Клеточные источники коллагена
Хотя классическим и самым известным «строителем» коллагена является фибробласт, способность к его синтезу не уникальна. В зависимости от типа ткани, эту задачу берут на себя совершенно разные клетки:
- Волокнистая соединительная ткань: фибробласты.
- Скелетные ткани: хондробласты (в хрящевой ткани) и остеобласты (в костной ткани).
- Кроветворные органы: ретикулярные клетки.
- Стенки кровеносных сосудов: гладкие миоциты (расположенные в средней оболочке сосуда).
- Базальные мембраны: эпителиоциты, мышечные волокна и другие клетки, непосредственно контактирующие с мембраной.
Внутриклеточный этап: созревание проколлагена
Процесс стартует на рибосомах гранулярной эндоплазматической сети (грЭПС). Здесь образуются полипептидные цепи проколлагена — предшественника будущего волокна. Главное отличие проколлагена заключается в наличии на концах цепей дополнительных аминокислотных последовательностей, которые сворачиваются в глобулярные структуры. Эти глобулы играют роль предохранителя: они физически мешают молекулам слипаться в волокна прямо внутри клетки.
Процессинг внутри клетки включает следующие шаги:
- Гидроксилирование. В просвете грЭПС происходит модификация остатков аминокислот — пролина и лизина. Для этой реакции критически важен кофактор — витамин С (аскорбиновая кислота).
- Сборка спирали. Там же, в грЭПС, полипептидные цепи объединяются, закручиваясь в тройную спираль. Защитные глобулярные концы при этом сохраняются.
- Гликозилирование. Молекула перемещается в комплекс Гольджи, где к ней присоединяются олигосахариды.
- Секреция. Готовый проколлаген упаковывается в транспортные пузырьки и выводится во внеклеточное пространство путем экзоцитоза.
Внеклеточный этап: фибриллогенез
Оказавшись в межклеточном матриксе, молекула-предшественник должна превратиться в полноценное волокно. Этот процесс называется фибриллогенезом.
- Образование тропоколлагена. Специальные ферменты (проколлаген-пептидазы) отрезают защитные терминальные глобулы. Освобожденная молекула теперь называется тропоколлагеном.
- Подготовка к сшивке. В дело вступает фермент лизилоксидаза. Он окисляет остатки лизина и гидроксилизина, создавая химические условия для формирования прочных ковалентных связей между молекулами.
- Сборка структур высшего порядка. Молекулы тропоколлагена объединяются за счет водородных и ковалентных связей в протофибриллы. Далее протофибриллы склеиваются между собой с помощью гликопротеинов и протеогликанов. Так формируются фибриллы, которые в итоге собираются в толстые коллагеновые волокна.
Клинические корреляции
Понимание биосинтеза коллагена напрямую объясняет патогенез некоторых заболеваний соединительной ткани:
Алиментарные нарушения (Цинга/Скорбут) Развивается при длительном недостатке витамина С в рационе. Из-за дефицита кофактора останавливается этап гидроксилирования проколлагена. Молекулы не могут сформировать правильную стабильную структуру, в результате чего образуются незрелые и слабые волокна. Клинически это проявляется поражением соединительной ткани и базальных мембран: у пациента возникает сильная кровоточивость, атрофируются десны и выпадают зубы.
Генетические причины (Системные дисплазии) Возникают из-за мутаций в генах, которые кодируют ферменты или сами белки, участвующие на разных стадиях сборки и созревания коллагена. Это приводит к широкому спектру тяжелых врожденных дефектов соединительной ткани.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какова молекулярная структура спирали тропоколлагена и сколько альфа-цепей она содержит?
Тропоколлаген представляет собой палочковидную молекулу, состоящую из трех полипептидных $\alpha$-цепей. Эти три цепи скручены в правозакрученную суперспираль (тройную спираль) друг относительно друга. В каждой из полипептидных цепей содержится около 1000 аминокислот.
При каком генетическом заболевании нарушается отщепление пропептидов от проколлагена?
Отщепление пропептидов от проколлагена нарушается при синдроме Элерса—Данлоса тип VIII. Причиной заболевания является генетический дефект ферментов проколлагенпептидаз, которые в норме осуществляют отщепление концевых пропептидов (N- и C-) на внеклеточном этапе созревания.
Чтобы запомнить роль витамина С, используйте ассоциацию: буква «С» похожа на надкушенное яблоко (цинга, выпадение зубов), а сам витамин «С» Скрепляет Спираль (через гидроксилирование).
Вопросы с занятий и экзамена
Чем проколлаген отличается от тропоколлагена?
Проколлаген имеет на концах полипептидных цепей дополнительные глобулярные структуры, которые препятствуют преждевременной сборке волокна внутри клетки. У тропоколлагена эти концы уже отщеплены ферментами.
В какой органелле происходит гидроксилирование остатков пролина и лизина?
Этот процесс протекает в просвете гранулярной (шероховатой) эндоплазматической сети.
Зачем нужна лизилоксидаза?
Лизилоксидаза окисляет остатки лизина и гидроксилизина во внеклеточном пространстве. Это необходимо для образования ковалентных связей (сшивок) между молекулами тропоколлагена.
Каким путем проколлаген покидает клетку?
Он секретируется во внеклеточное пространство с помощью экзоцитоза, предварительно упаковавшись в транспортные пузырьки в комплексе Гольджи.
Что ещё разобрать по теме
- Строение и функции гранулярной ЭПС и комплекса Гольджи
- Организация межклеточного вещества (матрикса)
- Молекулярная структура водородных и ковалентных связей в фибриллах
- Роль гликопротеинов и протеогликанов в сборке коллагеновых волокон
Разберите тему целиком в курсе «Гистология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Биосинтез коллагена» и ещё 3 438 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 137 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Собственно соединительные ткани. Соединительные ткани со специальными свойствами»
Бесплатные видеоуроки: гистологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.