Занятие 28. Функциональная биохимия соединительной ткани.

Значение темы: Все ткани зуба, кроме эмали, являются разновидностями соединительной ткани (мезенхимальное происхождение). Для соединительной ткани характерно высокая доля содержания межклеточного матрикса. Межклеточный матрикс - сложный комплекс, связанных между собой макромолекул, которые секретируются самими клетками соединительной ткани - фибробластами, хондро- и остеобластами, одонтобластами или цементобластами. Основными компонентами межклеточного матрикса неминерализованной соединительной ткани являются: фибриллярные белки - коллаген, эластин фибронектин, лиминин и др. неколлагеновые белки; полисахариды - гликозаминогликаны, протеогликаны.

Преобладающий белок – коллаген, для синтеза которого абсолютно необходим витамин С, дефицит которого приведет к хрупкости сосудов, кровоточивости десен, выпадению зубов, анемии. Для образования зрелого коллагена также неоходимы витамины В6, В5, медь. Коллаген имеет специфический аминокислотный состав, в связи с чем обнаружение в моче оксипролина является показателем деградации коллагена.

Коллаген синтезируется в фибробластах соединительной ткани в клетках развивающегося зуба (одонтобласта, адомантобласта), в клетках цемента и в меньшей степени в клетках зрелого зуба и является основой матрицы минерализации.

Нарушения синтеза и метаболизма основных структурных компонентов межклеточного матрикса вызывает многие известные патологии в том числе и органов ротовой полости.

Цель занятия: Изучить структурно-функциональные особенности соединительной ткани. Биохимию межклеточного матрикса.

Студент должен знать:

1. Особенности аминокислотного состава и структуры альфа - цепей коллагена.

2.Этапы синтеза и созревания коллагена. Формирование фибрилл. Гидроксилирование пролина и лизана, роль витамина С в этом процессе. Формирование трехцепочечной спирали тропоколлагена. Роль оксипролина и глицина в этом процессе.

3. Метаболизм коллагена и его регуляция.

4. Структурно-функциональная организация эластина.

5.Классификация и структурно-функциональная организация протеогликанов. Основные глюкозаминогликаны тканей зуба.

6.Неколлагеновые белки межклеточного матрикса. Виды, функции.

Студент должен уметь:

1. Объяснить роль коллагена в формировании зуба.

2. Объяснить роль витамина С синтезе коллагена.

3. Объяснить роль витамина В6 в формировании фибрилл коллагена.

4. Определить содержание сиаловых кислот в сыворотке крови. Анализировать полученные результаты.

5.Объяснить, почему гидроксипролин, выявляемый в моче, является маркером деградации коллагена.

Студент должен владеть: информацией о возможных патологиях, связанных с нарушением синтеза или катаболизма некоторых компонентов межклеточного матрикса (мукополисахаридозы, дефицит альфа-1антитрипсина. кариеса); о бактериальных коллагеназах; о современных методах лабораторного обследования и значении результатов лабораторного исследования (в частности –сиаловых кислот) в клинической практике.

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

Гистологические особенности соединительной ткани и межклеточного матрикса: виды, происхождение, основные клетки соединительной ткани-продуценты компонентов межклеточного вещества.

- химическое строение глюкозаминогликанов.

Задания для самоподготовки:

Изучите материал темы в соответствии с целевыми вопросами («студент должен знать») и письменно выполните следующие задания:

1. Межклеточный матрикс – организованное вещество, заполняющее пространство между клетками, построен в основном из соединений четырех классов. Составьте таблицу «Основные компоненты межклеточного матрикса и их основные функции» по образцу:

Основные классы компонентов МКМ	Основные представители	Основные функции	Биохимические особенности, обуславливающие эти функции
Структурные белки
Глюкозамино- гликаны
Протеогликаны
Структурные Неколлагеновые белки

 

2. Коллаген ярко выраженный полиморфный белок. В настоящее время известно 19 типов коллагена. Чем отличаются типы коллагена друг от друга? Какой тип коллагена характерен для дентина, цемента?

3. Нарисуйте схематично структуру альфа-цепи коллагена типа I. Назовите особенности аминокислотного состава, определяющие дальнейшее формирование коллагена. Почему коллаген относится к гликопротеидам?

4. Последовательно запишите этапы синтеза и созревания коллагена.

5. Назовите роль фермента коллагеназы в метаболизме коллагена. Виды коллагеназ.

6. Назовите факторы, регулирующие скорость метаболизма коллагена и их эффекты.

Уясните, что коллаген участвует в процессе заживления раны через следующие процессы: в области заживления раны усиливается синтез коллагеновых волокон, они разрастаются, но их структура лишена регулярности, свойственной нормальным коллагеновым волокнам. Коллаген вызывает адгезию и агрегацию тромбоцитов, что способствует образованию защитной пленки на поверхности раны и заживлению. Эластин практически не участвует в заживлении.

7. Особенности структуры эластина, обеспечивающие его функции.

8. Схематично (в виде рисунка) изобразите строение протеогликана. На схеме покажите белковую часть и глюкозаминогликаны.

