Mustaqil ish Mavzu: Hаyotning molekulyar asoslari. Kollogen oqsili

Kollagen I hosil bo'lishi
Ko'pgina kollagen shunga o'xshash shakllanadi, ammo quyidagi jarayon I tip uchun xosdir:

1. 
   Hujayra ichida
   

1. 
   Ikkita alfa zanjiri - alfa-1 va alfa 2 hosil bo'ladi tarjima bo'ylab ribosomalarda qo'pol endoplazmatik to'r (RER). Preprokollagen deb nomlanuvchi ushbu peptid zanjirlarining har bir uchida ro'yxatga olish peptidlari va a mavjud signal peptidi.
   
2. 
   Polipeptid zanjirlari RER lümenine chiqariladi.
   
3. 
   Signal peptidlari RER ichida ajralgan va zanjirlar endi pro-alfa zanjirlar deb nomlangan.
   
4. 
   Gidroksillanish ning lizin va prolin aminokislotalar lümen ichida paydo bo'ladi. Ushbu jarayon bog'liq va iste'mol qiladi askorbin kislotasi (S vitamini) a kofaktor.
   
5. 
   Glikosilatsiya gidroksilizinning o'ziga xos qoldiqlari paydo bo'ladi.
   
6. 
   Ikki alfa-1 zanjir va bitta alfa-2 zanjiridan uch marta alfa spiral tuzilish endoplazmatik retikulum ichida hosil bo'ladi.
   
7. 
   Prokollagen ga yuboriladi Golgi apparati, qaerda u paketlangan va yashiringan ekzotsitoz.
   

2. 
   Hujayra tashqarisida
   

1. 
   Ro'yxatdan o'tish peptidlari bo'linib, tropocollagen tomonidan hosil bo'ladi prokollagen peptidaz.
   
2. 
   Ko'p tropokollagen molekulalari kovalent o'zaro bog'liqlik orqali kollagen fibrillalarini hosil qiladi (aldol reaktsiyasi) tomonidan lizil oksidaz gidroksilin va lizin qoldiqlarini bir-biriga bog'lab turadi. Ko'p kollagen fibrillalari kollagen tolalariga aylanadi.
   
3. 
   Kollagen hujayra membranalariga bir necha turdagi oqsillar orqali biriktirilishi mumkin, shu jumladan fibronektin, laminin, fibulin va integral.
   

Molekulyar tuzilish
Bitta kollagen molekulasi - tropocollagen, fibrillalar kabi yirikroq kollagen agregatlarini hosil qilish uchun ishlatiladi. Bu taxminan 300 ga teng uzun va diametri 1,5 nm, va u uchtadan iborat polipeptid iplar (alfa peptidlar deb ataladi, 2-bosqichga qarang), ularning har biri chap qo'lning konformatsiyasiga ega spiral - buni o'ng qo'l bilan aralashtirmaslik kerak alfa spirali. Ushbu uchta chap vertolyot birlashtirilib, o'ng qo'lli uchta spiral yoki "super spiral", kooperativga aylantirildi to'rtinchi tuzilish ko'pchilik tomonidan barqarorlashdi vodorod aloqalari. I turdagi kollagen va ehtimol barcha fibrillyar kollagenlar bilan, agar hammasi kollagenlar bo'lmasa, har uch uchli spiral kollagen mikrofibril deb ataladigan o'ng qo'lli super-super-spiralga qo'shiladi. Har bir mikrofibril aralashgan qo'shni mikrofibrillalari bilan ularni beqarorligini ko'rsatishi mumkin bo'lgan darajada, garchi kollagen fibrillalari ichida ular juda yaxshi buyurtma qilingan bo'lsa, ular kristalli bo'ladi.

