Особенности состава и структуры глобулярных и фибриллярных белков (кератин, коллаген, эластин)

 

Глобулярные

· форма эллипса- соотношение продольной и поперечной осей не превышает 1:10

· компактная структура

· многие - хорошо растворимы в воде (гидрофобные радикалы внутри молекуы)

Фибриллярные

· вытянутая, нитевидная форма-превышает 1:10

 

Коллаген - сложный белок, относится к группе гликопротеинов, имеет четвертичную структуру. Составляет 30% от всех белков.Секретируется клетками соединительной ткани

• Структура белка – фибриллярная, суперспираль, состоящая из 3-х альфа-цепей, они могут быть одинаковыми или нет

• Плохо растворим в воде

• В коллагене 70% аминокислот являются гидрофобными(нет цистеина и триптофана)

• Аминокислоты по длине полипептидной цепи расположены группами (триадами), состоящими из трех аминокислот

 

• Каждая третья аминокислота в первичной структуре альфа-цепей коллагена - это глицин:

• (гли-X-Y)n, где X - любая аминокислота, но чаще- гидроксипролин, Y - любая аминокислота, но чаще гидроксипролин или гидроксилизин)

• Пролин вызывает изгибы в полипептидной цепи, стабилизируя левозакрученную спиральную конформацию

• Спираль пептидной цепи коллагена стабилизигованна силами стерического отталкивания пирролидиновых колец в остатках пролина(пролин не образует водородные связи)

• Шаг одного витка спирали составляют только 3 аминокислоты, а не 3.6

• Цепи,перевиваются друг около другаàтрёхцепочная, правозакрученная суперспиральная молекула-тропоколлаген

• Тип связи –водородные, возникающие между амино- и карбоксильными группами пептидного остова разных полипептидных цепей.

• «жёсткие аминокислоты» пролин и гидроксипролин-ограничивают вращение полипептидного стержня,увеличивая стабильность тройной спирали.

• Образуется очень плотно упакованная спираль за счет присутствия глицина(в место радикала атом водорода)

• Некоторые комплементарные участки молекул тропоколлагена могут объединяться друг с другом, формируя коллагеновые фибриллы

• Между радикалами аминокислот возникают ионные, водородные и гидрофобные связи.

• Гидроксильные группы гидроксипролина соседних цепей тропоколлагена образуют водородные связи, укрепляющие структуру коллагеновых фибрилл.

• Радикалы лизина и гидроксилизина необходимы для образования прочных поперечных сшивок между молекулами тропоколлагена, укрепляющие структуру коллагеновых фибрилл.

Элластин- гликопротеин, основной белок эластических волокон, обладает ризиноподобными свойствами, содержится в межклеточном веществе:кожи, стенок кровеносных сосудов, связках, лёгких

• белок, еще более гидрофобен, чем коллаген

• В нем до 90% гидрофобных аминокислот

• Много пролина и лизина

• Цепи укладываются в пространстве в виде глобул, но наличие большого количества гидрофобных радикалов препятствует созданию стабильной глобулыà полипептидные цепи эластина не формируют регулярные вторичную и третичную структуры, а принимают в межклеточном матриксе разные конформации с примерно равной свободной энергией

• Глобула из одной полипептидной цепи называется альфа-эластин

• За счет остатков лизина происходит взаимодействие между молекулами альфа-эластина

Кератин

 

семейство фибриллярных белков, обладающих механической прочностью, которая среди материалов биологического происхождения уступает лишь хитину.

 

· В основном из кератинов состоят роговые производные эпидермиса кожи - волосы, ногти, рога носорогов, в это семейство входят также цитокератины, образующие наиболее прочные элементы внутриклеточного цитоскелета эпителиальных клеток.

 

· α-кератины имеют конформацию в виде α-спирали. Эти кератины являются основой волос (включая шерсть), рогов, когтей и копыт млекопитающих.

 

Ø большое содержание цистеина и множество дисульфидных связей.

Ø Молекулярная масса — от 10 до 50 кДа.

Ø Периодичность в чередовании аминокислотных остатков в молекулах отсутствует.

 

· β-кератины, более твёрдые и имеющие форму β-складчатого листа Эти кератины обнаружены в когтях и чешуе рептилий, в их панцирях (у черепах), в перьях, клювах и когтях птиц, в иглах дикобразов.