9. Изучите строение глюкозаминогликана. Что является структурной единицей этих полимеров? Из чего состоит структурная единица глюкозаминогликанов? Назовите основное свойство протеогликанов, обеспечивающие их функции как структурных компонентов межклеточного вещества. В чем биологический смысл ацетилирования аминогрупп в молекуле аминосахара?

10. Назовите 6 классов глюкозаминогликанов. Какие из них характерны для тканей зуба?

11. Назовите роль гиалуроновой кислоты межклеточного вещества.

12. Назовите основные факторы, участвующие в метаболизме протеогликанов: обновление и деградация.

13.Назовите основную роль фибронектина МКВ. Проиллюстрируйте ответ на рисунке.

14. Назовите некоторые антиадгезивные белки. Их значение.

15.Назовите особенность межклеточного матрикса кости и зубной ткани.

Аудиторная работа

Некоторые глюкозаминогликаны кроме повторяющихся дисахаридных единиц содержат другие простые сахара, в том числе сиаловые кислоты – производные нейраминовой кислоты. При деструкции соединительной ткани уровень сиаловых кислот в сыворотке крови возрастает.

Определении сиаловых кислот основано на получении безбелкового центрифугата сывортки крови, гидролизе ГАГ и гликопротеидов (последние не осаждаются при ТХУ), цветной реакции выделившися сиаловых кислот с раствором кипящих кислот.

Ход работы: В центрифужную пробирку внести 1 мл сыворотки крови, добавить 1 мл раствора трихлоруксусной кислоты (ТХУ), осторожном встряхнуть; пробирку поместить на кипящую водяную баню на 5 мин, затем охладить под проточной водой и центрифугировать 5 мин 2000 об/мин).

К 0,4 мл центрифугата добавить 5 мл уксусно-сернокислой смеси (95 частей ледяной уксусной кислоты + 5 частей концентрированной серной кислоты), нагревать на кипящей водяной бане 30 мин.

Бесцветный раствор постепенно приобретает красно-фиолетовое окрашивание. После охлаждения раствор колориметрировать в кювете с толщиной рабочего слоя 10 мм (фильтр зеленый).

Результат выражают в условных единицах: значение оптической плотности, умноженной на 1000. Норма: 135-200 усл. единиц.

 

Письменно выполните следующие задания:

1. Витамины С и В6 абсолютно необходимы для синтеза коллагена. Обьясните роль витаминов в формировании коллагена.

Проверьте свои знания:

2. Витамин С необходим на следующих этапах синтеза коллагена:

А. синтез альфа-спирали;

Б. гидроксилирования пролина в альфа-цепи;

В. гидроксилирование лизина в альфа-цепи;

Г. гликозилирование альфа-цепей

3. Гидроксильные группы оксипролина обеспечивают:

А. водородные связи при формирование трехцепочной спирали коллагена;

Б. ковалентные внутри и межцепочных связи (сшивки) при формировании зрелого коллагена

4. Подберите соответствующие пары:

А. Мутации в ДНК фибробластов; Б. Дефицит ионов меди и витамина В6

 

В. Дефицит витамина С.

1. Снижение активности пролилгидроксилазы;

2. Изменение первичной структуры коллагена;

3. Снижение активности лизилоксидазы.

5. В местах продолжительного парентерального введения глюкокортикоидов наблюдается уменьшением толщины дермы, атрофия кожи. Почему? Ответ аргументируйте, указав роль этих гормонов в регуляции метаболизма коллагена.

6. У женщин в менопаузе снижается содержание коллагена в дерме, что влияет на состояние кожи. Почему?

7. Цинга – заболевание, проявляющееся хрупкостью сосудов, снижением прочности и эластичности кожи; расшатыванием и выпадением зубов. Объясните причины этих проявлений на молекулярном уровне.

8. Мукополисахаридозы – наследственные тяжелые заболевания, проявляющиеся значительными нарушениями в умственном развитии детей, поражением сосудов, сокращением продолжительности жизни. Эти заболевания характеризуются избыточным накоплением гликозаминогликанов в тканях, приводящих к деформации скелета и увеличению органов. Чем вызваны эти заболевания?

9. Гиалуроновая кислота:

А. Является протеогликаном; Б. Состоит из повторяющихся дисахариденых единиц; В.Может связывать большие количества воды; Г. Способна связывать ионы натрия и кальция; Д. Расщепляется под действием гиалуронидазы, которая содержится и во многих патогенных микроорганизмов.

10. Какие из перечисленных ниже функций характерны для протеогликанов?

А. Образуют структуры типа молекулярных сит в межклеточном пространстве, препятствующие перемещению крупных молекул, вирусов и бактерий;

Б. Связывают большие количества воды, ионы натрия, кальция в межклеточном пространстве;

В. Взаимодействуют с коллагеновыми фибриллами, образуя межклеточный матрикс;

Г. Образуют смазочный материал в суставах;

Д. Определяют способность соединительной ткани к сжатию и растяжению.

11. В биохимических лабораториях определяют содержания свободного оксипролина в суточной моче, как показателя состояния соединительной ткани. Почему?

12. Объясните роль коллагена в дальнейшем развитии тканей зуба.