Презентация "Биохимия соединительной ткани"

ЛЕКЦИЯ

• Биохимия соединительной ткани

• ГБОУ ВПО УГМУ Минздрава РФ
• Кафедра биохимии

• Екатеринбург, 2015г

• Дисциплина: Биохимия

• Лектор: Гаврилов И.В.
• Факультет: лечебно-профилактический,
• Курс: 2

План

• Классификация соединительной ткани
• Функции соединительной ткани.
• Химический состав соединительной ткани
• Морфологическая и биохимическая характеристика компонентов ткани. Особенности аминокислотного состава, и физико-химических свойств основных структурных белков.
• 2. Биосинтез коллагена, образование фибриллярных структур.
• 3. Гликозаминогликаны основного вещества, строение, биосинтез, биологическая роль, продукты распада..
• 4. Специфические черты метаболизма соединительной ткани, гормональная регуляция.
• 5. Понятие о коллагенозах и мукополисахаридозах. Химический состав костей.
• 6. Биохимические тесты в диагностике заболеваний соединительной ткани

КЛАССИФИКАЦИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

• 1. волокнистая ткань:
• а). рыхлая неоформленная (образует строму многих органов, адвентициальная оболочка сосудов, образует собственную пластинку слизистых оболочек, подслизистую основу, располагается между мышечными клетками и волокнами);
• б). плотная неоформленная ( сетчатый слой дермы, надкостница, надхрящница);
• в). плотная оформленная (сухожилия, связки, капсулы, фасции, фиброзные мембраны);
• 2. скелетные ткани:
• а). хрящевая ткань (3 вида: гиалиновый, эластический и волокнистый хрящ);
• б). костная ткань (грубоволокнистая (незрелая) кость, пластинчатая (зрелая) кость);
• 3. специальные виды соединительной ткани:
• а). белая жировая (есть везде);
• б). бурая жировая (между лопатками, около почек, около щитовидной железы);
• в). пигментная (сосудистая оболочка глаза, дерма в области сосков молочных желез, родимых пятен, невусов);
• г). студенистая (пупочный канатик);
• д). ретикулярная (селезенка, лимфатические узлы, миндалины, лимфоидные фолликулы, красный костный мозг);
• 4. кровь

• ФУНКЦИИ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

• опорная — кости, хрящи, связки и сухожилия;
• транспортная — кровь и лимфа;
• защитная — клетками крови вырабатываются антитела, осуществляется фагоцитоз; они участвуют в заживлении ран и регенерации органов. Жировая, скелетная, хрящевая ткань защищают внутренние органы от механического повреждения. Жировая ткань – от переохлаждения;
• кроветворная — лимфатические узлы, селезенка, красный костный мозг;
• Запасающая – жировая ткань запасает ТГ, скелетная ткань и зубы – кальций, магний, фосфор, натрий, кровь в белках плазмы содержит запас аминокислот.
• Регуляторная – клетками соединительной ткани синтезируются БАВ (более 100), которые регулируют обмен веществ (лептин), развитие иммунных, аллергических реакций (простагландины, гистамин, серотонин), клеточное деление, дифференцировку тканей (соматомедины, факторы роста и ингибирования фибробластов, митотический и ингибирующий пролиферацию фактор). Межклеточный матрикс (базальная мембрана) обеспечивает развитие органов и тканей, участвует в процессах регенерации.

• Как и любая ткань, соединительная ткань состоит из клеток и межклеточного матрикса.
• В отличие от других тканей, в ней, как правило, содержится мало клеток, которые при этом отличаются большим разнообразием.

• Основные клетками соединительной ткани являются фибробласты
• В разных видах соединительной ткани имеются разновидности фибробластов: хондробласты, хондроциты, остеобласты, остеоциты, остеокласты и т.д.

• Эндотелиальные клетки покрывают изнутри все сосуды.
• Пигментные клетки образуются из нервного гребня, в цитоплазме имеется пигмент – меланин.
• Макрофаги образуются из моноцитов крови.
• Тучные клетки (тканевые базофилы).
• Плазматические клетки образуются из В-лимфоцитов
• Лейкоциты, вышедшие из сосудов.

