Тема 7.2. Эластин

Эластин - это основной структурный компонент волокон, которые содержатся в тканях, обладающих значительной эластичностью (кровеносные сосуды, связки, легкие). Для этих тканей характерна высокая растяжимость при нагрузке и быстрое восстановление исходной формы и размера после ее снятия.

Эластин - гликопротеин с молекулярной массой 70 000 Да, он содержит около 800 аминокислотных остатков; 70% составляют гидрофобные аминокислоты с небольшими радикалами (Гли, Вал, Ала, Лей, Про), гидроксипролина мало, гидроксилизина нет, нет также цистеина, метионина и триптофана. В отличие от большинства белков пептидные цепи эластина не приобретают характерную третичную структуру, а сохраняют гибкую случайную конформацию.

В межклеточном матриксе из молекул эластина формируются волокна, сети, слои, в которых отдельные молекулы связаны множеством сшивок. При этом образуются такие структуры, как лизиннорлейцин и десмозин.

Образованию этих структур предшествует посттрансляционная модификация остатков лизина. Медьсодержащая лизилоксидаза катализирует образование радикалов аллизина (реактивных альдегидов), которые участвуют в формировании десмозина (см. рис. 7.4). Образованная структура похожа на пиридиновое кольцо, очень прочное и не подвергающееся даже кислотному гидролизу. Структура десмозина связывает между собой две, три или четыре молекулы эластина.

Наличие гибкой случайной конформации молекул эластина и большого количества поперечных сшивок (десмозина и норлейцина) позволяют эластическим волокнам проявлять свои резиноподобные свойства (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Молекулы эластина связаны ковалентными сшивками в обширную сеть

Нарушения образования десмозина, вызванные дефектами ферментов или нарушениями всасывания меди, проявляются серьезной патологией со стороны сердца, легких, сосудов (дефекты сердечных клапанов, аневризмы аорты, варикозная болезнь, эмфизема легких).

Тема 7.3. Гетерополисахариды межклеточного

МАТРИКСА

1. Гликозаминогликаны - это линейные отрицательно заряженные гетерополисахариды, которые содержат в своем составе повторяющиеся дисахаридные единицы: гексуронувую кислоту (глюкуроновую или идуроновую) и производное аминосахара (глюкозили галактозамина). Самый крупный гликозаминогликан межклеточного вещества - гиалуроновая кислота, ее молекулярная масса достигает 10⁵-10⁷ Да. Гиалуроновая кислота построена из глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. В каждом дисахариде имеется отрицательно заряженная карбоксильная группа, а поскольку таких мономеров в молекуле гиалуроновой кислоты очень много, она является полианионом. Благодаря своим полианионным свойствам, гиалуроновая кислота связывает большие количества воды, и в результате этого межклеточное вещество приобретает характер желеобразного матрикса. Гиалуроновая кислота (как и все гликозаминогликаны) способна связывать ионы Na+

и Ca²+, что определяет участие межклеточного вещества в регуляции водносолевого обмена.

Кроме гиалуроновой кислоты, к гликозаминогликанам относятся хондроитинсульфаты, дерматансульфаты, кератансульфаты, гепарин и гепарансульфаты. Все они содержат сульфатную группу, которая несет отрицательный заряд, и поэтому также являются полианионами.

2. Протеогликаны - это высокомолекулярные соединения, состоящие из белка (5%) и гликозаминогликанов (95%). Белки в разных протеогликанах представлены одной полипептидной цепью с разной молекулярной массой. К белку могут присоединяться гликозаминогликаны (кроме гиалуроновой кислоты). Они связываются с белковой молекулой ковалентными связями по ОН-группе серина, треонина или >Ш₂-группе аспарагина (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Гликозаминогликан, связанный с ОН-группой серина корового белка

Структура и физико-химические свойства гликозаминогликанов и протеогликанов позволяют им выполнять в организме разнообразные функции, например:

•  взаимодействовать со всеми структурными компонентами межклеточного матрикса;

•  связывать молекулы, катионы и способствовать формированию тургора различных тканей;

•  играть роль молекулярного сита, препятствовать распространению патогенных микроорганизмов;

•  выполнять рессорную функцию в хрящах;

•  способствовать созданию фильтрационного барьера в почках и др.

В хрящевом матриксе основной протеогликан - агрекан - присоединяется к гиалуроновой кислоте с помощью корового белка (Мм-220 кДа), имеющего три глобулярных домена: G1, G₂, G₃ (рис. 7.10). Между доменами G₂ и G₃ находятся области, в которых к нему присоединяются кератансульфаты (-30 цепей) и хондроитинсульфаты (-100 цепей). В межклеточном матриксе

Рис. 7.10. Строение агрекана:

1 - хондроитинсульфат; 2 - кератансульфат; 3 - коровый белок; ГК - гиалуроновая кислота

агрекан взаимодействует с гиалуроновой кислотой и небольшим связывающим белком. Конечный агрегат с молекулярной массой более 200?10⁶ Да состоит из одной молекулы гиалуроновой кислоты и -100 молекул агрекана (и такого же количества связывающего белка).

Больше всего протеогликанов содержится в межклеточном веществе хрящей, межпозвоночных дисков, сухожилий, связок, менисков, кожи, т.е. в тех анатомических структурах, которые подвергаются выраженной механической нагрузке и деформации. В хрящах суставных поверхностей протеогликаны выполняют рессорную функцию, т.е. смягчают и гасят резкие перемены нагрузки.

Основными протеогликанами базальных мембран являются гепарансульфатсодержащие протеогликаны (ГСПГ). Это гетерогенные молекулы, представленные в основном двумя разновидностями - с низкой плотностью и высокой плотностью. ГСПГ низкой плотности имеют большое многодоменное белковое ядро и три длинные гепарансульфатные цепи (рис. 7.11, А).

ГСПГ высокой плотности состоят из четырех коротких гепарансульфатных цепей, связанных с небольшим белковым ядром (рис. 7.11, Б).

Рис. 7.11. Гепарансульфатсодержащие протеогликаны низкой (А) и высокой (Б)плотности

Одной из функций ГСПГ является создание фильтрационного барьера,

так как эти молекулы - полианионы, они препятствуют прохождению других отрицательно заряженных молекул, что имеет решающее значение при фильтрации плазмы через базальную мембрану клубочков почек.

Катаболизм гликозаминогликанов происходит при участии таких ферментов, как гиалуронидаза, глюкуронидаза, галактозидаза, сульфатаза и др. Некоторые патогенные микроорганизмы, например возбудители гнойных инфекций (стафилококки, стрептококки и др.) и газовой гангрены, выделяют гиалуронидазу, которая способствует распространению инфекционного процесса.