Kollagenning o'ziga xos xususiyati bu muntazam joylashishdir aminokislotalar ushbu kollagen subbirliklarining uchta zanjirining har birida. Ketma-ketlik ko'pincha naqshga amal qiladi Gly-Pro-X yoki Gly-X-Hyp, bu erda X boshqa har qanday boshqa aminokislota qoldiqlari bo'lishi mumkin. Prolin yoki gidroksiprolin umumiy ketma-ketlikning 1/6 qismini tashkil qiladi. Glytsin ketma-ketlikning 1/3 qismini hisobga olgan holda, bu kollagen sekansining taxminan yarmi glitsin, prolin yoki gidroksiprolin emasligini anglatadi, bu odatiy bo'lmagan GX chalg'itishi tufayli tez-tez o'tkazib yuboriladi.1X2 kollagen alfa-peptidlarning xarakteristikasi. Kollagen tarkibidagi glitsinning yuqori miqdori kollagen spiralining stabillashuvi jihatidan muhimdir, chunki bu kollagen tolalarini molekula ichida juda yaqin birlashishiga, vodorod bilan bog'lanishiga va molekulalararo o'zaro bog'liqlik hosil bo'lishiga imkon beradi. Bunday muntazam takrorlash va yuqori glitsin miqdori faqat bir nechta boshqa tolali oqsillarda uchraydi, masalan ipak fibroin.

Kollagen nafaqat tarkibiy oqsildir. Hujayra fenotipini, hujayraning adezyonini, to'qimalarning regulyatsiyasini va infratuzilmasini aniqlashdagi asosiy roli tufayli uning prolinga boy bo'lmagan mintaqalarining ko'plab bo'limlari hujayra yoki matritsa assotsiatsiyasi / regulyatsiyasi rollariga ega. Prolin va gidroksiprolin halqalarining nisbatan yuqori miqdori, ularning geometrik jihatdan cheklanganligi karboksil va (ikkinchi darajali) amino guruhlar, juda ko'p miqdordagi glitsin bilan bir qatorda, individual polipeptid iplarining chap qo'lli spirallarni o'z-o'zidan, hech qanday ichki ichidagi vodorod bog'lanishisiz shakllantirish tendentsiyasini hisobga oladi.
Glisin yon zanjiri bo'lmagan eng kichik aminokislota bo'lgani uchun tolali strukturaviy oqsillarda o'ziga xos rol o'ynaydi. Kollagenda Gly har uchinchi holatda talab qilinadi, chunki uchli spiralning yig'ilishi bu qoldiqni spiralning ichki qismiga (o'qiga) qo'yadi, bu erda glitsinning yagona qismidan kattaroq yon guruh uchun joy yo'q. vodorod atomi. Xuddi shu sababga ko'ra Pro va Hyp uzuklari tashqi tomonga ishora qilishi kerak. Ushbu ikkita aminokislotalar uch karamli spiralni barqarorlashtirishga yordam beradi - Hyp Pro dan ham ko'proq; kabi hayvonlarda ularning past konsentratsiyasi talab qilinadi baliq, kimning tana harorati ko'pchilik issiq qonli hayvonlardan pastroq. Pastroq prolin va gidroksiprolin tarkibi sovuq suvga xos, ammo iliq suv baliqlariga xos emas; ikkinchisi sutemizuvchilarga o'xshash prolin va gidroksiprolin tarkibiga ega. Sovuq suvli baliq va boshqa tarkibidagi pastki prolin va gidroksprolin tarkibiga kiradi poikilotermiya hayvonlar o'zlarining kollagenlarini sutemizuvchilar kollageniga qaraganda pastroq termal barqarorlikka ega bo'lishiga olib keladi.Ushbu pastki issiqlik barqarorligi shuni anglatadi jelatin baliq kollagenidan olingan ko'plab oziq-ovqat va sanoat dasturlari uchun mos emas.
Tropokollagen subbirliklar o'z-o'zidan o'z-o'zini yig'ish, muntazam ravishda uchlari bilan, hatto undan ham kattaroq qatorlarga hujayradan tashqari to'qimalarning bo'shliqlari. Fibrillalarni qo'shimcha ravishda yig'ish fibroplastlar tomonidan boshqariladi, ular fibripozitordan to'liq hosil bo'lgan fibrillalarni yotqizadilar. Fibrillyar kollagenlarda molekulalar qo'shni molekulalarga 67 ga yaqin qadam tashlaydinm ("D" deb ataladigan va agregatning gidratatsiya holatiga qarab o'zgaradigan birlik). Mikrofibrilning har bir D davri takrorlanishida kesmada beshta molekulani o'z ichiga olgan, "qoplash" deb nomlangan qismi va faqat to'rtta molekulani o'z ichiga olgan "bo'shliq" mavjud.[28] Mikrofibrillar fibrillalarga birlashganda va elektron mikroskop yordamida ko'rish mumkin bo'lganligi sababli, bu bir-birining ustiga chiqib ketish va bo'shliq mintaqalari saqlanib qoladi. Mikrofibrillalardagi uch karra spiral troproplaglagenlar kvazigeksagonal qadoqlash tartibida joylashgan.