• КЛЕТКИ

• МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС

• В отличие от других тканей, в соединительной ткани, как правило, преобладает межклеточный матрикс.

• Межклеточный матрикс — это надмолекулярный комплекс, образованный сложной сетью связанных между собой макромолекул.

Функция межклеточного матрикса

• образует каркас органов и тканей;
• является универсальным «биологическим» клеем;
• участвует в регуляции водно-солевого обмена;
• образует высокоспециализированные структуры (кости, зубы, хрящи, сухожилия, базальные мембраны).
• окружая клетки, влияет на их прикрепление, развитие, пролиферацию, организацию и метаболизм.

• Химический состав межклеточного матрикса

• 1). Коллагеновые и эластиновые волокна. Они придают ткани механическую прочность, препятствуя ее растяжению;
• 2). аморфное вещество в виде ГАГ и протеогликанов. Оно удерживает воду и минеральные вещества, препятствует сдавливанию ткани;
• 3). неколлагеновые структурные белки - фибронектин, ламинин, тенасцин, остеонектин и др. Кроме того, в межклеточном матриксе может присутствовать
• 4). минеральный компонент - в костях и зубах: гидроксиапатит, фосфаты кальция, магния и т.д. Он придает механическую прочность костям, зубам, создает запас в организме кальция, магния, натрия, фосфора.

Химический состав соединительной ткани

• вода (63%.)
• плотные вещества (37%), из них:
• коллаген 85%
• эластин 4,4%
• ретикулин 0,5%
• альбумины и глобулины 0,6%
• гликозоаминогликаны (ГАГ) 3,5 %
• липиды 2,8%
• др. органические вещества 3,2%
• неорганические вещества 0,5% (кроме костей, зубов)

Особенности обмена соединительной ткани

• Разные виды соединительной ткани существенно отличаются по выполняемым функциям и имеют заметные различия в обмене веществ и энергии.
• В целом, благодаря низкой концентрации клеток, обмен веществ и энергии в соединительной ткани протекает медленнее, чем в других тканях. В клетках обмен веществ и энергии может быть высоким (фибробласты, макрофаги) или низким (адитоциты).
• Соединительная ткань потребляет мало кислорода (исключение - бурая жировая ткань).
• Особенностью обмена веществ в соединительной ткани является активный синтез клетками белков и гетерополисахаридов, необходимых для построения межклеточного матрикса

Регуляция обмена соединительной ткани

• Синтез коллагена и ГАГ
• протеогликанов

• Глюкокортикоиды

• Старение организма

• Минералокортикоиды

• Андрогены (тестостерон)

• Соматомедин – включение
• Сульфатов в ГАГ (ФАФС)

Старение соединительной ткани

• уменьшение содержания Н2О и отношения основное вещество/волокна
• снижение содержания гиалуроновой кислоты
• изменение соотношение отдельных гликанов

Свойства

• 1. высокая эластичность (эластин),
• 2. высокая прочность (коллаген),
• 3. волокнистость,
• 4. плохая растворимость в воде,
• 5. высокая устойчивость к денатурации,
• 6. плохая перевариваемость в ЖКТ,
• 7. низкая антигенность,
• 8.низкая биологическая ценность из-за ограниченного аминокислотного состава.

• Белки соединительной ткани

• Коллаген — фибриллярный белок, основной компонент межклеточного матрикса.
• обладает огромной прочностью и практически не растяжим (прочнее стальной проволоки того же сечения, он может выдерживать нагрузку в 10000 раз большую собственного веса).
• Это самый распространенный белок организма, на него приходиться от 25 до 33% общего количества белка в организме, т.е. 6% массы тела.
• Около 50% всех коллагеновых белков содержится в тканях скелета, около 40% — в коже и 10% — в строме внутренних органов.

• Коллаген

• Коллагеновые волокна

• Белок коллаген

• Под коллагеном-белком понимают два вещества:
• тропоколлаген и проколлаген.

• тропоколлаген состоит из 3 α-цепей.
• Известно около 30 видов α-цепей
• Большинство α-цепей содержит около 1000АК.
• В тропоколлагене содержится 33% глицина, 25% пролина и 4-оксипролина, 11% аланина, есть гидроксилизин, мало гистидина, метионина и тирозина, нет цистеина и триптофана.

