Тема 7.4. Неколлагеновые структурные белки межклеточного матрикса

Неколлагеновые структурные белки межклеточного матрикса: фибронектин, ламинин, нидоген.

1. Фибронектин - это неколлагеновый структурный гликопротеин, который синтезируется и выделяется в межклеточное пространство многими клетками. Он построен из двух полипептидных цепей, соединенных дисульфидными мостиками (рис. 7.12).

Каждая цепь фибронектина содержит 7-8 доменов, на которых расположены специфические центры для связывания многих веществ. Фибронектин может связывать коллаген, протеогликаны, гиалуроновую кислоту, углеводы плазматических мембран, фермент трансглутаминазу. Структура фибронектина позволяет ему выполнять интегрирующую роль в организации межклеточного вещества, а также способствовать адгезии клеток. Метастазирование злокачественных клеток возможно, в частности, потому, что на их поверхности снижается количество фибронектина и они менее прочно связаны между собой.

Рис. 7.12. Строение фибронектина

2. Ламинин - наиболее распространенный неколлагеновый гликопротеин базальных мембран. Он состоит из трех полипептидных цепей: А, В₁ и В₂. Молекула ламинина имеет крестообразную форму с тремя одноцепочечными ветвями и одной трехцепочечной ветвью (рис. 7.13). Каждая цепь ламинина содержит несколько глобулярных и стержневидных доменов, на которых имеются специфические центры, способные связывать различные вещества. Ламинин взаимодействует со всеми структурными компонентами базальных

Рис. 7.13. Строение комплекса ламинин-нидоген

мембран, включая коллаген IV типа, нидоген, ГСПГ, фибронектин. Кроме того, молекула ламинина имеет несколько центров связывания с клетками, т.е. в базальных мембранах он выполняет функцию основного компонента, связывающего клетки с субклеточными структурами.

3. Нидоген - сульфатированный гликопротеин базальных мембран. Этот белок представлен одной полипептидной цепью, содержащей три глобулярных домена (см. рис. 7.13). Один из доменов нидогена имеет центр связывания ламинина, в области другого домена находится центр связывания коллагена IV типа. Таким образом, нидоген может выступать в качестве одного из связывающих мостов между различными компонентами межклеточного матрикса и участвовать в образовании тройных комплексов ламинин- нидоген-коллаген.

Тема 7.5. Структурная организация межклеточного матрикса (суставной хрящ, базальные мембраны, субэпителиальные слои)

Межклеточный матрикс образует такие высокоспециализированные структуры, как хрящ, сухожилия, базальные мембраны, кости и зубы. Эти структуры различаются между собой как по молекулярному составу, так и по способам организации основных компонентов (белков и полисахаридов) в различных формах межклеточного матрикса.

1. Организация межклеточного матрикса в суставном хряще. Основные компоненты межклеточного хрящевого матрикса - коллаген II типа, агрекан, гиалуроновая кислота и вода. Кроме них в матриксе находятся малые протеогликаны, коллагены VI, IX, XI типов, связывающий белок, другие неколлагеновые белки (фибронектин, анкорин, хрящевой олигомерный белок, хондроадгерин), разнообразные ростовые факторы. «Эндоскелет» хрящевого матрикса образован фибриллярной сетью, которая состоит из коллагенов II, IX и XI типов и придает хрящу прочность.

Высокомолекулярные агрегаты, состоящие из агрекана и гиалуроновой кислоты и входящие в состав хряща, являются полианионами, так как содержат большое количество кислых групп. Это способствует высокой гидратации хрящевого матрикса и обеспечивает выполнение им рессорных функций. Содержание воды в суставном хряще непостоянно: при нагрузке жидкость вытесняется, пока давление набухания не уравновесит внешнюю нагрузку. Когда нагрузка прекращается, вода вновь возвращается в хрящ (рис. 7.14). Очень наглядно это проявляется в межпозвоночных дисках. Утром, после ночного сна, на долю воды приходится около 75% массы диска. При внешней нагрузке на диски в течение дня содержание воды уменьшается примерно на 20%. Вследствие этого рост человека к вечеру на 1-2 см меньше, чем утром. У космонавтов в условиях невесомости отмечается увеличение роста даже на 5 см.

Рис. 7.14. Изменения, происходящие в суставном хряще при его сжатии и при снятии нагрузки

2. Базальные мембраны - это специализированная форма межклеточного матрикса. Они синтезируются различными клетками: эндотелиальными, эпителиальными, мышечными, нервными, жировыми. Базальные мембраны представляют собой тонкие слои, которые обычно отделяют клетки и клеточные слои от окружающей соединительной ткани. Например, они окружают отдельные мышечные волокна, жировые и шванновские клетки. А в таких структурах, как почечные клубочки и легочные альвеолы, базальные мембраны расположены между двумя различными слоями клеток и играют роль высокоселективного фильтрационного барьера.

С помощью электронной микроскопии выявлена двухслойная структура базальных мембран: 1) lamina rara, которая находится со стороны клеточной мембраны и 2) lamina densa, которая соединена с подлежащей соединительной тканью (рис. 7.15). Основными компонентами базальных мембран являются коллаген IV типа, ламинин, гепарансульфатсодержащие протеогликаны (ГСПГ).

Нерастворимость и механическую стабильность базальных мембран обеспечивают молекулы коллагена IV типа, которые организуются в специальную опорную сеть. Эта эластичная трехмерная сеть образует структурный остов, к которому прикрепляются другие компоненты базальных мембран: ламинин, нидоген, ГСПГ.

Базальные мембраны выполняют разнообразные и сложные функции. В почечных канальцах базальная мембрана служит полупроницаемым фильтром, препятствующим переходу макромолеул из плазмы в первичную мочу. Большую роль в этом процессе играет высокий отрицательный заряд протеогликанов, который препятствует прохождению через базальную мембрану других отрицательно заряженных молекул (например, белков), а также отрицательно заряженных эритроцитов. Базальные мембраны играют также важную роль в прикреплении и ориентации клеток, в процессах эмбрионального развития и тканевой регенерации.

Рис. 7.15. Строение типичной базальной мембраны

3. Организация межклеточного вещества в субэпителиальных слоях. Основным организующим компонентом является коллаген VII типа. Пучки фибрилл, образованные димерами этого коллагена, своими С-концами могут присоединяться к lamina densa базальной мембраны (как бы «заякориваться» в ней) и образовывать петли в субэпидермисе. Такие «заякоренные» фибриллы могут соединять lamina densa базальной мембраны с «якорными дисками», которые находятся в более глубоких субэпителиальных слоях и по своему составу похожи на базальные мембраны (содержат коллаген IV типа). «Заякоренные» фибриллы также связываются с фибриллами коллагена I и III типов (рис. 7.16) и обеспечивают присоединение эпидермиса к дерме.

МОДУЛЬ 10 ОБМЕН НУКЛЕОТИДОВ

Темы_

10.1. Биосинтез и катаболизм пуриновых рибонуклеотидов. Заболевания, связанные с нарушением их метаболизма

10.2. Биосинтез и катаболизм пиримидиновых рибонуклеотидов. Оротацидурия

10.3. Биосинтез дезоксирибонуклеотидов. Иммунодефициты

10.4. Механизмы действия противовирусных и противоопухолевых препаратов на ферменты синтеза рибо- и дезоксирибонуклеотидов