Какой витамин необходим для гидроксилирования пролина и лизина

ТОП 10:

Цинга́ — болезнь, вызываемая острым недостатком витамина C (аскорбиновая кислота), который приводит к нарушению синтеза коллагена, и соединительная ткань теряет свою прочность.

Гидроксилирование пролина и лизина начинается в период трансляции коллагеновой мРНК на рибосомах и продолжается на растущей полипептидной цепи вплоть до её отделения от рибосом. После образования тройной спирали дальнейшее гидроксилирование пролиловых и лизиловых остатков прекращается.

Реакции гидроксилирования катализируют ок-сигеназы, связанные с мембранами микросом. Пролиловые и лизиловые остатки в Y-положении пептида (Гли-х-у)n подвергаются действию, соответственно, пролил-4-гидроксилазы и лизил-5-гидроксилазы. Пролил-3-гидроксилаза действует на некоторые остатки пролина в Х-положениях. Необходимыми компонентами этой реакции являются оскетоглутарат, О2 и витамин С (аскорбиновая кислота). Донором атома кислорода, который присоединяется к С-4 пролина, является молекула О2, второй атом О2 включается в сукцинат, который образуется при декарбоксилировании α-кетоглутарата, а из карбоксильной группы а-кетоглутарата образуется СО2 (см. схему А на с. 691).

Гидроксилазы пролина и лизина содержат в активном центре атом железа Fe2+. Для сохранения атома железа в ферроформе необходим восстанавливающий агент. Роль этого агента выполняет кофермент гидроксилаз — аскорбиновая кислота, которая легко окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. Обратное превращение происходит в ферментативном процессе за счёт восстановленного глутатиона (см. схему Б на с. 691).

Гидроксилирование пролина необходимо для стабилизации тройной спирали коллагена, ОН-группы гидроксипролина (Hyp) участвуют в образовании водородных связей. А гидроксилирование лизина очень важно для последующего образования ковалентных связей между молекулами коллагена при сборке коллагеновых фибрилл. При цинге — заболевании, вызванном недостатком витамина С, нарушается гидроксилирование остатков пролина и лизина. В результате этого образуются менее прочные и стабильные коллагеновые волокна, что приводит к большой хрупкости и ломкости кровеносных сосудов с развитием цинги. Клиническая картина цинги характеризуется возникновением множественных точечных кровоизлияний под кожу и слизистые оболочки, кровоточивостью дёсен, выпадением зубов, анемией.

3. Роль защитных систем в обеспечении гомеостаза полости рта.

Гомеостаз — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Основная задача системы — воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды. К основным причинам нарушения гомеостаза относятся необычные для нормальной жизнедеятельности неферментативные реакции, протекающие в мембранах. В большинстве случаев это цепные реакции окисления с участием свободных радикалов, возникающие в фосфолипидах клеток. Эти реакции ведут к повреждению структурных элементов клеток и нарушению функции регулирования . Что касается гомеостаза полости рта, то основная роль в его поддержании отводится слюне. При этом важное значение имеет и слизистая оболочка, через которую реализуются протекание метаболических процессов в полости рта и ее защитные функции . К метаболизму, обеспечивающему поддержание гомеостаза полости рта, относятся все реакции и процессы, осуществляющие жизнедеятельность структурных элементов клеток и тканей . Нарушение клеточного метаболизма приводит к изменению гомеостаза полости рта и развитию патологического процесса . Слюна как естественная жидкая биологическая среда играет огромную роль в жизне- деятельности зубов, слизистой оболочки полости рта и пародонта . Снижение секреции слюны — неблагоприятный фактор, способствующий развитию стоматологической патологии. Основное участие слюны в поддержании гомеостаза полости рта осуществляется за счет ее активных компонентов, участвующих во многих процессах: пищеварении, поддержании постоянства среды, антимикробном, защитном, реминерализующем и других действиях .

