Биосинтез коллагена

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:

1. Гидроксилирование. В просвете грЭПС происходит модификация остатков аминокислот — пролина и лизина. Для этой реакции критически важен кофактор — витамин С (аскорбиновая кислота).
2. Сборка спирали. Там же, в грЭПС, полипептидные цепи объединяются, закручиваясь в тройную спираль. Защитные глобулярные концы при этом сохраняются.
3. Гликозилирование. Молекула перемещается в комплекс Гольджи, где к ней присоединяются олигосахариды.
4. 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.

Вопросы с занятий и экзамена

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

Другие темы раздела «Собственно соединительные ткани. Соединительные ткани со специальными свойствами»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.