Kollagen är involverat i bildandet av strukturer som t.ex. Värdet av kollagen och dess användning i kosmetologi och medicin. Används inom kosmetologi
Helen Berman, Vileaynur Ramachandran arbetade med strukturen av kollagenmonomeren.
Flera motstridiga modeller (trots den kända strukturen för varje enskild peptidkedja) gav vika för skapandet av en ternär-spiralformad modell som förklarade den kvartära strukturen hos kollagenmolekylen.
Egenskaper
Kollagen finns i flera former. Den grundläggande strukturen för alla typer av kollagen är liknande. Kollagenfibrer bildas genom aggregering av mikrofibriller, de är rosa när de färgas med hematoxylin och eosin och blå eller gröna med olika trekromfärgade fläckar, när de impregneras med silver färgas de brungult.
fibrillär struktur
Tropocollagen (strukturella enheter av kollagen) kombineras spontant, fäster vid varandra med ändarna förskjutna på ett visst avstånd, och bildar större strukturer i den intercellulära substansen. I fibrillära kollagener är molekylerna förskjutna i förhållande till varandra med cirka 67 nm (enheten, som betecknas med bokstaven "D" och varierar beroende på tillståndet av hydratisering av ämnet). I allmänhet innehåller varje D-period fyra hela och delar av den femte kollagenmolekylen. Värdet på 300 nm dividerat med 67 nm (300:67) ger inget heltal och längden på kollagenmolekylen är uppdelad i segment D som inte är konstanta i storlek. Därför, i samband med varje upprepning av D- period av mikrofibrillen, det finns en del som består av fem molekyler som kallas "överlappning" och en del som består av fyra molekyler - "gap". Tropokollagenerna är också arrangerade i en hexagonal eller pseudo-hexagonal (i tvärsnitt) design, i varje "överlappande" och "gap"-region.
Inom tropokollagen finns det en kovalent bindning mellan kedjorna, såväl som någon varierande mängd av dessa bindningar mellan tropokollagenspiralerna själva, vilket bildar välorganiserade strukturer (t.ex. fibriller). Tjockare fibrillbuntar bildas av flera andra klasser av proteiner, inklusive andra typer av kollagener, glykoproteiner, proteoglykaner, som används för att bilda olika typer vävnader från olika kombinationer av samma grundproteiner. Kollagens olöslighet var ett hinder för studiet av kollagenmonomeren tills man fann att det var möjligt att extrahera ungdjurstropokollagen eftersom det ännu inte hade bildat starka bindningar med andra fibrilsubenheter. Förbättringar av mikroskop och röntgenapparater gjorde dock forskningen lättare och fler och mer detaljerade bilder av kollagenmolekylens struktur dök upp. Dessa sena upptäckter är mycket viktiga för en bättre förståelse av hur kollagenets struktur påverkar kopplingarna mellan celler och den intercellulära substansen, hur vävnader förändras under tillväxt och regenerering, hur de förändras under embryonal utveckling och patologi.
Kollagenfibrill är en halvkristallin strukturell enhet kollagen. Kollagenfibrer är buntar av fibriller.
Användande
livsmedelsindustrin
Ur näringssynpunkt är kollagen och gelatin proteiner av dålig kvalitet, eftersom de inte innehåller alla essentiella aminosyror som en person behöver - dessa är ofullständiga proteiner. Tillverkare av kollagenbaserade kosttillskott hävdar att deras produkter kan förbättra hud- och nagelkvaliteten, såväl som ledhälsa.
Relativt billigt, som ofta erbjuds på marknaden idag under sken av en källa till fria aminosyror, kollagenhydrolysat är inte alltid i stånd att tillfredsställa mänskliga behov av fria aminosyror, eftersom dessa produkter inte innehåller aminosyror redo för assimilering, utan endast är partiellt "smälta" extrakt av artikulära vävnader från däggdjur, fåglar eller havsbor. Till exempel är kollagenhydrolysat nästan helt utan aminosyran L-glutamin, som inte är resistent mot termiska effekter och långtidslagring av råvaror, det mesta av glutaminet förstörs redan i de första stadierna av lagring och bearbetning av råmaterial. material, bryts den befintliga lilla återstoden nästan fullständigt ned under termisk extraktion av broskvävnad.