Один из показателей гомеостаза полости рта — кислотно-основное состояние (величина водородного показателя — рН). Концентрация водородных ионов в полости рта влияет на активность ферментов слюны, процессы минерализации и реминерализации эмали, микроциркуляцию, активность микрофлоры, специфическую и неспецифическую резистентность тканей полости рта. К факторам, определяющим кислотно-основное состояние полости рта, относятся: состав пищи и питьевой воды, количество и состав слюны, десневой жидкости, зубного налета, микрофлора, а также применяемые средства гигиены для полости рта, курение, профессиональные факторы, наличие зубных протезов и ортодонтических аппаратов, заболевания зубов, десен, слизистойоболочки полости рта.

4. Возрастные изменения, протекающие в коллагене. Применение коллагена в медицине.

Коллаген является основным фибриллярным белком, обеспечивающим механические свойства кожи, ее прочность, сопротивление к деформациям. Снижение количества и изменение качества коллагеновых волокон в коже наблюдается как при хронологическом старении, так и под воздействием УФ-лучей, обуславливающих ускоренное старение кожи. Это проявляется уменьшением толщины кожи, формированием морщин, складок, усугублением проявлений гравитационного птоза (опущения) мягких тканей, более легкой травматизацией кожи. Для фотостарения более характерно формирование сетки тонких морщин — так называемый мелкоморщинистый тип старения.

При наличии полиморфизма гена коллагена предполагают наличие измененного коллагена в коже. Внешне это может проявляться преждевременным старением, выраженными признаками гравитационного птоза. В этом случае ингредиенты и процедуры, стимулирующие синтез коллагена, будут способствовать накоплению нетипичного белка, более устойчивого к действию ферментов, осуществляющих нормальный метаболизм. Таким пациентам стимулирующие процедуры назначаются с большой осторожностью.

Источник

На примере коллагена -I: характерен для кости, является основным белком дентина. (закрепляем материал по посттрансляционному процессингу белка и ферментам микросомального окисления)

Коллаген синтезируется в фибробластах в виде высокомолекулярного предшественника – проколлагена.

На этапах синтеза коллагена после включения пролина и лизина в полипептидную цепь происходит их гидроксилирование (специфично для молекулы коллагена). Образование гидроксипролила и гидроксилизила катализируют железосодержащие ферменты — пролилгидроксилаза и лизилгидроксилаза, их кофактор — аскорбиновая кислота. Гидроксилирование аминокислот является диоксигеназной реакцией, т.е. молекула кислорода одновременно окисляет два субстрата (аминокислоту и a-кетоглутарат):

В результате реакции образуются оксипролин и сукцинат (в молекулу которого включён второй атом кислорода из молекулы О2) и выделяется СО2. Реакция высокоспецифична – остатки пролина и лизина подвергаются гидроксилированию, если они расположены со стороны аминогруппы глицинового остатка. Аскорбиновая кислота работает как восстановительный агент, благодаря которому железо в активном центре фермента сохраняется в форме Fe2+. При недостатке витамина С синтез коллагена нарушается, возникает непрочность коллагеновых волокон, кровоточивость десен, расшатывание зубов (проявления цинги). Расшатывание зубов обусловлено, главным образом, недогидроксилированием вновь синтезированного коллагена периодонтальной связки. Такой коллаген плохо агрегирует.

К остаткам гидроксилизина под действием сначала галактозилтрансферазы, затем глюкозилтрансферазы присоединяются углеводные единицы (сначала – одна галактоза, затем некоторые галактозы достраиваются до дисахарида – галактоза-глюкоза).

Гидроксилирование и трансферазная реакция происходят во вновь синтезированном коллагене, ещё не претерпевшем спирализации в просвете эндоплазматического ретикулюма. Затем каждая про-a-цепь с помощью водородных связей объединяется с двумя другими в молекулу проколлагена, которая секретируется в межклеточный матрикс.

• Проколлаген имеет более длинные цепи, чем тропоколлаген. Дополнительные концевые фрагменты не образуют обычную трехцепочечную спираль, а объединяются друг с другом в глобулярные домены, структура которых совершенно не похожа на уникальную линейную структуру зрелого коллагена (например, есть дисульфидные мостики). Это препятствует агрегации и образованию фибрилл внутриклеточно, что было бы фатальным для клетки. Вне клетки протеолитические ферменты последовательно удаляют оба домена – N-концевой и С-концевой (маркёры синтеза коллагена).

