Характеристика волокнистых структур

Особенности химического строения соединительной ткани:

Соединительная ткань составляет до 50% массы человеческого организма. Это связующее звено между всеми тканями организма. Различают 3 вида соединительной ткани:

•     собственно соединительная ткань;

•     хрящевая соединительная ткань;

•     костная соединительная ткань

Соединительная ткань может выполнять как самостоятельные функции, так и входить в качестве прослоек в другие ткани.

Функции соединительной ткани:

•     Структурая

•     Обеспечение постоянства тканевой проницаемости

•     Обеспечение водно-солевого равновесия

•     Участие в иммунной защите организма

Состав и строение соединительной ткани:

В соединительной ткани различают: межклеточное (основное) вещество, клеточные элементы, волокнистые структуры (коллагеновые волокна). Особенность: межклеточного вещества гораздо больше, чем клеточных элементов.

Внеклеточный матрикс образуется и формируется клетками, живущими в матриксе.

В большинстве органов молекулы матрикса образуются клетками, называемыми фибробластами или клетками этого семейства (хондробласты в хряще и остеобласты в костной ткани).

Их называют постоянными клетками.

К этому типу клеток относят также макрофаги (гистиоциты), тканевые базофилы (тучные клетки, лаброциты, гепариноциты), адипоциты (липоциты), мезенхимные клетки, перициты.

На молекулярный состав межклеточного вещества оказывают влияние и транзиторные клетки.

Эти клетки мигрируют в соединительную ткань из крови в ответ на специфический стимул. К ним относятся лимфоциты, плазматические клетки, эозинофилы, нейтрофилы, базофилы и др.

В межклеточном матриксе находятся 2 типа волокнистых структур: коллагеновые и эластиновые волокна. Основным их компонентом является нерастворимый белок коллаген.

Коллаген - сложный белок, относится к группе гликопротеинов, имеет четвертич-ную структуру. Его фибриллярная структура - это суперспираль, состоящая из 3-х альфа-цепей. Нерастворим в воде, солевых растворах, в слабых растворах кислот и щелочей.

Молекула коллагена построена из 3-х цепей и представляет собой тройную спи-раль. Известно несколько типов коллагена, различающихся генетически.

Существуют 8 этапов биосинтеза коллагена: 5 внутриклеточных и 3 внеклеточных.

1-й этап - протекает на рибосомах, синтезируется молекула-предшественник: пре-проколлаген.

2-й этап - с помощью сигнального пептида “пре” транспорт молекулы в канальцы эндоплазматической сети. Здесь отщепляется “пре” - образуется “проколлаген”.

3- й этап - аминокислотные остатки лизина и пролина в составе молекулы коллагена подвергаются окислению под действием ферментов пролилгидроксилазы и лизилгидроксилазы.

При недостатке витамина “с” - аскорбиновой кислоты наблюдается цинга, - заболевание, вызванное синтезом дефектного коллагена с пониженной механической прочностью, что вызывает, в частности, разрыхление сосудистой стенки и другие неблагоприятные явления.

4-й этап - посттрасляционная модификация - гликозилирование проколлагена под действием фермента гликозил трансферазы. Этот фермент переносит глюкозу или галактозу на гидроксильные группы оксилизина.

5-й этап - заключительный внутриклеточный этап - идет формирование тройной спирали - тропоколлагена (растворимый коллаген). В составе про-последовательности - аминокислота цистеин, который образует дисульфидные связи между цепями. Идет процесс спирализации.

6-й этап – секретируется тропоколлаген во внеклеточную среду, где амино- и кар-боксипротеиназы отщепляют (про-)-последовательность.

7-й этап – ковалентное “сшивание” молекулы тропоколлагена по принципу “конец-в-конец” с образованием нерастворимого коллагена. В этом процессе принимает участие фермент лизилоксидаза (флавометаллопротеин, содержит фад и cu). Происходит окисление и дезаминирование радикала лизина с образованием альдегидной группы. Затем между двумя радикалами лизина возникает альдегидная связь.

Только после многократного сшивания фибрилл коллаген приобретает свою уни-кальную прочность, становится нерастяжимым волокном.

8-Й ЭТАП - Ассоциация молекул нерастворимого коллагена по принципу “бок-в-бок”. Ассоциация фибрилл происходит таким образом, что каждая последующая цепочка сдвинута на 1/4 своей длины относительно предыдущей цепи.

2-й вид волокон - эластические. В основе строения - белок эластин. Эластин еще более гидрофобен, чем коллаген. Цепи укладываются в пространстве в виде глобул. Глобула из одной полипептидной цепи называется альфа-эластин. За счет остатков лизина происходит взаимодействие между молекулами альфа-эластина.

