КОЛЛАГЕН.

Учебное пособие

Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве

учебного пособия для студентов, обучающихся

по специальности 060105 -Стоматология

Волгоград 2010

УДК 577.1.616.31-08(075.8)

ББК 28.072я7+56.6

УМО – 17-28/486-д

12.08.08

Авторы:

зав. кафедрой теоретической и клинической биохимии ВолГМУ,

д.м.н., профессор О. В. Островский;

д.б.н., профессор В.А. Храмов;

к.б.н, ассистент кафедры теоретической и клинической биохимии,

Т. А. Попова

 

Рецензенты:

зав. кафедрой биохимии Саратовского государственного медицинского университета, д.м.н., профессор В.Б.Бородулин;

зав. кафедрой биохимии Кубанской медицинской академии, д.м.н.,

профессор И.М. Быков

 

Печатается по решению Центрального методического совета ВолГМУ.

 

Биохимия полости рта: Учебное пособие/ О.В. Островский, В.А. Храмов, Т.А. Попова; под ред. проф. О. В. Островского. — Волгоград: Изд-во ВолГМУ, 2010. — 184 с.

В учебно-методическом пособии изложен теоретический материал по биохимии соединительной ткани, костной ткани, тканях зуба и ротовой жидкости, описаны биохимические изменения в полости рта при некоторых патологических состояниях, описаны лабораторные работы по определению низкомолекулярных компонентов в ротовой жидкости, выполняемые студентами на занятиях.

Структура и форма изложения материала соответствует учебной программе по биологической химии.

Учебное пособие предназначено для студентов медицинских вузов, обучающихся по специальности «Стоматология».

 

©Волгоградский государственный

медицинский университет, 2010

©Издательство ВолГМУ, 2010

 

Список сокращений:

 

α₁-ПИ - α₁-ингибитор протеиназ

α₂-М - α₂-макроглобулина

α₁-AT - α₁-антитрипсин

g-ГЛУ - g-карбоксиглутаминовая кислота

-ИФ - -интерферон

Ala – аланин

COL - ген коллагена

ECF - фактор хемотаксиса эозинофилов

GM-CSF - колониестимулирующий фактор гранулоцитов и макрофагов

G-CSF - колониестимулирующий фактор гранулоцитов

Gla – гликозоамин

Gly – глицин

HRP - Белки богатые гистидином (гистатины )

Hyr – гидроксипролин

Hyl – гидроксилизин

Ig – иммуноглобулин

IР3 - 1,4,5-инозитолтрифосфата

Leu - лейцин

Lе - локус Lewis

Met – метионин

M-CSF - колониестимулирующий фактор макрофагов

Ме²⁺ - ионы металлов, с зарядом 2+

Mr – молекулярная масса

NАМ - N-ацетилмурамовая кислота

NАС - N-ацетилглюкозамин

NCF - фактор хемотаксиса нейтрофилов.

Pro – пролин

PPi - пирофосфат

РRР - Белки богатые пролином

RGD – аминокислотная последовательность аргинин-глицин-аспартат, с помощью которой белки присоединяются к клеточным рецепторам

Str - стрептококки

TNF - фактора некроза опухоли

TGFa, bFGF, TGFb, bFGF – ростовые факторы

VТР - вазоактивный кишечный полипептид

 