• Первичная структура α-цепей состоит из повторяющейся АК последовательности: ГЛИ-X-Y. Где X – часто пролин, Y – 4-оксипролин или 5-оксилизин.
• Вторичная структура α-цепи представлена левозакрученной спиралью в витке которой находиться 3 АК.
• Четвертичная структура 3 α-цепи скручиваются друг с другом в правозакрученную суперспираль тропоколлагена. Она стабилизируется водородными связями, радикалы АК направлены наружу.

• Молекула тропоколлагена

• Фибриллы и волокна коллагена

• Молекула проколлагена устроена также как и тропоколлагена, но на ее концах находятся С- и N-пропептиды, образующие глобулы.
• N-концевой пропептид состоит из 100АК,
• С-концевой пропептид – из 250АК.
• С- и N-пропептиды содержат цистеин, который через дисульфидные мостики образует глобулярную структуру.

Виды коллагена

• Известно 19 типов коллагена, которые отличаются по первичной структуре цепей, функциям и локализации в организме.
• 95% всего коллагена в организме человека составляют коллагены I, II и III типов.

• I - сухожилий, связок,
• II -хрящей,
• III - кровеносных сосудов, кожи, кишечника
• IV - базальных мембран.

Синтез коллагена

• 1. На полисомах ЭПР синтезируются полипептидные препро-α-цепи коллагена.

• 1000

• 100

• 100

• 250

• Сигнальный
• пептид

• N-конец

• α-цепь

• С-пептид

• синтез

• 1000

• 100

• 100

• 250

• Сигнальный
• пептид

• N-конец

• α-цепь

• С-пептид

• 2. В полости ЭПР при отщеплении сигнального пептида препро-α-цепи превращаются в про-α-цепи.

• пептидаза

• про-α-цепь

• препро-α-цепь

• 1000

• 100

• 250

• N-конец

• α-цепь

• С-пептид

• 1000

• 100

• 250

• N-конец

• С-пептид

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• Пролин

• 4-оксипролин

• пролил-4-гидроксилаза

• Y-положение

• Лизин

• 5-оксилизин

• лизил-5-гидроксилаза

• ГЛИ-X-Y

• Пролин

• 3-оксипролин

• пролил-3-гидроксилаза

• X-положение

• 4. Гликозилтрансфераза гликозилируется галактозой или галактозилглюкозой гидроксилизин про-α-цепей.

• 1000

• 100

• 250

• N-конец

• С-пептид

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• ОН

• 1000

• 100

• 250

• N-конец

• С-пептид

• О

• ОН

• ОН

• О

• ОН

• ОН

• О

• ОН

• Глюкоза

• галактоза

• галактоза

• Галактоза

• Гликозилтрансфераза

• УДФ-галактоза

• УДФ

• 1000

• 100

• 250

• 1000

• 100

• 250

• 1000

• 100

• 250

• SH

• SH

• SH

• SH

• 1000

• 100

• 250

• 1000

• 100

• 250

• 1000

• 100

• 250

• S

• S

• S

• S

• SH

• SH

• S

• S

• С-пептиды

• В просвете ЭПР 3 про-α-цепи, c помощью С-концевых пропептидов соединяются между собой дисульфидными мостиками

• S

• S

• S

• S

• S

• S

• 250

• 100

• 100

• 100

• 3 про-α-цепи скручиваются с образованием тройной спирали проколлагена. Тройная спираль проколлагена стабилизируется водородными связями.
• проколлаген секретируется в межклеточный матрикс
• После этого гидроксилирование и гликозилирование про-α-цепей прекращается.

• 250

• 250

• С-пептиды

• В межклеточном матриксе от некоторых проколлагенов (I, II, III, V, XI типов) проколлагенпептидазы отщепляют концевые С- и N-пропептиды, в результате чего образуется тропоколлагены.
• У проколлагенов IV, VIII, X типов концевые пропептиды не отщепляются.

Катаболизм коллагена

• Время полужизни (Т1/2) – недели –месяцы.
• Скорость биосинтеза и деградации сбалансированы.
• Распад – специальный фермент коллагеназа («разрезает» сразу 3 пептидные цепи тропоколлагена па ¼ расстояния от С-конца между глицином и лейцином).

