Биохимический состав
Свойства любой ткани зависят от того, в каких пропорциях и как именно организованы два базовых компонента межклеточного матрикса:
- Белки
- Коллаген — формирует основной структурный каркас.
- Эластин — отвечает за растяжимость и упругость ткани.
- Фибронектин — выполняет роль универсального адгезивного белка.
- Ламинин — важнейший адгезивный компонент, связывающий клетки с субклеточными структурами (характерен для базальных мембран).
- Гетерополисахариды
- Гликозаминогликаны (ГАГ).
- Протеогликаны — сложные комплексы, состоящие из белковой сердцевины и цепей ГАГ.
Базальные мембраны
Базальные мембраны представляют собой тонкие слои матрикса, которые изолируют клетки (эпителиальные, эндотелиальные, жировые, мышечные, шванновские) от окружающей соединительной ткани.
Под электронным микроскопом видно двухслойное строение мембраны:
- Lamina rara (светлая пластинка) — прилежит непосредственно к клеточной мембране.
- Lamina densa (плотная пластинка) — контактирует с подлежащей соединительной тканью.
Организация молекул: Структурный остов образует коллаген IV типа, формирующий эластичную трехмерную сеть. К этой сети крепятся ламинин и гепарансульфатсодержащие протеогликаны (ГСПГ). Важнейшую роль играет сульфатированный гликопротеин нидоген. Его полипептидная цепь имеет три глобулярных домена: один прочно связывает ламинин, другой — коллаген IV типа. В результате нидоген работает как «линкер», образуя тройной комплекс «ламинин — нидоген — коллаген».
Функции базальных мембран:
- Опорная: прикрепление и строгая ориентация клеток.
- Фильтрационная: в почечных канальцах мембрана работает как полупроницаемый фильтр, не пропуская макромолекулы плазмы в первичную мочу.
- Электростатический барьер: цепи протеогликанов несут высокий отрицательный заряд. Они физически отталкивают отрицательно заряженные молекулы (например, белки плазмы) и эритроциты.
- Регуляторная: участие в процессах регенерации и эмбриогенеза.
Организация субэпителиальных слоев
Чтобы базальная мембрана эпителия не отрывалась от соединительной ткани (стромы/дермы), существует механизм «заякоривания». Главный организующий элемент здесь — коллаген VII типа.
Димеры этого белка формируют пучки (якорные фибриллы). Своими С-концами они присоединяются к плотной пластинке (lamina densa) базальной мембраны и спускаются вглубь ткани, образуя петли.
В субэпидермисе эти петли фиксируются двумя путями:
- Прикрепляются к «якорным дискам» — специальным уплотнениям матрикса, состоящим из коллагена IV типа.
- Охватывают проходящие сквозь них интерстициальные фибриллы (коллаген I и III типов).
Биомеханика суставного хряща
Хрящ должен выдерживать колоссальные механические нагрузки. Его «эндоскелет» (фибриллярная сеть) образован коллагенами II, IX и XI типов. Однако функция амортизации целиком лежит на макромолекулах, удерживающих воду.
В хряще формируются огромные высокомолекулярные агрегаты из агрекана и гиалуроновой кислоты. Цепи гликозаминогликанов в их составе выступают как полианионы: они имеют множество кислых групп и мощный отрицательный заряд. За счет этого матрикс притягивает воду (высокая гидратация).
Механизм работы:
- При компрессии (сжатии) вода физически выдавливается из матрикса наружу. Это продолжается до тех пор, пока внутреннее давление набухания не уравновесит нагрузку.
- При снятии нагрузки происходит декомпрессия, и вода устремляется обратно в хрящ.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие существуют основные классы гликозаминогликанов (ГАГ) в матриксе?
К основным классам гликозаминогликанов (ГАГ) в матриксе относятся гиалуроновая кислота, а также сульфатированные ГАГ. В классификацию входят:
- Гиалуроновая кислота — не сульфатирована.
- Хондроитинсульфаты — сульфатированы (обычно по C4 или C6).
- Дерматансульфаты — эпимер хондроитинсульфата, сульфатированы по C4.
- Кератансульфаты — единственный ГАГ без уроновой кислоты, сульфатирован по C6.
- Гепарин — сульфатированный ГАГ.
