Остеоид (органический матрикс)

Органические вещества костного матрикса представлены белками, липидами и небольшим количеством протеогликанов. Волокнистые структуры костного матрикса примерно на 90% состоят из коллагена типа I, среди межмолекулярных сшивок которого преобладают бифункциональные (альдиминовые, альдольные) по сравнению с пиридинолиновыми и пиррольными (см. стр. 57). Кроме того, в матриксе костей присутствуют минорные коллагены типа V и XII, которые входят в состав волокон или ассоциированы с ними. Коллаген-V связывается с протеогликанами (особенно гепарансульфатными), а также молекулами тромбоспондина и других белков. Коллаген-XII также может ассоциироваться с протеогликанами (особенно хондроитинсульфатными), имеет участки подобия к фибронектину, содержит несколько центров связывания с клетками (последовательность Арг-Гли-Асп) и участвует в функционально-структурном единении межклеточных структур с клеточными элементами кости. Он опосредует прикрепление клеток к волокнам коллагенов типов I и V, а также взаимодействие с неколлагеновыми протеинами.

Из ГАГ присутствует в небольших количествах гиалуронан, а из протеогликанов – декорин и бигликан (стр. 75).

Неколлагеновые белки представлены фибронектином и специфическими гликопротеинами, на долю которых в совокупности приходится более 10% массы органического матрикса кости. В основном это:

- сиалопротеины (остеопонтин и костный сиалопротеин II);

- остеонектин;

- остеокальцин и матриксный Gla-протеин.

Остеопонтин (костный сиалопротеин I, BSH I) – кислый белок с молекулярной массой более 32000Да, первичная структура которой на ¼ часть представлена Асп и Глу, более 40 остатков молекулы Сер фосфорилированы. Кроме того, остеопонтин имеет фрагмент (Арг-Гли-Асп) связывания с клетками и несколько N- и С-олигосахаридов, содержащих сиаловые кислоты. Кость относительно богата остеопонтином, который, являясь интегральной частью минерализованного матрикса, прочно связан с гидроксиапатитом. Изоформы остеопонтина встречаются в других тканях (печень, почки, мозг). Белок выделяется с мочой, из-за чего еще называется уропонтином, где играет ведущую роль в формировании мочевых камней.

Костный сиалопротеин II (BSP II). По размерам корового белка, содержанию в структуре Глу, наличию фрагмента Арг-Гли-Асп близок к остеопонтину. Имеет меньшую степень фосфорилирования, около 10 сульфатных групп на радикалах тирозина, значительное количество углеводных цепей, содержащих сиаловые кислоты (12%), глюкозамин (7%) и галактозамин (6%). В N-конце молекулы последовательности из 8-10 остатков глутаминовой кислоты образуют участки, обеспечивающие высокое сродство к гидроксиапатиту.

Остеонектин (ON, BM-40, SPARS) – кислый гликопротеин с небольшой молекулярной массой (более 30000Да), имеет значительное количество остатков цистеина (7-дисульфидных мостиков). N-концевая часть молекулы характеризуется обильным Глу и Асп, что позволяет удерживать 5-8 ионов Ca²⁺. С-концевая часть белка имеет 2 участка высокого сродства к Са²⁺, последовательности, сходные с ингибитором сериновых протеиназ, эпидермальным фактором роста. Остеонектин может взаимодействовать с многими лигандами (Са²⁺, Cu⁺, разные типы коллагена, гепарин, альбумин, тромбоцитарный фактор роста, другие цитокины) и клеточными мембранами. Остеонектин участвует в регуляции роста клеток, в процессах морфогенеза, ремоделирования, репарации тканей.

Рисунок 28. Участие витамина К в карбоксилировании глутаминовой кислоты белков (цикл витамина К).

Остеокальцин (костный Gla-протеин, BG-P) относится к белкам, содержащим g-карбоксиглутаминовую кислоту (Gla), которая образуется с участием ферментов, содержащих витамин К (рис. 28). Белок, специфичный для костной ткани и дентина, состоит из 50 аминокислотных остатков, 2-3 из которых представлены Gla, не фосфорилирован, содержит S-S-петлю, составляет 1-2% от всего белка костной такни, прочно связан с гидроксиапатитом.

Матриксный Gla-протеин (MGP) несколько крупнее остеокальцина (состоит из 80 остатков аминокислот), содержит 5 остатков Gla, дисульфидный мостик и 3 фосфорилированных остатка серина. Этот белок относят к ингибиторам костеобразования. Синтез матриксного Gla-протеина в остеобластах и одонтобластах регулируется антирахитическим витамином.

В процессе морфогенеза соотношение гликопротеинов кости претерпевает значительную динамику. Их содержание различается также в отдельных костных структурах: в компактной кости человека уровень остеокальцина (и костного Gla-протеина) примерно в 30 раз выше, чем в губчатом веществе, а для остеонектина наблюдается обратная картина.

В кости также содержатся белки плазмы, особенно те, которые обладают сродством к неорганическим компонентам, содержащим кальций, например, альбумин и др.

В кости содержится значительное количество цитрата, которое может достигать до 1% массы. Это в основном обеспечивается высокой активностью цитратсинтетазы в остеобластах. Цитрат, образуя растворимые соли с ионами Ca²⁺, является переносчиком кальция, участвуя как в его доставке к зоне минерализации матрикса, так и в растворении ранее сформированных кристаллов при деградации. Из ферментов матрикса костной ткани привлекают внимание костная щелочная фосфатаза, вырабатываемая остеобластами и находящаяся на поверхности этих клеток, и, устойчивая к действию тартрата, кислая фосфатаза, продуцируемая остеокластами. Оба эти фермента обнаруживаются в плазме крови и служат маркерами соответствующих клеток костной ткани.