нарушение процесса гидроксилирования коллаген при цинге  

• Коллаген, синтезированный при дефиците аскорбиновой кислоты, недогидроксилирован и имеет пониженную температуру плавления, не может образовать нормальные по структуре волокна, что приводит к поражению кожи и ломкости сосудов.

Старение коллагена

• увеличение числа и прочности внутри- и межмолекулярных поперечных связей,
• снижение эластичности и способности к набуханию,
• развитие резистентности к коллагеназе, повышение структурной стабильности коллагеновых волокон (созревание = старение коллагена) .

Эластин — основной белок эластических волокон

• Эластин — основной белок эластических волокон
• в больших количествах содержится в межклеточном веществе кожи, стенок кровеносных сосудов, связках, лёгких.
• Эти ткани могут растягиваться в несколько раз по сравнению с исходной длиной, сохраняя при этом высокую прочность на разрыв.

• Эластин

• Эластин — гликопротеин с молек. массой 70 кДа.
• Первичная структура цепь из 800 АК,
• преобладают глицин, валин, аланин, много пролина и лизина, немного гидроксипролина, отсутствует гидроксилизин.

• Большое количество гидрофобных радикалов препятствует созданию регулярной вторичной и третичной структуры эластина, поэтому он приобретает различные конформации.

• вначале 3 остатка лизина окисляются до альдегидов,
• затем происходит их соединение с четвёртым остатком лизина с образованием замещённого пиридинового кольца.
• Окисление остатков лизина в альдегиды осуществляется лизилоксидазой (РР, В6, Cu2+).

• Сшивки между остатками лизина двух, трёх или четырёх пептидных цепей эластина, образуют специфические структуры, которые называются десмозинами (десмозин или изодесмозин).

Катаболизм эластина

• происходит при участии очень активной эластазы нейтрофилов.
• Особое значение это имеет в лёгких, поскольку лёгочная ткань плохо регенерирует.
• Разрушение эластина ведёт к потере эластичных свойств, разрушению альвеол и развитию эмфиземы лёгких.
• эластазу нейтрофилов и другие протеазы ингибирует α1-антитрипсин, синтезируемый печенью.

Патология эластина

• Снижение активности лизилоксидазы наследственное или приобретенное (дефицит меди, пиридоксина), приводит к снижению или прекращению образования десмозинов.
• У эластических тканей снижается предел прочности на разрыв, появляются такие нарушения, как истончённость, вялость и растяжимость
• Клинически эти нарушения могут проявляться кардиоваскулярными изменениями (аневризмы и разрывы аорты, дефекты клапанов сердца), частыми пневмониями и эмфиземой лёгких.

Аневризма

• Дефекты клапанов сердца

Энфизема легких Линейные гетерополисахариды, состоят из повторяющиеся димеров, могут связывать большие количества воды, в результате чего межклеточное вещество приобретает желеобразный характер. С водой накапливают минеральные вещества

• Линейные гетерополисахариды, состоят из повторяющиеся димеров, могут связывать большие количества воды, в результате чего межклеточное вещество приобретает желеобразный характер. С водой накапливают минеральные вещества
• В состав входят:
• уроновые кислоты (глюкуроновая или идуроновая),
• гексозамины
• Виды ГАГ:
• Гиалуроновая кислота,
• Хондроитин-6-сульфат
• Хондроитин-4-сульфат,
• Гепарансульфат,
• Дерматансульфат,
• Гепарин.

• Гликозаминогликаны ГАГ

Гиалуроновая кислота

• Биозный фрагмент гиалуроновой кислоты
• 1. D-глюкуроновая кислота (β-1, 3)
• 2. N-ацетил-D-глюкозамин (β-1, 4)

• Содержит несколько тысяч дисахаридных единиц, молекулярная масса достигает 105—107 Да.
• В хряще связана с белком и участвует в образовании протеогликановов,
• в стекловидном теле глаза, пупочном канатике, суставной жидкости встречается и в свободном виде.
• В суставной жидкости уменьшает трение между суставными поверхностями.