De bästa källorna till aminosyror är preparat som innehåller de så kallade "fria aminosyrorna". Eftersom det är de fria aminosyrorna som nästan är redo för absorption, behöver den mottagande personens kropp inte lägga tid, matsmältningsenzymer och energi på sin matsmältning. De kan komma in i blodet på kortast möjliga tid, och levereras av det till platser som behöver ytterligare kollagensyntes, de ingår omedelbart i dess bildande.
Kosmetika
- Bildandet av ett andningsbart, fukthållande lager på hudens yta, som har mjukgörande (utjämnande) egenskaper, med egenskaperna hos en våt kompress;
- Förlänga verkan av extrakt, oljor, etc. som en del av kosmetiska kompositioner;
- Ger glans till håret, skapar ett kollagen (skyddande) lager på ytan av håret.
Vetenskaplig forskning
År 2005 kunde forskare isolera kollagen från de bevarade mjuka vävnaderna hos en Tyrannosaurus rex och använda dess kemiska sammansättning som ytterligare bevis på dinosauriernas förhållande till moderna fåglar.
Vetenskaplig forskning inom medicin
Kollagensyntes är en komplex enzymatisk flerstegsprocess som måste förses med en tillräcklig mängd vitaminer och mineralämnen. Syntesen fortsätter i fibroblasten och ett antal stadier utanför fibroblasten. En viktig punkt i syntesen är hydroxyleringsreaktionerna, som öppnar vägen för ytterligare modifieringar som är nödvändiga för mognad av kollagen. Specifika enzymer katalyserar hydroxyleringsreaktioner. Sålunda katalyseras bildningen av 4-hydroxiprolin av prolinhydroxylas, i vars aktiva centrum det finns järn. Enzymet är aktivt om järnet är i tvåvärd form, som tillhandahålls av askorbinsyra (vitamin C). Brist på askorbinsyra stör hydroxyleringsprocessen, vilket påverkar de ytterligare stadierna av kollagensyntesen - glykosylering, klyvning av N- och C-terminala peptider, etc. Som ett resultat syntetiseras onormalt kollagen, mer löst. Dessa förändringar ligger till grund för utvecklingen av skörbjugg.
Typer av kollagen
För närvarande har 28 typer av kollagen beskrivits, som kodas av mer än 40 gener. De skiljer sig från varandra i aminosyrasekvens, såväl som i graden av modifiering - intensiteten av hydroxylering eller glykosylering. Gemensamt för alla kollagener är förekomsten av 1 eller flera domäner som innehåller en trippelhelix och deras närvaro i den extracellulära matrisen. Mer än 90 % av det totala kollagenet från högre organismer är kollagen typ I, II, III och IV.
Förutom kollagenproteiner finns det många proteiner som i sin struktur innehåller en domän med en kollagen trippelhelix. Och ändå är de inte positionerade som kollagener, utan bara som "kollagenliknande". En stor grupp av kollagenliknande proteiner inkluderar komplementet C1q-subkomponent, C1q-liknande faktor, adiponektin, kolektiner och ficoliner, den terminala strukturen av acetylkolinestaras, tre makrofagreceptorer, ektodysplasin och EMILIN. Dessa proteiner, liksom kollagener, spelar en strukturell och reglerande roll.