Kollagen fibrillalarining D davri elektron mikroskopi bilan kuzatilganda 67nm ko'rinadigan bo'laklarga olib keladi

Ba'zi birlari bor kovalent uchta spiral ichidagi o'zaro bog'liqlik va yaxshi tashkil etilgan agregatlarni (masalan, fibrillalar) tashkil etuvchi tropoklaglagen spirallari orasidagi o'zaro bog'liq miqdordagi kovalent o'zaro bog'liqlik. Kattaroq fibrillyar to'plamlar bir xil turli xil oqsillar (shu jumladan, turli xil kollagen turlari), glikoproteinlar va proteoglikanlar yordamida hosil bo'lib, bir xil asosiy o'yinchilarning o'zgaruvchan birikmalaridan har xil turdagi etuk to'qimalarni hosil qiladi. Kollagen erimaslik monomerik kollagenni o'rganish uchun to'siq bo'lib, u yosh hayvonlardan tropokollagen olinishi mumkinligi aniqlandi, chunki u hali to'liq emas o'zaro bog'langan. Shu bilan birga, mikroskopiya texnikasidagi yutuqlar (ya'ni elektron mikroskopiya (EM) va atom kuchlari mikroskopiyasi (AFM)) va rentgen difraksiyasi tadqiqotchilarga kollagen tuzilishining tobora batafsil tasvirlarini olishga imkon berdi. joyida. Ushbu keyingi yutuqlar kollagen tuzilishining hujayra va hujayra-matritsa aloqalariga qanday ta'sir qilishini va to'qimalarning o'sishda va tiklanishda qanday tuzilishini, rivojlanish va kasalliklarda qanday o'zgarishini yaxshiroq tushunish uchun juda muhimdir. Masalan, AFM asosidagi nanoindentatsiyadan foydalanib, bitta kollagen fibril o'z eksenel yo'nalishi bo'yicha heterojen material ekanligi, bu bo'shliq va ustma-ust joylashgan hududlarda sezilarli darajada farq qiluvchi mexanik xususiyatlarga ega ekanligi va bu ikki mintaqadagi turli xil molekulyar tashkilotlar bilan o'zaro bog'liqligi ko'rsatilgan.

Kollagen fibrillalari / agregatlari turli xil to'qimalar xususiyatlarini ta'minlash uchun har xil to'qimalarda turli kombinatsiyalar va kontsentratsiyalarda joylashgan. Suyakda butun kollagen uchli spirallari parallel, pog'onali qatorda yotadi. Tropokollagen subbirliklarining uchlari orasidagi 40 nm bo'shliqlar (taxminan, bo'shliq mintaqasiga teng), ehtimol gidroksilapatit (taxminan) Ca bo'lgan mineral komponentning uzun, qattiq, mayda kristallarini yotqizish uchun nukleatsiya joylari bo'lib xizmat qiladi.10(OH)2(PO4)6. I turdagi kollagen suyakka xosdir mustahkamlik chegarasi.