Особенности структуры и функции разных типов коллагеновВ настоящее время известно 19 типов коллагена, которые отличаются друг от друга по первичной структуре пептидных цепей, по функциям и локализации в организме. Вариантов а-цепей, образующих тройную спираль, гораздо больше 19 (около 30). Для обозначения каждого вида коллагена пользуются определённой формулой, в которой тип коллагена записывается римской цифрой в скобках, а для обозначения а-цепей используют арабские цифры: например коллагены II и III типа образованы идентичными а-цепями, их формулы, соответственно [а1 (П)]3 и [а1 (Ш)]3; коллагены I и IV типов являются гетеротримерами и образуются обычно двумя разными типами а-цепей, их формулы, соответственно [а1(I)]2 а2(I) и [a1(IV)]2a2(IV). Индекс за скобкой обозначает количество идентичных a-цепей. 19 типов коллагена подразделяют на несколько классов в зависимости от того, какие структуры они могут образовывать: Таблица 1.2 ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРЫ, ОБРАЗУЕМЫЕ КОЛЛАГЕНОМ
Фибриллообразующие (I, II, III, V и XI) типы 95% всего коллагена в организме человека составляют коллагены I, II и III типов, которые образуют очень прочные фибриллы. Они являются основными структурными компонентами органов и тканей, которые испытывают постоянную или периодическую механическую нагрузку (кости, сухожилия, хрящи, межпозвоночные диски, кровеносные сосуды), а также участвуют в образовании стромы паренхиматозных органов. Поэтому коллагены I, II и III типов часто называют интерстициальными. Во всех минерализующихся мезенхимных тканях присутствует коллаген I типа. Он беден гидроксилизином, слабо гликозилируется, образу широкие фибриллы. Коллаген II типа, наоборот, богат гидроксилизином сильно гидроксилирован. Коллаген III типа содержит большое количество остатков гидроксипролина и имеет межцепочечные дисульфидные связи. В отличие от коллагена I типа он не способен минерализоваться. К классу фибриллообразующих относят также минорные коллагены V и XI типов. Основа структурной организации коллагеновых фибрилл - ступенчато расположенные параллельные ряды молекул тропоколлaгeна, которые сдвинуты на 1/4 относительно друг друга. Молекулы коллагена не связаны между собой «конец в конец», а между ними имеется промежуток в 35-40 нм. Предполагается, что в костной ткани эти промежутки выполняют роль центров минерализации, где откладываются кристаллы фосфата кальция. При электронной микроскопии фиксированные и контрастированные фибриллы коллагена выглядят поперечно исчерченными с периодом 67 нм, который включает одну тёмную и одну светлую полоски. Считают, что такое строение максимально повышает сопротивление всего агрегата растягивающим нагрузкам. Фибриллы коллагена образуются спонтанно, путём самосборки. Но эти фибриллы ещё не являются зрелыми, так как не обладают достаточной прочностью (известно, что зрелое коллагеновое волокно толщиной в 1 мм выдерживает нагрузку до 10 кг). Образовавшиеся коллагеновые фибриллы укрепляются внутри- и межцепочечными ковалентными сшивками (они встречаются только в коллагене и эластине). Эти сшивки образуются следующим образом:
Шиффовы основания более часто встречаются в сухожилиях, а альдольная конденсация характерна для костей и зубов. Около 25% молекул тропоколлагена распадается, не образуя фибрилл. Получившиеся фрагменты выполняют сигнальные функции и стимулируют коллагеногенез. Количество поперечных связей в фибриллах коллагена зависит от функции и возраста ткани. Например, между молекулами коллагена ахиллова сухожилия сшивок особенно много, так как для этой структуры важна большая прочность. С возрастом количеств поперечных связей в фибриллах коллагена возрастает, что приводит к замедлению скорости его обмена у пожилых и старых людей. При снижении активности лизилоксидазы, а также при недостатке меди или витаминов РР или В6 нарушается образование поперечных сшивок и, как следствие, снижаются прочность и упругость коллагеновых волокон. Такие структуры, как кожа, сухожилия, кровеносные сосуды, становятся хрупкими, легко разрываются. Коллагены, ассоциированные с фибриллами Этот класс объединяет коллагены, которые выполняют очень важную функцию: они ограничивают размер фибрилл, образуемых интерстициальными коллагенами (прежде всего, 1 и II типов), и участвуют в организации межклеточного матрикса в костях, коже, хрящах, сухожилиях. К этим коллагенам относят коллагены IX, XII, XIV и XVI типов. Коллагены этого класса сами фибрилл не формируют, но непосредственно связаны с фибриллами, которые образуют интерстициальные коллагены. К особенностям этого типа коллагенов относят наличие большого количества положительно заряженных групп, к которым могут присоединяться отрицательно заряженные гликозаминогликаны, например, гиалуроновая кислота и хондроитин-сульфат. Это обеспечивает их участие в организации межклеточного матрикса в хряще. Коллагены, образующие сетеподобные структуры К. этому классу относят коллагены IV, VIII, X типов. Особенностью коллагена IV типа, структурного компонента базальных мембран, является то, что повторяющиеся спирализованные участки с последовательностью (Гли-х-у) часто прерываются короткими неспиральными сегментами. Это, вероятно, увеличивает гибкость коллагена IV типа и способствует образованию на его основе сетчатых структур. Молекулы этого коллагена не могут ассоциироваться латерально с образованием фибрилл, так как N- и С-концевые пропептиды у него не отщепляются. Но именно эти фрагменты участвуют в образовании олигомерных форм коллагена, так как они имеют ряд потенциальных мест связывания (остатки цистеина и лизина). Дисульфидные мостики и поперечные лизиновые связи стабилизируют образующиеся олигомеры. Кроме этого, возможны латеральные взаимодействия спирализованных участков разных молекул с образованием суперспиралей. В базальной мембране из этих компонентов формируется сетчатая структура с гексагональными ячейками размером 170 нм. Коллагены, образующие микрофибриллы К этому классу относят коллаген VI типа, который является короткоцепочечным белком. Он образует микрофибриллы, которые располагаются между крупными фибриллами интерстициальных коллагенов. Этот коллаген широко представлен в хрящевом матриксе, но больше всего его содержится в межпозвоночных дисках. Две молекулы этого коллагена соединяются антипараллельно с образованием димера. Из димеров образуются тетрамеры, которые секретируются из клетки, и вне клетки связываются «конец в конец» с образованием микрофибрилл Функции коллагена VI типа пока полностью неясны, хотя известно, что его микрофибриллы могут связываться со многими компонентами межклеточного матрикса: фибриллами интерстициальных коллагенов, гиалуроновой кислотой, протеогликанами. Молекула этого коллагена содержит многочисленные последовательности Apr-Гли-Асп (RGD), поэтому возможно его участие в клеточной адгезии через присоединение к мембранным адгезивным молекулам, например интегринам. Коллагены, образующие «заякоренные» фибриллы К этому классу относят коллагены VII и XVII типов, которые называют также коллагенами, связанными с эпителием, так как они обычно находятся в местах соединения эпителия с субэпителиальными слоями. Коллаген VII типа - основной структурный компонент «заякоренных» фибрилл. Эти фибриллы играют важную роль в присоединении эпидермиса к дерме, так как одним концом они могут присоединяться к lamina densa, на которой лежит кожный эпителий, а другой их конец проникает в более глубокие субэпидермальные слои кожи и связывается там со структурами, называемыми «якорные диски».
|