Kollagen av den första typen, den mest arketypiska, är ett trimeriskt protein som sätts samman till trippelspiraler utan avbrott, självmonterar till fibriller och har den högsta mekaniska styrkan. Under tiden skiljer sig alla andra kollagener från det i en eller flera aspekter. Vissa kollagener har brott i trippelspiralen och sammanfogas inte nödvändigtvis till fibriller.
| kollagen typ | Gener | molekyler | Organ | Associerade sjukdomar |
|---|---|---|---|---|
| jag | COL1A1 COL1A2 | α1(I)2 α2(I), α1(I) 3 | Överallt i mjuka och hårda vävnader, hud, ben | Ehlers-Danlos syndrom, osteogenes, reumatism, Marfans syndrom, dysplasi |
| II | COL2A1 | al(II)3 + cm typ XI | Brosk, glaskropp, intervertebrala skivor | Typ II och XI kollagenopati, Sticklers syndrom, akondrogenes |
| III | COL3A1 | α1(III) 3 | Mjuka vävnader och ihåliga organ | Ehlers-Danlos syndrom, fibromuskulär dysplasi, aortaaneurysm |
| IV | COL4A1 COL4A2 COL4A3 COL4A4 COL4A5 COL4A6 | α1(IV) 2 α2(IV), andra otydliga | basalmembran | Alports syndrom, Goodpastures syndrom |
| V | COL5A1 COL5A2 COL5A3 | α1(V)2 α2(V), α1(V)α2(V)α3(V) + se typ XI | Mjuka vävnader, placenta, kärl, chorion | Ehlers-Danlos syndrom |
| VI | COL6A1 COL6A2 COL6A3 COL6A4 COL6A5 COL6A6 | α1(VI)α2(VI)α3(VI) | Mikrofibriller i mjuka vävnader och brosk | Ulrichs myopati, Batlems myopati, atopisk dermatit |
| VII | COL7A1 | α1(VII) 3 | Fästfibriller i ligament av hud och epidermis | Epidermolysis bullosa |
| VIII | COL8A1 COL8A2 | α1(VIII)α2(VIII) | Hornhinna, endotel | Korneal dystrofi |
| IX | COL9A1 COL9A2 COL9A3 | α1(IX)α2(IX)α3(IX) | Brosk, glaskropp | Sticklers syndrom, artros, epifysdysplasi |
| X | COL10A1 | α1(X) 3 | Hypertrofisk zon av tillväxtområdet | Schmids metafysiska dysplasi |
| XI | COL11A1 COL11A2 | α1(XI)α2(XI)α1(II), α1(XI)α2(V)α1(II) | Brosk, glaskropp | Typ II och XI kollagenopati, osteoporos |
| XII | COL12A1 | α1(XII) 3 | mjuk vävnad | Senskador |
| XIII | COL13A1 | α1(XIII) 3 | Cellyta, epitelceller | |
| XIV | COL14A1 | α1(IV) 3 | mjuk vävnad | |
| XV | COL15A1 | α1(XV) 3 | endotelceller | carcinom |
| XVI | COL16A1 | α1(XVI) 3 | Överallt | |
| XVII | COL17A1 | α1(XVII) 3 | ytan av epidermala celler | Epidermiolysis bullosa, pemphigus |
| XVIII | COL18A1 | α1(XVIII) 3 | endotelceller | |
| XIX | COL19A1 | α1(XIX) 3 | Överallt | Melanom, karcinom |
| XX | COL20A1 | α1(XX) 3 | isolerad från kycklingembryo | |
| XXI | COL21A1 | α1(XXI) 3 | Blodkärl | |
| XXII | COL22A1 | α1(XXII) 3 | Endast på platser med muskulotendinösa korsningar | |
| XXIII | COL23A1 | α1(XXIII) 3 | tumörceller | |
| XXIV | COL24A1 | α1(XXIV) 3 | Bildar ben | Osteokondros |
| XXV | COL25A1 | α1(XXV) 3 | aterosklerotiska plack | Alzheimers sjukdom |
| XXVI | COL26A1=EMID2 | α1(XXVI) 3 | Könsorgan | |
| XXVII | COL27A1 | α1(XXVII) 3 | mjuk vävnad | |
| XXVIII | COL28A1 | α1(XXVIII) 3 | Nervsystem |
Medicinska aspekter
Brott mot kollagensyntesen ligger till grund för sådana ärftliga sjukdomar som dermatosporaxi hos djur, latyrism (kännetecknad av lösa leder, vanemässiga dislokationer), Ehlers-Danlos syndrom (upp till 14 typer av manifestationer), osteogenesis imperfecta (glasmanssjukdom, medfödd rakitis, kongenital rakitis ), Marfans sjukdom.
