание цитоскелета клеток, активно участвуют в воспалительных и репаративных процессах.

Ламинин является главным адгезивным гликопротеином базальных мембран. Это большая молекула, состоящая из трех различных субъединиц: А-, В1- и В2-цепи. Они объединены –S-S-связями и образуют крестообразную структуру, короткие отростки которой состоят из двух глобулярных доменов вытянутыми цепями. Ламинин содержит также участки, напоминающие эпидермальный фактор роста (ЭФР-домен), последовательности аминокислот, обеспечивающие связывание клеток, а также домены, отвечающие за взаимодействие с гепарансульфатами, адгезивными молекулами межклеточного взаимодействия (интегринами) и другими компонентами основного вещества.
Он не только играет роль адгезивного субстрата для различных эпителиальных и мезенхимальных клеток, но и усиливает пролиферацию и подвижность скелетных миобластов, опухолевых клеток, индуцирует поляризацию и дифференцировку эндотелиальных и других клеток.

Нидоген (эктактин) – гликопротеин, сосредоточенный на базальных мембранах. Тесно ассоциирован с ламинином, имеет несколько ЭФР-доменов, центр клеточной адгезии и множество внутренних дисульфидных мостиков. Кроме того, нидоген содержит два остатка сульфатированного тирозина, два участка связывания Са²⁺, зоны связывания с коллагеном типа IV, с клеточной поверхностью и др.
Это свидетельствует о том, что нидоген обеспечивает специализированные контакты между клетками и межклеточными структурами.

Антиадгезивными белками являются гликопротеины: остеонектин, тенасцин и тромбоспондин. Эти белки появляются и играют заметную роль в эмбриогенезе и морфогенезе, развитии клеточного ответа на повреждение. Их концентрация в матриксе повышается при некоторых опухолевых заболеваниях.

Остеонектин – кислый белок, богатый цистеином, имеет 2 домена, способных присоединять Са²⁺. Участвует в клеточно-матриксном взаимодействии в процессе ремоделирования и развития ответа клеток на различные повреждения.

Тенасцин– димерный гликопротеин, имеет мозаичную структуру, включающую ЭФР-домены, центры адгезии клеток, Са-связывающие и другие. Две субъединицы белка соединены дисульфидной связью и в целом имеют 6 отростков, отходящих радиально от одного участка. Поэтому он может взаимодействовать со значительным количеством различных молекул межклеточного матрикса. Белок синтезируется в различных тканях эмбриона, обладает адгезивными и антиадгезивными свойствами. В зрелых тканях небольшие количества теносцина находятся в сухожилих и хрящах. Его синтез увеличивается в заживающих ранах.

Тромбоспондин содержит глобулярные С- и N-концевые домены, которые связываются с Са²⁺, протеогликанами и ГАГ (гепарансульфаты, гепарин), коллагеном, фибронектином, ламинином, интегринами, фибриногеном, плазминогеном и другими белками. Для кератиноцитов, тромбоцитов, в клетках роговицы глаза тромбоспондин является адгезивным белком, а для клеток эндотелия, фибробластов – антиадгезивным.

96.Специализированные белки межклеточного матрикса. Белки, обладающие
адгезивными свойствами: фибронектин, ламинин, нидоген – структура, свойства,
биологическая роль. Антиадгезивные белки: остеонектин, тенасцин и тромбоспондин. Структура, свойства, биологическая роль.

Белки межклеточного матрикса выполняют различные функции, но их можно разделить надве большие группы по одному весьма важному признаку: 1) адгезивные; 2) антиадгезивные.
Aдгезивные белки:
Фибронектин- белок межклеточного матрикса, неколлагеновый структурный гликопротеин, синтезируемый и выделяемый многими клетками. Состоит из двух идентичных полипептидных цепей (из 7-8 доменов с центрами для связывания разных веществ), соединённых дисульфидными мостиками у своих С-концов.

Фибронектин может связыватьколлаген, протеогликаны, гиалуроновую кислоту, углеводы плазматических мембран, гепарин, фермент трансглутаминазу. Может выполнять интегрирующую роль в организации межклеточного вещества, способствует адгезии клеток.
2 формы: растворимый, или плазменный, фибронектин синтезируется гепатоцитами; нерастворимый, или тканевый фибронектин синтезируется в основном фибробластами или эндотелиоцитамии эпителиальными клетками.
Обе формы способствуют адгезии и распространению эпителиальных и мезенхимальных клеток, стимулируют пролиферацию и миграцию эмбриональных и опухолевых клеток, контролируют дифференцировку и поддержание цитоскелета клеток, активно участвуют в воспалительных и репаративных процессах. Это связано с тем, что каждая субъединица фибронектина содержит последовательность Арг-Гли-Асп (RGD), с помощью которой он может присоединяться к клеточным рецепторам (интегринам). Эти рецепторы взаимодействуют с актиновымимикрофиламентами, которые находятся в цитозоле. В этом процессе участвуют так называемые белки прикрепления: талин, винкулин, α-актинин. Это обеспечивает передачу информации из межклеточного матрикса внутрь клетки и обратно.