·

Ø поперечные дисульфидные связи между соседними полипептидными цепями у β-кератинов отсутствуют.

Ø В полипептидной цепи каждый второй элемент — глицин.

Ø Характерно повторение последовательности «GSGAGA»

 

· Обладая механической прочностью и нерастворимостью, кератины являются одним из основных компонентов для производных элементов кожи животных, выполняющих защитную функцию.

 

2.Реакции декарбоксилирования. Биогенные амины: образование, функции, пути инактивации (на примере гамма-аминомасляной кислоты). Роль гидроксилирования, декарбоксилирования и метилирования в образование катехоламинов.

 

Система гемостаза. Факторы свертывания, строение, место синтеза и биологическая роль. Значение витамина К для синтеза факторов свертывания. Свертывающая система крови, пути ее активации. Роль тромбоцитов и эндотелия в регуляции свертывающей системы крови.

 

Гемостаз – комплекс процессов, которые

n при повреждении сосудов предотвращают кровопотерю

n в неповрежденных сосудах поддерживают жидкое состояние крови

Гемостаз – баланс между свертывающей и противосвертывающей системами крови

 

Активация свертывающей системы крови при повреждении сосудов всегда сопровождается активацией противосвертывающей системы

Происходит «перенастройка» этих систем, в результате чего обеспечивается локальное свертывание крови в месте повреждения и поддерживается жидкое состояние крови в неповрежденном русле

n Компоненты противосверты-вающей системы крови

· факторы противосверты-вающей системы плазмы крови

· система фибринолиза

 

Система свертывания крови - это многокомпонентная система, в состав которой входят белки, фосфолипиды, обломки клеточных мембран и ионы кальция.

Компоненты системы свертывания крови принято называть "факторами". Факторы бывают тканевыми, плазменными и тромбоцитарными. Тканевые и плазменные факторы обозначаются римскими цифрами, а тромбоцитарные - арабскими. Если фактор является активным, то за цифрой ставится буква "а".

 

n Компоненты свертывающей системы крови

· тромбоциты

· факторы свертывающей системы плазмы крови

 

Большинство белков системы свертывания крови обладает ферментативной активностью. Все факторы свертывания крови, кроме фXIII, являются сериновыми протеиназами, которые катализируют реакции ограниченного протеолиза.

В ходе реакций свертывания крови все белки-ферменты сначала выступают в роли субстрата, а затем - в роли фермента. Среди белков, участвующих в свертывании крови, есть такие, которые не обладают ферментативной активностью, но специфически ускоряют протекание ферментативной реакции. Они называются параферментами. Это фV (проакцелерин) и фVIII(антигемофильный глобулин А).

Большинство факторов свертывания крови синтезируется в неактивной форме в виде проферментов. Проферменты активируются и их действие направлено на протекание прямой реакции свертывания крови - на превращение фибриногена в фибрин, которой является основой кровяного сгустка.

Есть 2 механизма свертывания крови - внешний и внутренний.

ВНЕШНИЙ механизм запускается с участием внешних (тканевых) факторов, ВНУТРЕННИЙ - при участии факторов, источником которых служит сама кровь, плазма, собственно ферменты и форменные элементы крови. РАЗЛИЧАЮТСЯ ВНЕШНИЙ И ВНУТРЕННИЙ МЕХАНИЗМЫ ТОЛЬКО НАЧАЛЬНЫМИ СТАДИЯМИ ДО АКТИВАЦИИ ПРОТРОМБИНА (фII - протромбин). ПОСЛЕДУЮЩИЕ СТАДИИ ПРОТЕКАЮТ ОДИНАКОВО И В ТОМ, И В ДРУГОМ СЛУЧАЯХ.

НАЧАЛЬНЫЕ СТАДИИ ВНЕШНЕГО МЕХАНИЗМА.

Для пуска внешнего механизма необходим первичный сигнал: повреждение тканей (клеток), оказавшихся в контакте с кровью, или эндотелия сосуда. При этом разрушаются клеточные мембраны и из клеток высвобождается тканевой тромбопластин (фIII). Он активирует фVII - прконвертин.