En karakteristisk manifestation av dessa sjukdomar är skador på ligamentapparaten, brosk, bensystem, närvaron av hjärtklaffdefekter.
Kollagensjukdomar, inklusive de så kallade kollagenoserna, uppstår på grund av en mängd olika orsaker. Detta kan bero på en mutation i en gen som ändrar formen på kollagenmolekylen, eller ett fel i den posttranslationella modifieringen av kollagen. Sjukdomar kan också orsakas av brist på eller "felfunktion" av enzymer involverade i kollagenbiosyntes - brist på hydroxyleringsenzymer (prolin-, lysinhydroxylas), glykosyltransferaser, N-prokollagen och C-prokollagenpeptidaser, lysyloxidas med efterföljande brott mot korsning. -länkar, brist på koppar, vitaminer AT 6 , . Vid förvärvade sjukdomar som skörbjugg kan en återställning av enzymbalansen till det normala leda till ett fullständigt botemedel.
Nästan alla genmutationer leder till förlust eller förändring av kollagenets funktioner, vilket i sin tur påverkar egenskaperna hos vävnader och organ. Genmutationer i kollagendomänen kan leda till en förändring av formen på trippelhelixen, genom insättning/deletion av en aminosyra eller ersättning av Gly med en annan bas. Mutationer i icke-kollagenösa domäner kan leda till felaktig sammansättning av a-kedjor till supramolekylära strukturer (fibriller eller nätverk), vilket också leder till funktionsförlust. Mutanta a-kedjor kan bilda ett tre-helixkomplex med normala a-kedjor. I de flesta fall är sådana komplex inte stabila och förstörs snabbt, dock kan en sådan molekyl normalt fylla sin roll om funktionellt viktiga områden inte påverkas. De flesta sjukdomar som orsakas av mutationer i kollagengener är dominerande.
Anteckningar
Länkar
- Kollagen- artikel från Great Soviet Encyclopedia
|
||||||
|
Proteinklassificering
Hittills finns det ingen enhetlig och harmonisk klassificering som tar hänsyn till proteinernas olika parametrar. De befintliga klassificeringarna är vanligtvis baserade på en funktion. Så proteiner kan klassificeras:
- formen på molekylerna (globular eller fibrillär);
- efter molekylvikt (låg molekylvikt, hög molekylvikt, etc.);
- genom kemisk struktur (närvaro eller frånvaro av en icke-proteindel);
- enligt de funktioner som utförs (transport, skyddande, strukturella proteiner, etc.);
- genom lokalisering i cellen (nukleär, cytoplasmatisk, lysosomal, etc.);
- genom lokalisering i kroppen (blodproteiner, lever, hjärta, etc.);
- om möjligt, adaptivt reglera mängden av dessa proteiner: proteiner som syntetiseras med konstant hastighet (konstitutiva) och proteiner vars syntes kan förbättras när de utsätts för miljöfaktorer (inducerbara);
- beroende på livslängden i cellen (från mycket snabbt förnyande proteiner, med T 1/2 mindre än 1 timme, till mycket långsamt förnyande proteiner, vars T 1/2 beräknas i veckor och månader);
- av liknande områden av den primära strukturen och relaterade funktioner (proteinfamiljer).
Klassificering av proteiner efter molekylernas form
Detta är en av de äldsta klassificeringarna som delar in proteiner i 2 grupper: klotformig och fibrillär. Globulära proteiner inkluderar proteiner vars förhållande mellan längsgående och tvärgående axlar inte överstiger 1:10, och oftare är 1:3 eller 1:4, dvs. proteinmolekylen har formen av en ellips. De flesta individuella mänskliga proteiner kallas klotformiga proteiner. De har en kompakt struktur och många av dem, på grund av avlägsnandet av hydrofoba radikaler inuti molekylen, är mycket lösliga i vatten. Fibrillära proteiner har en långsträckt, filamentös struktur, där förhållandet mellan de längsgående och tvärgående axlarna är mer än 1:10. Fibrillära proteiner inkluderar kollagener, elastin, keratin, som utför en strukturell funktion i människokroppen, såväl som myosin, som är involverat i muskelkontraktion, och fibrin, ett protein i blodkoagulationssystemet.