Хондроитинсульфаты

• Биозный фрагмент хондроитин-6-сульфата
• 1. D-глюкуроновая кислота (β-1, 3)
• 2. N-ацетил-D-галактозамин-6-сульфат (β-1, 4)

• содержат около 40 дисахаридных единиц и имеет молекулярную массу 104-106 Да.
• самые распространённые ГАГ, содержатся в хряще, коже, сухожилиях, связках, артериях, роговице глаза.
• являются составным компонентом агрекана — основного протеогликана хрящевого матрикса.

Гепарин

• Биозный фрагмент гепарина
• D-глюкуроновая кислота (α-1, 4)
• N-ацетил-D-глюкозозамин- 6-сульфат (β-1, 4)

• Молекулярная масса 6-25х103 Да.
• важный компонент противосвёртывающей системы крови.
• синтезируется тучными клетками и находится в гранулах внутри этих клеток.
• Наибольшее количество в лёгких, печени и коже.

Синтез осуществляется в ЭПР фибробластов с участием:

• Синтез осуществляется в ЭПР фибробластов с участием:
• УТФ,
• ацетил КоА,
• ФАФС
• и других метаболитов.
• Распад ГАГ регулируется ферментами лизосом фибробластов.

• Синтез и распад ГАГ

Синтез гликозамингликанов

• Глюкоза

• Глюкоза-6-фосфат

• АТФ

• Фруктозо-6-фосфат

• Глюкозо-1-фосфат

• УДФ-
• глюкоза

• УДФ-
• галактоза

• Глюкозоамин-6-
• фосфат

• УТФ

• глутамин

• АТ

• N-ацетил-глюкозоамин-
• 1-фосфат

• ФАФС

• Гликозамингликаны

• УДФ-N-ацетил-
• галактозамин

• УДФ-N-ацетил-
• глюкозамин

• УДФ-идуро
• новая к-та

• УДФ-глюку
• ронова к-та

Распад ГАГ

• Гиалуронидаза
• (микробов)

• β-глюкоуронидаза
• (лизосом)

• ГАГ

• Почки (моча)

• Ацетилглюкозоамин
• (АГА)

• Уроновые кислоты
• (глюкуроновые и
• идуроновые кислоты

• Включение
• в биосинтез

• Окисление до
• СО2 и Н2О

• Включение
• в биосинтез

• Окисление до
• СО2 , Н2О , NH3
• HSO4

Протеогликаны - белки промежуточного вещества

• Протеогликаны - белки промежуточного вещества
• состав
• гликозоаминогликаны (ГАГ-95%) и белки - альбумины и глобулины (5%)

Заболевания соединительной ткани (Коллагенозы)

• Системная красная волчанка (СКВ).
• Системная склеродермия.
• Дерматомиозиты.
• Болезнь Шегрена.
• Синдром Рейтера.
• Ревматизм.
• Общее название- ревматические болезни (РБ).

Системная красная волчанка

• Системная красная волчанка (СКВ, болезнь Либмана-Сакса) — диффузное заболевание соединительной ткани, характеризующееся системным иммунокомплексным поражением соединительной ткани и её производных, с поражением сосудов микроциркуляторного русла.

Системная склеродермия

• Системная склеродермия — прогрессирующее заболевание с характерным изменением кожи, опорно-двигательного аппарата и внутренних органов. В основе заболевания лежит воспалительное поражение мелких сосудов всего организма.

Дерматомиозиты

• Дерматомиозит (син. болезнь Вагнера) — тяжелое прогрессирующее системное заболевание соединительной ткани, скелетной и гладкой мускулатуры с нарушением её двигательной функции, кожных покровов в виде эритемы и отёка и сосудов микроциркулятоного русла с поражением внутренних органов, нередко осложняющееся кальцинозом и гнойной инфекцией.

Болезнь Шегрена

• Системное аутоиммунное заболевание, относящееся к болезням соединительной ткани; характеризуется поражением многих секретирующих желез, главным образом слюнных и слезных.