АГ – андрогены

АГП - Анионные гликопротеины

АДФ - аденозиндифосфат

АМК - аминокислоты

АСП – аспарагиновая кислота

АРГ – аргинин

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота

БАВ - биологически активные вещества

ВАЛ - валин

ГАГ – гликозамингликан

ГАП – гидроксиапатит

ГК –глюкокортикоиды

ГЛИ - глицин

ГЛУ – глутаминовая кислота

ГК - Гиалуроновая кислота

ГФЛ - глицерофосфолипиды

Д – дальтон

ДЖ - Десневая жидкость

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

ЖКТ – желудочнокишечный тракт

ИО - ингибитор остеоиндукции

ИЛ- – интерлейкин

ИЛЕ – изолейцин

ИФ - интерферон

ИФР - инсулиноподобные факторы роста

ИЭТ – изоэлектрическая точка

кДа – килодальтон

КГП - Катионные гликопротеины

КТ – кальцитонин

КСИ - кислотостабильные ингибиторы

КС – кератансульфаты

КЛ1 – коллаген I типа

КП - коэффициент проницаемости

КСБЭ - кальцийсвющие белки эмали

КФ – кислая фосфатаза

КЭФР - костноэкстрагируемые факторы роста

ЛЕЙ - лейцин

ЛИЗ – лизин

МБК - морфогенетические белки кости

MB - мембранные везикулы

МГП - Макромолекулярные гликопротеины

М.м – молекулярная масса

МПО - Миелопероксидаза

мРНК – матричная рибонуклеиновая кислота

НКБ - неколлагеновые белки

ОА - оксалоацетата

ОСН – остеонектин

ОК – остеокальцин

ОП - остеопонтин

П - протеиназа

ПААГ – полиакриламидный гель

ПГ - простагландин

ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты

ПТГ – паратгормон

ПФ – пирофосфатаза

СЕР – серин

СЖ - слюнные железы

СК, SР - секреторный компонент IgAs

СПО - Слюнная пероксидаза

СТГ – соматотропный гормон

Т_1/2 - полупериод жизни

ТХ - тромбоксан

ФАФС – 3’-фосфоаденозил-5’-фосфосульфат

ФАП - фторапатит

ФГП - Фосфосодержащие гликопротеины

ФРН - Фактор роста нервов

ФРС - фактор роста скелета

ФРЭ - фактор роста эпидермиса

ХС - Хондроитинсульфаты

цАМФ – циклический аденозинмонофосфат

цГМФ – циклический гуанозинмонофосфат

ЦНС – центральная нервная система

ЦПЭ – цепь переноса электронов

ЩФ щелочной фосфотазы

ЭГ – эстрогены

ЭДТА - этилендиаминтетраацетат

ЭР – эндоплазматический ретикулум

 

 

Глава 1 Состав и строение Соединительной ткани.

Соединительные ткани – широко распространенные ткани мезенхимного генеза. Соединительная ткань выполняет функции структуры, информационного обеспечения, механической, имунной и бактериологической защиты. Выделяют волокнистые ткани и ткани со специальными свойствами: эмбриональную, ретикулярную и жировую. Волокнистые ткани разделяют на рыхлую, образующую строму всех органов, и плотную оформленную и неоформленную. В полости рта человека представлено несколько разновидностей соединительной ткани. Для соединительной ткани характерно наличие разных видов клеток и значительный процент межклеточного вещества от объема ткани.

Клетки соединительных тканей – фибробласты, макрофаги, тучные клетки, лейкоциты, плазматические, перициты, адипоциты.

Клетки соединительной ткани (в зависимости от выполняемой функции) можно разделить на три основные группы.

(а) Клетки, ответственные за синтез молекул внеклеточного вещества и поддержание структурной целостности ткани. В соединительных тканях это фибробласты. Механоциты — общее наименование таких клеток соединительных и скелетных тканей. К ним относят, помимо фибробластов и фиброцитов, хондробласты и хондроциты, остеобласты и остеоциты, одонтобласты, ретикулярные клетки.

(б) Клетки, ответственные за накопление и метаболизм жира, — адипоциты; эти клетки образуют жировую ткань.

(в) Клетки с защитными функциями (в т.ч. иммунологическими): тучные, макрофаги и все типы лейкоцитов.

Основными компонентами межклеточного матрикса являются:

· различные виды коллагена, придающие тканям прочность;

· неколлагеновые белки, преимущественно выполняющие функцию адгезии;

· гликопротеины, протеогликаны и гиалуроновая кислота, связывающие воду и придающие тканям упругость.

КОЛЛАГЕН.

Коллаген, наиболее распространённый белок млекопитающих, основной структурный белок межклеточного матрикса. Он составляет от 25 до 33% общего количества белка в организме, т.е. ~6% массы тела, образует основу сухожилий, костей, кожи, зубов и хрящей. Структурной единицей коллагенового волокна является тропоколлагеновая молекула, состоящая из трёх полипептидных цепей, каждая из которых содержит около 1000 аминокислотных остатков. В зависимости от функции коллагена его полипептидные цепи либо идентичны, либо имеют довольно близкие последовательности.