Kollagens struktur och funktioner
Kollagener är en familj av besläktade fibrillära proteiner som utsöndras av bindvävsceller. Kollagener är de vanligaste proteinerna inte bara i den intercellulära matrisen, utan även i kroppen som helhet, de utgör cirka 1/4 av alla proteiner i människokroppen. I den extracellulära matrisen bildar kollagenmolekyler polymerer som kallas kollagenfibriller. Kollagenfibriller är extremt starka och praktiskt taget outtöjbara. De tål belastningar upp till 10 000 gånger sin egen vikt. Styrkan hos kollagenfibriller överstiger styrkan hos ståltråd i samma sektion. Det är därför ett stort antal kollagenfibrer, bestående av kollagenfibriller, är en del av huden, senor, brosk och ben.
Strukturen av en kollagenfibrill (fragment).
En viktig roll i bildandet av kollagenfibriller spelas av modifierade aminosyror: hydroxyprolin och hydroxylysin. Hydroxiprolin-hydroxylgrupperna i närliggande tropokollagenkedjor bildar vätebindningar som stärker strukturen hos kollagenfibriller. Lysin- och hydroxylysinradikaler är nödvändiga för bildandet av starka tvärbindningar mellan tropokollagenmolekyler, vilket ytterligare stärker strukturen hos kollagenfibriller. Aminosyrasekvensen av kollagenpolypeptidkedjor gör det möjligt att bilda en struktur som är unik i sina mekaniska egenskaper och har stor styrka. Förändringar i den primära strukturen av kollagen kan leda till utvecklingen av ärftliga sjukdomar.
Kollagen- fibrillärt protein, som utgör grunden för kroppens bindväv (sena, ben, dermis, etc.) och säkerställer dess styrka och elasticitet. Det är huvudkomponenten i bindväv och det vanligaste proteinet hos däggdjur, och står för 35 % av kroppens protein och 70 % av hudproteinet i människokroppen. Det är därför vår huds utseende är så beroende av mängden kollagen i kroppen. Förekomsten av varianter av fibrös bindväv: lös och tät (bildad och oformad) beror till stor del på närvaron av alla typer av kombinationer av olika typer av kollagen, vars molekyler kodas av nästan 20 gener.
De funktioner som "ungdomens protein" utför
Tack vare kollagenspiralerna är människokroppens vävnader i fungerande skick. De är starka och inte lätta att sträcka. Dessutom har detta protein ett antal funktioner, utan vilka den vitala aktiviteten av dermis är svår att föreställa sig:
- Skyddande. Skyddar dermis från mekanisk skada.
- Återskapande. Återställer strukturen inuti cellerna.
- Stöd. Limmar samman organens strukturer.Plast. Gör huden fast och elastisk.
- Antitumör. Förhindrar utvecklingen av olika neoplasmer.
- Uppdaterar. Aktiverar cellförnyelseprocesser.
Syntes av kollagen
Kollagensyntes är en komplex enzymatisk flerstegsprocess som måste förses med en tillräcklig mängd vitaminer och mineralämnen. Syntesen fortsätter i fibroblasten och ett antal stadier utanför fibroblasten. En viktig punkt i syntesen är hydroxyleringsreaktionerna, som öppnar vägen för ytterligare modifieringar som är nödvändiga för mognad av kollagen. Specifika enzymer katalyserar (accelererar) hydroxyleringsreaktioner. Sålunda katalyseras bildningen av 4-hydroxiprolin av prolinhydroxylas, i vars aktiva centrum det finns järn. Enzymet är aktivt om järnet är i tvåvärd form, som tillhandahålls av askorbinsyra (vitamin C). Askorbinsyrabrist stör hydroxyleringsprocessen, vilket påverkar de ytterligare stadierna av kollagensyntesen: glykosylering, klyvning av N- och C-terminala peptider, etc. Som ett resultat syntetiseras onormalt kollagen, mer löst. Dessa förändringar ligger till grund för utvecklingen av skörbjugg. Kollagen och elastin utgör en slags "bas" av huden, vilket förhindrar att den hänger, säkerställer dess elasticitet och fasthet. Elastin som protein stoppar produktionen av mänskliga enzymer vid 14 års ålder och kollagen vid 21-25 år, varefter huden inte återhämtar sig och huden åldras.