Фибронектин синтезируется практически всеми видами клеток, за исключением некоторых видов нервных клеток. Это большой гликопротеин, присутствующий в организме большинства млекопитающих в виде двух форм — нерастворимая форма в виде фибрилярной сети на клеточной поверхности и во внеклеточном матриксе и в виде растворимой формы в крови.

Фибронектин в виде растворимой формы синтезируется преимущественно в печени и клетках ретикуло-зндотелиальной системы. Фибронектин связывается с агрегирующимися проколлагеновыми фибриллами и меняет кинетику образования фибрилл в прецеллюлярном матриксе.

В семейство фибронектина входит фибриллин.

Относительно частым врожденным заболеванием, сопровождающимся поражением соединительной ткани, является синдром Марфана. При нем поражаются глаза (эктопия хрусталика), скелет (у многих больных развиваются длинные пальцы, арахнодактилия, разболтаны суставы) и сердечно-сосудистая система (слабость средней оболочки аорты, ведущая к расширению нисходящей аорты). В большинстве случаев заболевание развивается вследствие мутации гена, кодирующего белок фибриллин.

В основе базальной мембраны лежит слоистая сеть, образованная коллагеном IV типа, гепаран сульфат, ламинин и энтактин.

Базальная мембрана - это тонкая пластинка, толщиной 40-120 нм. Она расположена под слоем эпителиальных клеток и отделяет слой этих клеток от подлежащей соединительной ткани, или окружает отдельные мышечные, жировые и швановские клетки, или разделяет два слоя клеток.

В базальной мембране различают 2 слоя:

•     электронопропускающий слой, прилежащий к базальным участкам мембран эпителиальных клеток;

•     электронноплотный слой, расположенный ниже предыдущего.

В отдельных случаях можно выделить и третий слой, содержащий коллагеновые волокна подлежащей соединительной ткани.

В базальной мембране кожи коллаген IV типа образует специальные адгезивные волокна. При тяжелом кожном заболевании, получившем название "пузырчатка", эти волокна отсутствуют, и эпидермис легко отделяется от соединительной ткани.

Помимо коллагена IV типа из всех типов базальных мембран выделены гепаран-сульфатный протеогликан - перлекан и гликопротеины - ламинин и энтактин.

Базальная мембрана выполняет разные функции

•     молекулярный фильтр при образовании мочи. Для выполнения этой функции важным является гепарансульфат. Его удаление резко нарушает фильтрующие функции базальной мембраны.

•     селективный барьер для движущихся клеток. Онаотделяет эпителий от прямого контакта с фибробластами, но не может остановить макрофаги и лимфоциты, проходящие через нее.

•     Базальная мембрана играет важную роль в регенерации при заживлении ран. При повреждении мышцы, нервов или эпителия базальная мембрана создает “подмостки” для мигрирующих клеток, изменяя архитектонику поврежденной ткани. В некоторых случаях (кожа, роговица) изменяется химический состав базальной мембраны, например, добавлением фибронектина, который ускоряет миграцию клеток для заживления.

 

3 5. Схема биосинтез гликозаминогликанов…

Гликозаминогликаны в составе протеогликанов входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани, содержатся в костях, синовиальной жидкости, стекловидном теле и роговице глаза.

Вместе с волокнами коллагена и эластина гликозаминогликаны образуют соединительнотканный матрикс.

Для большинства ГАГ характерны следующие признаки:

· содержат сульфатированные сахара;

· имеют тенденцию состоять из разных дисахаридных единиц, образующих более сложные структуры;

· один из двух повторяющихся остатков в составе дисахарида - это аминосахар: глюкозамин или галактозамин;

· второй сахар, как правило, уроновая кислота;

· имеют короткие олигосахаридные цепи;

· сахара ковалентно связаны с белками в форме протеогликанов;

· синтезируются внутриклеточно и покидают клетку путем экзоцитоза.

ГАГ классифицируют по строению остатков моносахаридов, типу связи между ними, числу и локализации сульфатных групп.

Различают несколько семейств ГАГ:

· гиалуронаты;

· хондроитин и дерматан сульфаты;

· кератан сульфаты;

· гепарин и гепаран сульфаты.

Полисахаридные цепи ГАГ - весьма подвижные структуры. В отличие от белков они не могут образовывать компактные глобулы. Благодаря высокой гидрофильности и свободе выбора конформации, ГАГ занимают большие объемы, образуя гели при довольно низких концентрациях самого полисахарида.

Это свойство ГАГ создает тургор тканей, позволяющий противостоять компрессионным силам. Например, суставной хрящ может противостоять давлениям в сотни атмосфер.