Активация фVII, а также все последующие реакции до активации протромбина протекают на матрице, которая состоит из липопротеиновых осколков клеточных мембран. В ходе активации фVII происходит конформационная перестройка его молекулы, в результате формируется активный центр этого белка-фермента.

Активный фVIIa образует комплекс с тканевыми фосфолипидами и ионом кальция. Этот комплекс обладает протеолитической активностью и вызывает активацию фактора X (Прауэра-стюарта).

Активный фактор Xа тоже обладает протеолитической активностью и активирует протромбин.

НАЧАЛЬНЫЕ СТАДИИ ВНУТРЕННЕГО МЕХАНИЗМА.

Начальные стадии внутреннего механизма называются " контактная фаза " или “контактная стадия”. Происходит контакт фXII (хагемана) с чужеродной поверхностью (например, игла шприца, лезвие ножа, стекло). В результате происходит конформационная перестройка фXII и он активируется - переходит в фXIIa.

Активация фXII, а также последующие реакции внутреннего механизма, так же, как и при внешнем механизме, протекают на матрице - тромбопластине, который освобождается при разрушении тромбоцитов.

XIIa действует на XI (Розенталя), превращая его в XIa.

XIa действует на фIX (антигемофильный глобулин В) (обязательно в присутствии ионов кальция!), и переводит его в фIXa.

фIXa образует комплекс с тромбоцитарными фосфолипидами, ионами кальция и параферментом - фVIIIa. В составе этого комплекса фIXa обладает протеолитической активностью и переводит фX в фXa.

Следующие стадии, начиная с активации протромбина (фII), протекают одинаково для обоих механизмов свертывания крови.

Протромбин - белок, который синтезируется в печени. Для синтеза протромбина необходим витамин "К". Реакция синтеза протромбина катализируется комплексом, состоящим из активного фXa, фосфолипидов, иона кальция и парафермента Va. В ходе этой реакции резко уменьшается сродство данного комплекса к матрице и активный тромбин,или фIIa, освобождается с матрицы и гидролизует пептидные связи между аргинином и глутаминовой кислотой в молекуле своего субстрата - фибриногена, превращая его в фибрин-мономер.

На следующей стадии мономеры фибрина спонтанно агрегируют с образованием регулярной полимерной структуры "мягкого" сгустка растворимого фибрин-полимера. При этом происходит захват фибрин-полимером компонентов крови - формируется тромб (сгусток).

Сначала сгусток рыхлый и мягкий, связи между молекулами фибрин-полимера слабые (нековалентные). Но затем под действием активного фXIIIa (фибриназа) (фXIII активируется фактором IIa - тромбином) происходит прочная ковалентная “сшивка” молекул фибрин-полимера. Образуются межмолекулярные связи между карбоксильными группами глутамина и аминогруппами лизина: так растворимый фибрин-полимер переходит в нерастворимый фибрин-полимер.

После образования нитей фибрина происходит их сокращение (ретракция кровяного сгустка), которое происходит с затратой АТФ.

Процесс тромбообразования постоянно контролируется антитромбином III - ингибитором сериновых протеиназ. Кроме того, протекание большинства реакций свертывания крови на матрице обеспечивает:

1) высокую эффективность процесса

2) локальность процесса - процесс свертывания протекает только в месте повреждения (это предотвращает процесс диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС-синдром).

Скорость свертывания крови зависит не только от работы системы свертывания, но и от присутствия естественных антикоагулянтов - веществ, предотвращающих свертывание крови.

 

 

Задача: Общий анализ крова:

эритроциты – 1,8×1012/л (N 4,0 – 5,5× 1012/л)

гемоглобин – 100 г/л (N 120 - 140 г/л)

ретикулоциты – 15 0/00 (N до 120/00)

Биохимический анализ крови:

общий билирубин – 62 мкмоль/л (N < 20,5 мкмоль/л)

непрямой билирубин – 54,7 мкмоль/л (N < 17,1 мкмоль/л)

прямой билирубин – 7,3 мкмоль/л (N< 5,1 мкмоль/л)

щелочная фосфатаза – 324 Ед/л (N < 180 Ед/л)

Анализ мочи:

цвет – темно-бурый

билирубин - отр.

гемоглобин ++

Анализ кала:

стеркобилин – 830 мг/% (N 200 - 600 мг/%)

Ваше заключение.

 

Билет № 8