- Гепарансульфаты — содержит N- и O-сульфатные группы.
Все перечисленные ГАГ, кроме гиалуроновой кислоты, содержат сульфатную группу и являются полианионами.
Из каких этапов состоит биосинтез коллагена?
Процесс образования коллагена делится на два основных этапа: внутриклеточный (синтез и модификация) и внеклеточный (созревание и сборка).
Внутриклеточные этапы:
- Синтез препроколлагена; процесс начинается на рибосомах гранулярной ЭПС.
- Отщепление сигнального пептида.
- Гидроксилирование пролина и лизина.
- Для гидроксилирования пролина указаны фермент пролилгидроксилаза и кофактор витамин C.
- Гликозилирование.
- Образование тройной спирали — проколлагена.
- Секреция в межклеточный матрикс.
Внеклеточные этапы:
- В межклеточном матриксе происходит отщепление концевых пропептидов (N- и C-) проколлагенпептидазами.
- Образуется тропоколлаген.
- Тропоколлаген способен к самосборке в коллагеновые фибриллы: молекулы коллагена объединяются в микрофибриллы, затем в зрелые фибриллы.
- Образуются поперечные сшивки.
- Фибриллы агрегируют в крупные пучки; конечный продукт — коллагеновое волокно.
С какими рецепторами на поверхности клеток связывается фибронектин?
Фибронектин на поверхности клеток связывается с интегринами (клеточными рецепторами на мембране клеток). В частности, фибронектин является лигандом для следующих $\alpha\beta$-интегринов лейкоцитов:
- VLA-4 ($\alpha_4\beta_1$)
- VLA-5 ($\alpha_5\beta_1$)
- LPAM-1 ($\alpha_4\beta_7$)
Какие ферменты разрушают белки межклеточного матрикса?
Белки межклеточного матрикса разрушаются протеолитическими ферментами, среди которых в источниках указаны:
- Матриксные металлопротеиназы (ММП). Коллагеназа MMP-1 — Zn²⁺-зависимый фермент межклеточного матрикса; осуществляет первичный гидролиз нативной молекулы коллагена на два фрагмента: 1/4 и 3/4 общей длины. Также участвует в деградации других белков матрикса — ламинина и фибронектина.
- Другие протеазы, в том числе желатиназы, которые далее действуют при катаболизме коллагена для полного гидролиза до аминокислот.
- Лизосомальные протеазы, которые расщепляют образовавшиеся трехцепочечные фрагменты коллагена.
- Серинпротеиназы упоминаются вместе с ММП как протеолитические ферменты, активирующиеся в патогенезе ослабления соединительнотканной покрышки атеросклеротической бляшки.
Слои базальной мембраны легко запомнить по логике плотности: сначала идёт светлая и разреженная lamina rara (лат. редкая, прилежит к клетке), а затем плотная lamina densa (лат. густая), которая опирается на соединительную ткань.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему рост человека меняется в течение суток?
Это клинический пример работы гидратированного матрикса межпозвоночных дисков. В течение дня под действием тяжести тела вода вытесняется из хряща (потеря около 20%), и рост уменьшается на 1–2 см. Во время сна без нагрузки вода возвращается. В космосе без гравитации рост может увеличиться на 5 см.
За счет чего базальная мембрана работает как электростатический барьер?
Барьер обеспечивается протеогликанами, несущими высокий отрицательный заряд. Они физически отталкивают отрицательно заряженные молекулы и клетки, предотвращая потерю белков плазмы крови и эритроцитов.
Что такое нидоген и зачем он нужен?
Это сульфатированный гликопротеин с тремя глобулярными доменами. Он выполняет роль «линкера» (связывающего моста): одним доменом цепляется за ламинин, другим — за коллаген IV типа.
Что ещё разобрать по теме
- Минорные компоненты хрящевого матрикса: малые протеогликаны, ростовые факторы и неколлагеновые белки (анкорин, хондроадгерин).
- Строение и функции молекулы ламинина: центры связывания с клетками и матриксом.
- Организация молекул агрекана и гиалуроновой кислоты в хряще.
- Роль межклеточного матрикса в эмбриональном развитии и тканевой регенерации.
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Межклеточный матрикс» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Биохимия межклеточного матрикса»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.