Протеогликаны (ПГ) - это белковые комплексы, в которых с молекулами белка ковалентно связаны гликозаминогликаны.

Протеогликаны могут образовывать огромные полимерные комплексы с размерами, соизмеримыми с размерами бактерий, а соединяясь с другими белками, они образуют сложные структуры. Примером может служить базальная мембрана.

Не все протеогликаны секретируются во внеклеточный матрикс. Находясь на поверхности клеток, они являются частью рецепторных комплексов. Другие ПГ являются интегральной частью плазматических мембран.

Функции ПГ:

· они специфически взаимодействуют с коллагеном, эластином, фибронектином, ламинином, и другими белками.

· Как полианионы они связывают поликатионы и катионы.

· ПГ обеспечивают тургор различных тканей.

· влияют на клеточную миграцию.

· противостоят компрессионным силам в хрящевой ткани.

· поддерживают прозрачность роговицы.

· выполняют структурную роль в склере.

· действуют как антикоагулянты.

· Участвуя в формировании рецепторов на поверхности клеток, они обеспечивают взаимодействие между клетками.

· ПГ регулируют фильтрацию в клубочках почек.

· Входят в состав синаптических и других везикул клеток.

36. Костная и хрящевая ткань, химический состав и особенности…

Химические компоненты хряща

тип II коллагена, специфический для хряща протеогликан.

Конечная функция хряща определяется функцией этих 2 основных типов молекул. Коллагеновые волокна, прочные на разрыв, усиливают механические свойства довольно непрочного протеогликана. Ориентация коллагеновых волокон определяется направлением воздействий, которым эта ткань противостоит.

Протеогликан образует гель, который в 5 раз больше по объему в воде, чем в окружении коллагена. Причем, возможности связывания воды гелем зависят от взаимодействия между этими двумя основными белками хряща. Не исключено, что на это свойство влияют и другие белки хряща.

Главный коллагеновый белок хряща - коллаген II, он относится к классу главных структурных коллагенов, для которых характерно образование поперечно исчерченных прочных фибрилл. Его волокна разнообразны по диаметру, но, как правило, они тоньше волокон коллагена I типа и имеют больше поперечных ковалентных связей. Из хряща выделены и другие типы коллагена, которые составляют около 10 % от общего количества коллагена в хряще. Эти минорные коллагены отличаются по аминокислотному составу, молекулярной массе и свойствам. Их роль пока еще недостаточно хорош выяснена.

В хряще можно найти специфические и общие для всех видов соединительной ткани белки. Из хрящевой ткани выделены два типа ПГ, содержащих хондроитин сульфат или дерматан сульфат небольшого размера. Белковые цепи этих ПГ гомологичны и содержат последовательности, богатые ЛЕЙ. В частности, такие последовательности содержит белок - фибромодулин. Он обнаружен во многих тканях, что указывает на схожесть их функций. Фибромодулин влияет на фибриллогенез. Он найден в коллагеновых волокнах костной ткани, где его рассматривают как основной регулятор фибриллогенеза.

Костная ткань - это особый вид соединительной ткани.

В костной ткани преобладает межклеточное вещество, содержащее большое количество минеральных компонентов, главным образом - солей кальция.

Основные особенности кости - твердость, упругость, механическая прочность.

В компактном веществе кости большая часть минеральных веществ представлена гидроксилапатитом и аморфным фосфатом кальция.

Кроме них встречаются карбонаты, фториды, гидроксиды и значительное количество цитрата.

Химический состав костной ткани:

· 20% - органический компонент,

· 70% - минеральные вещества,

· 10% - вода.

· Губчатое вещество:

· 35-40% - минеральных веществ,

· до 50% - органические соединения,

· вода - 10%.

Особенность минерального компонента в том, что фактическое соотношение кальций/фосфор равно 1,5, хотя расчетное соотношение должно быть 1,67. Это позволяет кости легко связывать или отдавать ионы фосфата, поэтому кость - это депо для минералов, особенно для кальция.

В компактном веществе кости большая часть минеральных веществ представлена гидроксилапатитом и аморфным фосфатом кальция.

На обмен кальция и фосфора влияют гормоны паратгормон, серотонин и активная форма витамина D3.

Паратгормон влияет на процессы созревания активного витамина D3 в почках. Активный витамин D3 (1,25-диоксивитамин D3) увеличивает всасывание кальция в кишечнике и повышает усвоение кальция костной тканью, усиливает действие паратгормона в костной ткани и почках.