Ниже Более подробная схема синтеза коллагена

После того как во внеклеточном пространстве сформировались коллагеновые фибрилы, их прочность существенно увеличивается, так как образуются ковалентные сшивки между остатками лизина внутри и между молекулами тропоколлагена,укрепляя четвертичную структуру.
Сшивки создаются в несколько этапов.
I этап. Вначале некоторые остатки лизина и гидроксилизина дезаминируются лизилоксидазой с образованием альдегидных групп, обладающих высокой реакционной способностью. Затем эти группы самопроизвольно реагируют с образованием ковалентных связей друг с другом или с другими остатками лизина или гидроксилизина.

II этап. Альдегидные группы самопроизвольно взаимодействуют друг с другом, образуя альдольные поперечные связи коллагена, или реагируют с аминогруппой остатков лизина или 5-гидроксилизина (рис. А), обеспечивая образование бифункциональных ковалентных сшивок между соседними молекулами тропоколлагена.

РИС А

Если в реакции участвует аллизин, то она протекает по механизму альдиминной конденсации. При этом по иминной связи промежуточного соединения присоединяются 2 атома Н. В результате образуются сшивки с группировкой -NH- в середине – лизиннорлейцин или гидроксилизиннорлейцин (рис. А).

Присутствие гидроксильной группы в 5 положении гидроксиаллизина предопределяет течение реакции по механизму кетоиминной конденсации (рис Б). В этом случае в цепи получившейся поперечной сшивки лизино-5-кетонорлейцина или гидроксилизино-5-кетонорлейцина вместе с группировкой -NH- присутствует кето-группа.

Цепочки таких перемычек достаточно длинные, чтобы иметь некоторую гибкость, а ковалентное соединение атомов придаёт им высокую прочность и закрепляет регулярную структуру микрофибрилл коллагена.

Поперечные бифункциональные сшивки имеют свой вариант упорядоченности: каждый концевой телопептид тропоколлагена соединён перемычкой с расположенным на том же уровне участком смежной молекулы (рис. 9). Подобная локализация и прочность сшивок позволяет обнаружить их в составе N- и C-телопептидов, отщепляемых при распаде коллагена (для идентификации таких специфичных фрагментов разработаны методы, основанные на иммуноферментном анализе).

РИС Б

Бифункциональные связки наиболее присущи фибриллообразующим коллагенам типа I, II и III, причём в зависимости от вида ткани преобладает какой-либо определённый вид сшивки.

III этап. По мере созревания ткани возникают перемычки и между микрофибриллами. В бифункциональных сшивках сохраняются реакционноспособные атомы, которые постепенно вступают в реакции дополнительной конденсации с образованием трифункциональных сшивок, имеющих в центре гетероцикл – пиридиниевое или пиррольное кольцо (рис. В, Г). Эти процессы протекают также неферментативно путём спонтанного взаимодействия кетоиминной двойной сшивки одной микрофибриллы с альдегидным радикалом, расположенным в телопептидной части другой микрофибриллы.

Если в реакции участвуют 5-гидроксиаллизин и уже сформированная сшивка гидроксилизино-5-кетонорлейцина, то продукт – гидроксилизил-пиридинолин (рис. В).
В большинстве тканей это главная трифункциональная сшивка коллагенов.

В минерализуемых тканях (кость, ткани зуба) число пиридиниевых сшивок в 5-10 раз меньше, чем в хряще и сухожилиях, причём чаще всего здесь встречается лизил-пиридинолин – вариант с негидроксилированной цепочкой в перемычке, образованной с участием лизино-5-кетонорлейцина. Более того, для минерализованных тканей характерны сшивки пиррольного типа, которые образует негидроксилированный аллизин, соединяясь с бифункциональной сшивкой гидроксилизино-5-кетонорлейцином (рис. Г). Из всех трифункциональных перемычек для минерализуемых тканей специфичен именно гидроксилизилпиррол. Дополнительные перемычки циклического характера нужны для повышения механической прочности волокон коллагена.

