Фибриллярные белки соединительной ткани

Волокнистые структуры в межклеточном веществе соединительной ткани построены, несмотря на свое разнообразие, в основном из двух белков – коллагена и эластина.

Коллаген – это семейство белков, имеющих близкую пространственную организацию. Молекула коллагена состоит из 3 полипептидных цепей, называемых a-цепями. У человека выявлено до 30 нормальных вариантов a-цепей, отличающихся по аминокислотному составу (первичной структуре). Сочетание этих a-цепей формируют различные типы (полиморфные формы) коллагена, обозначаемые римскими цифрами. Известно 19 типов коллагена, отличающихся первичной структурой цепей, функциями и локализацией в организме. Субчастицы коллагена нумеруют арабскими цифрами с указанием в скобках римской цифры типа коллагена. Так, коллаген I типа имеет состав a1(I)₂ a2(I), а коллаген II типа - a1(III)₃.

Все варианты a-цепей имеют общий признак: 1) имеют протяженные участки чередования последовательностей …-гли-про-Х…, в которых в качестве Х выступает остаток какой-либо иной аминокислоты, чаще аланина и лизина; 2) часть остатков лизина и пролина гидроксилирована; 3) благодаря иминокислоте пролину a-цепи имеют меньший диаметр спирализации, чем a-спирали других белков, и 3 a-цепи, обвивая друг друга, образуют тройную суперспираль, имеющую всего 1, 5 нм (рис. 7); 4) водород глицина в такой суперспирали находится внутри, а радикалы остальных аминокислот обращены кнаружи.

Рисунок 7. Модель спиральной структуры тропоколлагена. (Изогнутая стрелка означает ковалентную поперечную сшивку между цепями).

Такая структура получила название тропоколлаген, который является структурной единицей всех коллагеновых волокон внеклеточного материала. К настоящему времени изучено строение 15 типов коллагена. По строению и функциональной роли их подразделяют на три группы:

- фибринобразующие – I, II, III, V, XI;

- коллагены, формирующие сетеобразную структуру – IV, VI, VII, VIII, X;

- коллагены, ассоциированные фибриллами – IX, XII, XIV, XV, XVI, XVIII.

Наиболее распространенными являются коллагены типа I и типа III.

Коллаген типа I присутствует в дерме, сухожилиях, кости, дентине, цементе и т.д. В его молекуле гидроксилированы 3 остатка пролина в a2(I) цепи и остаток лизина в a1(I) цепи. Коллаген типа III содержится в растяжимых тканях: коже, легких, сосудах и др. Его молекула содержит 6 остатков гидроксилизина, один из которых несет остаток дисахарида гликозил-галактозы, два дисульфитных мостика (-S-S-) между a-цепями. Коллаген II типа специфичен для хрящевой ткани, межпозвоночных дисков, роговицы, стекловидного тела. V тип коллагена является минорным компонентом тканей, содержащих коллаген типа I. Его a1(II) цепь содержит 45 остатков гидроксипролина и 14 остатков лизина, а в составе С-концевых пропептида почти половина радикалов тирозина сульфатированы. Он легко связывается с молекулами тромбоспондина, гепарина, гепарансульфата, инсулина и др.

Коллаген IV типа основной коллаген базальной мембраны, формирует сетеобразную структуру – имеет 6 вариантов. Во всех субъединицах, кроме a3(IV), содержит 6 межцепочечных S-S-связей, a3(IV) цепь содержит 2 остатка серина, которые фосфорилированны. Коллаген VI типа является белком, связывающим клетки, так как содержит в каждой a-цепи 3-6 центра связывания с клетками и 8 гликозилированных радикалов аспарагина. Коллаген VII типа образует якорные фибриллы базальной мембраны эпителия, которые взаимодействуют с коллагеном IV, имеет два дисульфитных межцепочечных мостика. Коллаген VIII формирует волокнистую сеть базальной мембраны эндотелия сосудов, имеет фрагмент из 136 аминокислотных остатков, сходный с С1_q–компонентом комплемента.

Коллаген XII типа, ассоциирован на фибриллах коллагена типа I, имеет 14 остатков гидроксипролина, связывается с тремя остатками хондоитинсульфита. Коллаген IX – минорный компонент коллагена хряща (коллагена –II), взаимодействует с гликозаминогликанами, имеет две межцепочечные S-S-связи. Коллаген XV типа содержится в строме внутренний органов: печени, поджелудочной железы и др., имеет 6 гликозилированных радикалов аспарагина в каждой a-цепи. В общем, группа коллагенов, ассоциированных с фибриллами, отличаются разъединением суперспираальной структуры на небольших фрагменты с помощью коротких отрезков неспирализованных участков. Это обуславливает высокую гибкость молекул коллагена данной группы.