Главным регулятором синтеза и секреции этих гормонов является внеклеточный кальций. Если уменьшается его концентрация во внеклеточной жидкости, это приводит к увеличению секреции кальцитонина и уменьшению секреции паратгормона и наоборот. На выработку паратгормона также влияют катехоламины, которые усиливают его секрецию.

Этапы минерлизации костной ткани:

1-й ЭТАП: остеобласты начинают синтезировать костный коллаген, который содержит фосфаты и формирует хондроитинсульфаты. Костный коллаген является матрицей для процесса минерализации. Особенностью процесса минерализации является пересыщение среды ионами кальция и фосфора. На 1 этапе минерализации кальций и фосфор связываются с костным коллагеном. Обязательный участник процесса - сложные липиды.

2-й ЭТАП - в зоне минерализации усиливаются окислительные процессы, распадается гликоген, синтезируется необходимое количество АТФ. Кроме того, в остеобластах увеличивается количество цитрата, необходимого для синтеза аморфного фосфата кальция.

Ионы кальция и фосфора, которые были связаны с белково-углеводным комплексом, переходят в растворимое состояние и формируют кристаллы гидроксилапатита. По мере роста кристаллы гидроксилапатита вытесняют протеогликаны и даже воду до такой степени, что плотная ткань становится практически обезвоженной.

Ингибитор процесса минерализации - неорганический пирофосфат.

В ходе роста и развития организма количество аморфного фосфата кальция уменьшается, потому что кальций связывается с гидроксилапатитом.

 

37. Изменение СТ при старении, коллагенозах…

Общим возрастным изменением, которое свойственно всем видам соединительной ткани, является уменьшение содержания воды и отношения основное вещество/волокна. Показатель этого соотношения уменьшается как за счет нарастания содержания коллагена, так и в результате снижения концентрации гликозаминогликанов.

В первую очередь значительно снижается содержание гиалуроновой кислоты. Однако не только уменьшается общее количество кислых гликозаминогликанов, но изменяется и количественное соотношение отдельных гликанов. Одновременно происходит также изменение физико-химических свойств коллагена (увеличение числа и прочности внутри- и межмолекулярных поперечных связей, снижение эластичности и способности к набуханию, развитие резистентности к коллагеназе и т.д.), повышается структурная стабильность коллагеновых волокон (прогрессирование процесса «созревания» фибриллярных структур соединительной ткани). Следует помнить, что старение коллагена in vivo неравнозначно износу. Оно является своеобразным итогом протекающих в организме метаболических процессов, влияющих на молекулярную структуру коллагена.

Среди многих поражений соединительной ткани особое место занимают коллагенозы. Для них характерно повреждение всех структурных составных частей соединительной ткани: волокон, клеток и межклеточного основного вещества. К коллагенозам обычно относят ревматизм, ревматоидный артрит, системную красную волчанку, системную склеродермию, дерма-томиозит и узелковый периартериит. Каждое из этих заболеваний имеет своеобразное течение и сугубо индивидуальные проявления. Среди многочисленных теорий развития коллагенозов наибольшее признание получила теория инфекционно-аллергического происхождения.

Наконец, необходимо отметить, что нарушение процесса гидроксилирования коллагена – один из биохимических дефектов при цинге.

Коллаген, синтезированный в отсутствие или при дефиците аскорбиновой кислоты, оказывается недогидроксилированным и, следовательно, имеет пониженную температуру плавления. Такой коллаген не может образовать нормальные по структуре волокна, что и приводит к поражению кожи и ломкости сосудов, столь четко выраженных при цинге.

К факторам, регулирующим метаболизм соединительной ткани, прежде всего следует отнести ферменты, гормоны и витамины.

Многие гормоны оказывают воздействие преимущественно на отдельные определенные разновидности соединительной ткани. В данном разделе рассматриваются гормональные влияния, которые носят общий характер. Так, ряд глюкокортикоидных гормонов (кортизон и его аналоги) угнетают биосинтез коллагена фибробластами, тормозят и другую важнейшую метаболическую функцию фибробластов – биосинтез гликозаминогликанов.

По-видимому, действие глюкокортикоидных гормонов на соединительную ткань не ограничивается угнетением биосинтетической активности фибробластов. Предполагают, что под их влиянием происходит активация ферментного катаболизма коллагена.

Минералокортикоидные гормоны (альдостерон, дезоксикортикостерон) надпочечников, напротив, стимулируют пролиферацию фибробластов и одновременно усиливают биосинтез «основного вещества» соединительной ткани.

Известно также, что тироксин вызывает усиленную деполимеризацию гиалуроновой кислоты, а соматотропный гормон передней доли гипофиза стимулирует включение пролина в полипептидную цепь тропоколлагена.

38. Механизмы канцерогенеза…