Аминокислотный состав коллагена необычен. Во-первых, примерно одну треть всех остатков составляют остатки глицина, и, во-вторых, имеется большое число остатков пролина. Кроме того, в коллагене встречаются остатки двух аминокислот, обычно не обнаруживаемых в белках, - гидроксипролина и гидроксилизина. Боковые цепи этих аминокислот содержат гидроксильную (-ОН) группу, присоединённую к одному из углеродных атомов вместо атома водорода. Гидроксипролирование осуществляется специфическими ферментами после включения пролина или лизина в полипептидную цепь коллагена.

Аминокислотная последовательностьбольшей части цепи коллагена представлена регулярно повторяющимися единицами Gly – X – Y, где Gly – глицин, X и Y могут быть произвольными аминокислотными остатками. Пролин (Pro) чаще встречается в положении X, тогда как гидроксипролин (Hyr) – преимущественно в положении Y. Типичный фрагмент последовательности коллагена выглядит следующим образом:

- Gly – Pro – Hyp – Gly – Pro – Met – Gly – Pro – Hyp – Gly – Leu – Ala –

Такая регулярная последовательность принимает конформацию, называемую коллагеновой спиралью. В участках из первых 16 остатков у N-конца и из последних 25 остатков у С-конца полипептидной цепи коллагена подобной регулярности в чередовании аминокислотных остатков не обнаруживается. Эти сегменты, называемые телопептидами, имеют конформацию, отличную от коллагеновой спирали.

Одиночная полипептидная цепь коллагена принимает форму спирали, в которой расстояние между аминокислотными остатками вдоль оси составляет 0,29 нм, а на один виток спирали приходится немного менее трёх остатков. Спираль оказывается левой в том смысле, что если пальцы левой руки положить так, чтобы они прослеживали путь G1 – X2 – Y3 – G4, то большой палец будет указывать направление от N- к С-концу. Между атомами основной цепи одиночного полипептида водородных связей не образуется. Тем не менее такая конформация (значительно более вытянутая, чем α-спираль, у которой расстояние между остатками составляет 0,15 нм) оказывается предпочтительной для полипептидной цепи, содержащей массивные пирролидиновые кольца остатков пролина и гидроксипролина.

В тройной коллагеновой спирали три одиночные коллагеновые цепи уложены параллельно и закручены одна вокруг другой, образуя похожую на канат витую структуру. Такое закручивание оказывается возможным благодаря наличию у левых одиночных коллагеновых спиралей правой сверхспирализации, которую можно наблюдать по результирующему смещению А-цепи при переходе от G1 к G4 (G1 и G4 – это глициновые остатки, стоящие соответственно в первом и четвёртом положениях). Одиночная цепь коллагена содержит примерно 1000 остатков, а длина молекулы тропоколлагена составляет при этом около 300 нм.

Глицин – единственный остаток, который может располагаться вблизи оси тройной спирали, поскольку имеющегося там свободного пространства недостаточно для размещения любой другой, большей по объёму, боковой цепи. На один виток одиночной цепи приходится примерно три остатка, поэтому в каждом третьем положении аминокислотной последовательности должен стоять глицин. Боковые цепи последовательности Х и Y направлены в сторону от оси тройной спирали и могут быть большими по объёму. В тройной спирали существуют водородные связи между аминогруппой (-N–H) каждого внутреннего глицинового остатка и карбоксильным остатком (-С=О) другой цепи.

При формировании фибрилл молекулы тропоколлагена располагаются ступенчато, смещаясь относительно друг друга на одну четверть длины, что придает фибриллам характерную исчерченность.

Коллаген - это семейство близкородственных фибриллярных белков.

Гены коллагенов локализованы в разных хромосомах. Стандартное название гена (например, COL1A2) состоит из названия гена COL (oт collagen, коллаген), типа коллагена (I, II и т.д.), идентификатора полипептидной цепи (А2, где А, В и т.д. — аббревиатура от alpha, beta и т.д., 1, 2 и т.д. — порядковый номер цепи).

В разных тканях преобладают разные типы коллагена (табл. 1.1), что определяется той ролью, которую коллаген играет в конкретном органе или ткани. Например, в сухожилиях коллаген образует плотные параллельные волокна, которые дают возможность этим структурам выдерживать большие механические нагрузки, а в заживающей ране они агрегированы весьма хаотично.

Таблица 1.1