БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 1

ЧАСТЬ I. КОНФОРМАЦИЯ И ДИНАМИКА

ГЛАВА 9. БЕЛКИ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ: КОЛЛАГЕН, ЭЛАСТИН И ПРОТЕОГЛИКАНЫ

9.14. Коллагеназы-ферменты, специфически расщепляющие коллаген

Коллагеназа - это фермент, расщепляющий пептидные связи в определенных участках спирализованных областей коллагена. В отношении других ферментов коллаген проявляет очень высокую степень устойчивости. Известны два типа коллагеназ.

1. Один тип коллагеназ синтезируется некоторыми микроорганизмами. Так, Clostridium histolyticum (бактерия, вызывающая газовую гангрену) выделяет коллагеназу, расщепляющую полипептидную цепь коллагена более чем в 200 участках. Фермент гидролизует следующую связь:

Эта коллагеназа, разрушающая соединительнотканные барьеры организма-хозяина, способствует проникновению (инвазии) высокопатогенного клостридия в организм. Сама бактерия не содержит коллагена и потому не подвержена действию коллагеназы.

2. Второй тип-это тканевые коллагеназы, которые обнаруживаются у земноводных и млекопитающих в растущих или подвергающихся метаморфозу тканях. Впервые коллагенолитическая активность была выявлена в хвостовом плавнике головастиков в период метаморфоза (рис. 9.21), когда в течение нескольких дней происходит резорбция больших количеств коллагена в ткани. Для определения коллагенолитической активности маленькие кусочки подвергающегося метаморфозу хвостового плавника культивировали на слое коллагеновых волокон. Спустя несколько часов на этом непрозрачном слое появились совершенно прозрачные зоны, что указывало на высокую активность коллагеназы (рис. 9.22). Коллагенолитическая активность выявляется также в таких тканях млекопитающих, которые претерпевают быструю реорганизацию, например, в матке после родов. Совершенно ясно, что время и сила действия тканевых коллагеназ должны находиться под строгим контролем.

Рис. 9.21. При метаморфозе головастика из хвостового плавника быстро исчезает коллаген

Рис. 9.22. Кусочки хвостового плавника головастика помещены на реконструированный коллагеновый гель (наверху). После 24 ч инкубации при 37°С вокруг каждого кусочка появляется прозрачная зона-результат активности коллагеназы (внизу)

Коллаген аза головастика обладает удивительной спицифичностью. Этот фермент расщепляет тропоколлаген, как бы делая срез через все три цепи в единственном месте-вблизи от аминокислотного остатка 750 в последовательности из 1000 остатков. Два фрагмента, составляющие соответственно 1/4 и 3/4 исходной цепи, при температуре тела спонтанно развертываются и становятся доступными действию других протеолитических ферментов.

9.15. Эластин - каучукоподобный белок эластических волокон

Эластин обнаруживается в большинстве типов соединительной ткани наряду с коллагеном и полисахаридами. Это основной компонент эластических волокон, обладающий способностью растягиваться в несколько раз в длину, а при снятии нагрузки быстро восстанавливать исходную форму и размер. Эластин находится в большом количестве в стенках кровеносных сосудов, особенно в дуге аорты, расположенной около сердца, и в связках. Очень богаты эластином эластические шейные связки травоядных животных. В коже, сухожилиях и рыхлой соединительной ткани эластина относительно мало.

Очень своеобразен аминокислотный состав этого белка. Как и в коллагене, одна треть аминокислотных остатков представлена глицином. Эластин богат также пролином. Однако в отличие от коллагена в эластине очень мало гидроксипролина, нет гидроксилизина и мало полярных аминокислот; эластин богат неполярными алифатическими аминокислотами-аланином, валином, лейцином и изолейцином.

В зрелом эластине много поперечных связей. По этой причине он практически нерастворим; это затрудняет его изучение. Однако из тканей свиней, страдающих дефицитом меди, удалось выделить растворимый предшественник эластина, называемый проэластином. При дефиците меди блокируется образование альдегидов, необходимых для образования поперечных связей в эластине (как и в коллагене). Изучение аминокислотного состава проэластина, имеющего массу 125 к Да, еще не закончено, однако уже получены некоторые интересные результаты. Так, установлено существование нескольких областей белка, обогащенных остатками лизина и аланина. Часто встречаются такие последовательности:

-Lys-Аlа-Аlа-Lys-

и

-Lуs-Аlа-Аlа-Аlа-Lуs-

Именно в этих участках образуются поперечные связи. Обнаруженные в коллагене альдольные поперечные связи (рис. 9.18) имеются и в эластине. В обоих белках встречается еще один тип структуры, создающей поперечную сшивку, а именно лизинорлейцин (рис. 9.23), в образовании которого участвуют остатки лизина. Только в эластине обнаружен десмозин, образованный из боковых цепей четырех остатков лизина (рис. 9.24). Значение поперечных связей в эластине состоит, по-видимому, в том, что они обеспечивают способность эластиновых волокон после растяжения восстанавливать исходную форму и размер.

Рис. 9.23. Образование поперечной сшивки в виде лизилнорлейцина в коллагене и эластине

Рис. 9.24. Десмозин (поперечная сшивка в эластине) образуется из четырех боковых цепей остатков лизинов

Участки эластина, расположенные между поперечными связями, богаты глицином, пролином и валином. Последовательности аминокислот в этих участках обладают в ряде случаев периодичностью (рис. 9.25).

Рис. 9.25. Часть последовательности аминокислот растворимого предшественника эластина. Ясно виден повторяющийся характер последовательности

Конформация обладающих периодичностью областей, а также связь между периодичностью и эластическими свойствами еще не исследованы. В то же время, учитывая роль эластина в артериальной динамике, представляется важным знать молекулярные основы функции данного белка. Это помогло бы понять сущность ряда сердечно-сосудистых заболеваний.