• Причины заболевания неизвестны. Большинство рассматривают болезнь как следствие иммунопатологических реакций на вирусную инфекцию, предположительно ретровирусную

Синдром Рейтера

• Синдром Рейтера — аллергическое реактивное состояние в большинстве случаев постинфекционного характера (после энтерита) с триадой: уретрит, конъюнктивит, артрит. Часто развиваются кератит и ирит.
• Также синдром Рейтера часто вызывается хламидиями и гонококками.

Ревматизм

• Ревматизм (РБ) - системное воспалительное заболевание соединительной ткани, характеризующееся преимущественной локализацией процесса в сердечно-сосудистой системе. Сопровождается нарушением иммунитета

• Генетический ф-р (гены локуса D/DR (DR-2,DR-3,DR-4)).
• инфекция, вызванная бета-гемолитическим стрептококком группы А.
• Иммунологические ф-ры (Иммунологические маркеры, и их связь с локусом R главного комплекса HLA)

• Причины

Клиника ревматизма

• Клиника ревматизма
• Большие критерии: кардит, полиартрит, малая хорея, кольцевидная эритема, ревматические узелки.
• Малые критерии: наличие в анамнезе типичной ревматической атаки, ревматического порока сердца, артралгии, лихорадки (повышение температуры тела до 38оС и выше).

Наследственные болезни

• Наследственные болезни
• соединительной ткани - «лизосомные болезни» - энзимопатии лизосомных ферментов, ответственных за распад гликозоамингликанов (ГАГ) соединительной ткани.

Болезнь	Дефект	Последствия
Несовершенный остеогенез	проколлаген-а-1 проколлаген	сниж. Колл. Типа I
I тип	а-2(I)	аномалия фибрилл
II тип	а-1(I)	нестаб. 3я спираль
III тип	а-2(I) и а-1(I)	сниж.раств. Прок.I
Синдром Марфана	проколлаген а-2(I)	нар.обр.попер.сшивок

• Наследственные коллагенозы

Тесты лабораторной диагностики при заболеваниях соединительной ткани

• СОЭ ;
• эритроциты (гиперхромная анемия), ,;
• лейкоциты (N,, );
•  антитела к стрептококковым антигенам (антистрептолизин-О);
•  антигиалуронидаза, антистрептокиназа);
•  антинуклеарные факторы (в сыворотке пожилых людей в 15% случаях);

СРБ ( альфа- глобулин );

• СРБ ( альфа- глобулин );
• Fе  ;
• Сu ;
• комплемент (в большинстве случаев);
• LЕ - клетки;
• Ig(J,A,M,E);
• белок в моче ( протеинурия);
• 1-антитрипсин;
• 2 -макроглобулин.;
• фибриноген, серомедиоид;
• ревматоидный фактор ;

В суставной жидкости:

• В суставной жидкости:
• белок  ;
• ревматоидный фактор;
• лейкоциты;
• фагоциты ;
• коллагеназа суставной жидкости и крови ;

Эритроциты ;

• Эритроциты ;
• Лейкоциты (сдвиг влево);
• СОЭ  ;
• 2 глобулин (СРБ, церуллоплазмин, гаптоглобин) ;
• 1 серомукоид ;
• глобулин (IgJ, IgA, IgM) ;
• фибриноген ;
• гиалуроновая кислота ;
• дифениламиновая проба ;

атистрептолизин-О ;

• атистрептолизин-О ;
• антистрептогиалуронидаза ;
• антистрептокиназа ;
• оксипролин крови и мочи ;
• трансаминазы (АСТ, АЛТ) ;
• КФК ;
• ЛДГ4, ЛДГ5 ;
• Гидроксибутиратдегидгогеназа ;
• Холинэстераза ;

Хондропротекторы 1. препараты, содержащие хондроитинсульфат. Участвует в образовании основного вещества соединительной ткани. Из хрящей крупного рогатого скота получают хондропротектор хонсурид

• 1. препараты, содержащие хондроитинсульфат. Участвует в образовании основного вещества соединительной ткани. Из хрящей крупного рогатого скота получают хондропротектор хонсурид

2. хондропротекторы - экстракты хрящей и костного мозга молодых животных румалон

• 2. хондропротекторы - экстракты хрящей и костного мозга молодых животных румалон

• 3. артепарон (мукополисахаридный полиэфир серной кислоты), который по структуре и действию сходен с хондроитинсерной кислотой.