Источник

Читайте также:

V. Определить необходимое число резервных двигателей при среднем времени нахождения двигателя в ремонте
А) налоги — объективная необходимость, но их пределы — проблема, поскольку они непосредственно сказываются на эффективности частного бизнеса;
АКТИВНОГО ПРОЯВЛЕНИЯ. В НЕМ НЕТ НЕОБХОДИМОСТИ. Бросая взгляд на
Анализ земли необходим для того, чтобы определить природу, сущность и особенности дохода от экономической реализации этого фактора производства.
Анализ результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической модели с повторным выполнением этапов 2-5.
Анализ результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической модели с повторным выполнением этапов 2-5.
Анализ риска, как необходимость
Б) Исследование АКТГ необходимо для определения уровня поражения гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы.
Базовые знания, умения, навыки необходимые для изучения темы
Базовые знания, умения, навыки, необходимые для изучения темы (междисциплинарная интеграция)

3. синтезируется в организме

4. содержится в продуктах животного происхождения

5. является жирорастворимым витамином

121. Установите соответствие:

Кофактор: Фермент:

1. Zn2+ А. Пролилгидроксилаза 3

2. Cu2+ Б. эластаза

3. Fe2+ В. Коллагеназа 1

Г. Лизилоксидаза 2

Д. гликозилтрансфераза

122. Выберите утверждение, которое нарушает последовательность событий. Биосинтез коллагена и образование коллагеновых волокон включают этапы:

1. синтез пептидных цепей препроколлагена

2. гидроксилирование лизина и пролина

Отщепление N- и C- концевых фрагментов

4. образование проколлагена

5. формирование коллагеновых волокон

123. Выберите один неправильный ответ. Эластин:

1. является фибриллярным белком

2. способен к обратимому растяжению

Преобладает в крупных сухожилиях

4. присутствует в стенках крупных сосудов

5. не имеет определенной конформации

124. Выберите правильные ответы. В составе эластина преобладают следующие аминокислоты:

Ала

Гли

3. Три

Вал

5. Оксипролин

125. Выберите правильные ответы. Для проявления активности лизилоксидазы необходимы:

1. О2

2. Cu2+

3. витамин С

4. витамин В6

Витамин РР

126. Выберите один правильный ответ. В образовании десмозина участвует:

1. Про

2. Оксипролин

3. Арг

Лиз

5. Вал

127. Установите соответствие: (1-г. 2-а. 3-в. 4-б)

1. коллаген А. не имеет характерной третичной структуры

2. эластин Б. содержит много гидрофильных

3. оба аминокислот

4. ни один В. относится к фибриллярным белкам

Г. каждой 3-й аминокислотой является глицин

128. Выберите один неправильный ответ. При дефиците лизилоксидазы:

1. снижается синтез десмозина

2. уменьшается прочность эластина

3. снижаются резиноподобные свойства эластических тканей

Повышается синтез десмозина

5. часто возникают болезни сердца, сосудов и легких

129. Выберите один правильный ответ. Гиалуроновая кислота:

1. является протеогликаном

2. представляет собой разветвленный гомополисахарид

3. может связывать большое количество воды, а также Ca2+ и Na+

4. локализована в основном в базальных мембранах

5. имеет суммарный положительный заряд

130. Установите соответствие:

1. коллаген А. структурный компонент межклеточного

2. гиалуроновая кислота матрикса 3

3. оба Б. Гликозаминогликан 2

4. ни один В. фибриллярный белок 1

Г. Протеогликан 4

131. Выберите один неправильный ответ. Протеогликаны:

1. содержат одну полипептидную цепь

2. белок в них составляет 20-30% массы

3. включают разные гликозаминогликаны

4. являются полианионами

5. образуют гелеобразные структуры

132. Выберите правильные ответы. Функции протеогликанов в организме:

Являются структурными компонентами межклеточного матрикса

Дата добавления: 2015-02-16; просмотров: 59 | Нарушение авторских прав

lektsii.net — Лекции.Нет — 2014-2020 год. (0.011 сек.)
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав

Источник

Коллаген — основной структурный белок межклеточного матрикса. Он является фибриллярным белком, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, кожа, кровеносные сосуды, зубы)

Известно 19 типов.

I — кости, роговица, Кожа, сухожилия, плацента, артерии, печень;

II – Хрящи, межпозвоночные диски, стекловидное тело, роговица;

III –Артерии, матка, кожа плода, строма паренхиматозных органов ;

IV — базальные мембраны.

Структура: Молекула коллагена представляет собой правозакрученную спираль из трёх α-цепей. Такое образование известно под названием тропоколлаген. Один виток спирали α-цепи содержит три аминокислотных остатка. Аминокислоты: глицин, пролин, гидроксипролин, аланин.

Первичная структура — повторяющиеся участки Гли-про-гидроксипролин.
При формировании вторичной структуры полипептидная цепь коллагена укладывается в более развернутую левозакрученную а спираль.
Третичная структура коллагена – это правозакрученная суперспираль из 3 альфа цепей, при формировании которой остаток глицина оказывается в её центре.

Свойство: прочный и не растяжимый ( прочный на разрыв).

Синтез и созревание коллагена — сложный многоэтапный процесс, начинающийся в клетке, а завершающийся в межклеточном матриксе. Синтез и созревание коллагена включают в себя целый ряд посттрансляционных изменений:

гидроксилирование пролина и лизина с образованием гидроксипролина (Hyp) и гидроксилизина (Hyl);
гликозилирование гидроксилизина;
частичный протеолиз — отщепление «сигнального» пептида, а также N- и С-конце-вых пропептидов;
образование тройной спирали.

Синтез полипептидных цепей коллагена

Полипептидные цепи коллагена синтезируются на полирибосомах, связанных с мембранами ЭР, в виде более длинных, чем зрелые цепи, предшественников — препро-α-цепей. У этих предшественников имеется гидрофобный «сигнальный» пептид на N-конце, содержащий около 100 аминокислот.

Основная функция сигнального пептида — ориентация синтеза пептидных цепей в полость ЭР. После выполнения этой функции сигнальный пептид сразу же отщепляется. Синтезированная молекула проколлагена содержит дополнительные участки — N- и С-концевые пропептиды, имеющие около 100 и 250 аминокислот, соответственно. В состав пропептидов входят остатки цистеина, которые образуют внутри- и межцепочечные (только в С-пептидах) S-S-связи. Концевые пропептиды не образуют тройную спираль, а формируют глобулярные домены. Отсутствие N- и С-концевых пептидов в структуре проколлагена нарушает правильное формирование тройной спирали.

Посттрансляционные модификации коллагена

Гидрокслирование пролина и лизина. Роль витамина С

Реакции гидроксилирования катализируют оксигеназы, связанные с мембранами микросом. Пролиловые и лизиловые остатки в Y-положении пептида (Гли-х-у)n подвергаются действию, соответственно, пролил-4-гидроксилазы и лизил-5-гидроксилазы. Пролил-3-гидроксилаза действует на некоторые остатки пролина в Х-положениях. Необходимыми компонентами этой реакции являются оскетоглутарат, О2 и витамин С (аскорбиновая кислота). Донором атома кислорода, который присоединяется к С-4 пролина, является молекула О2, второй атом О2 включается в сукцинат, который образуется при декарбоксилировании α-кетоглутарата, а из карбоксильной группы —

α кетоглутарата образуется СО2 (см. схему А).

Гликозилирование гидроксилизина

После завершения гидроксилирования при участии специфических гликозилтрансфераз в состав молекулы проколлагена вводятся углеводные группы. Чаще всего этими углеводами служат галактоза или дисахарид галактозилглюкоза.

Они образуют ковалентную О-гликозидную связь с 5-ОН-группой гидроксилизина. Гликозилирование гидроксилизина происходит в коллагене, ещё не претерпевшем спирализации, и завершается после образования тройной спирали. Число углеводных единиц в молекуле коллагена зависит от вида ткани.

Образование проколлагена и его секреция в межклеточное пространство

После гидроксилирования и гликозилирования каждая про-α-цепь соединяется водородными связями с двумя другими про-α-цепями, образуя тройную спираль проколлагена. Эти процессы происходят ещё в просвете ЭР и начинаются после образования межцепочечных дисульфидных мостиков в области С-концевых пропептидов. Из ЭР молекулы проколлагена перемещаются в аппарат Гольджи, включаются в секреторные пузырьки и секретируются в межклеточное пространство.

Источник