Enligt strukturen delas kollagen vanligtvis in i 4 grupper .
1. Fibrillärt kollagen
Fibrillära kollagener inkluderar kollagentyperna I, II, III, V och XI. De vanligaste är kollagen I (huvudkomponenten i huden, ligament, senor, ben, samt ögats sklera och hornhinna) och kollagen II, som bildar stommen i broskmatrisen.
Kollagen finns i vävnaden i form av mikrofibriller med en diameter på 3-5 nm, vilka består av 5 tropokollagenmakromolekyler anordnade parallellt med en förskjutning relativt varandra med cirka 1/2 av molekylens längd.
2. Rete-liknande kollagen
Retikulerade kollagener inkluderar typ IV kollagen, som bildar det stödjande nätverket av basalmembran. Fyra långa och flexibla molekyler av kollagen IV är sammankopplade på ett antiparallellt sätt och bildar en nätverksstruktur.
3. Filamentöst kollagen
Molekyler av kollagen typ VI är grupperade i tetramerer, tätt intill varandra. Sådana strukturer, som finns i många vävnader, tros anpassa stora kollagenfibriller av typ I.
4. Fibrilassocierade kollagener
Kollagen av typ IX, XII, XIV bildar inte sina egna strukturer, utan dekorerar ytan av fibrillära kollagener, vilket säkerställer interaktionen av kollagen med andra matriskomponenter. Sådana kollagener är sammansatta av flera spiralformade domäner separerade av globulära domäner.
Inte alla typer av kollagen faller under ovanstående klassificering, till exempel mikrofibrillärt kollagen VII. För många av de oupptäckta typerna av kollagen är endast DNA-sekvensen känd, och strukturen är okänd.
Mer än 90 % av det totala kollagenet från högre organismer är kollagen typ I, II, III och IV.
Fördelning av kollagenfibrer efter tjocklek i vävnader
Fördelningen av kollagenfibrer i tjocklek är en av de viktigaste faktorerna som bestämmer vävnadernas mekaniska egenskaper.
Således är motståndet mot plastiska deformationer vid böjning och vridning direkt relaterat till andelen fibriller, d.v.s. fibrer med liten diameter, vilket förklaras av den betydande interaktionen mellan fibriller och resten av matriskomponenterna. Samtidigt kan fibriller med stor diameter motstå höga dragbelastningar, vilket är förknippat med en ökning av antalet intermolekylära tvärbindningar. Fibriller, vars axlar ligger i riktning mot den applicerade belastningen, ger töjbarhet och draghållfasthet under vävnadsspänning. Följaktligen skiljer sig orienteringen av fibriller i förhållande till varandra i olika vävnader. Till exempel, i ligament är fibriller belägna längs längdaxelns riktning, i huden och hornhinnan observeras kollagenlager med samma orientering av fibriller inuti lagret.
För bildandet av kollagenfibrer med tillräcklig styrka är det nödvändigt att ha ett system av intra- och intermolekylära tvärbindningar. Först efter att bildningen av dessa kovalenta bindningar är avslutad, uppnås stabilisering av kollagenstrukturer.
Bildandet av tvärbindningar utförs på två sätt - enzymatisk och icke-enzymatisk (glykering).
1. Enzymatisk mekanism
På detta sätt, i det första steget, i närvaro av ett kopparinnehållande enzym, oxideras de terminala aminosyraresterna av lysin och hydroxylysin till en aldehydgrupp (allysyl). Sedan går dessa grupper in i kondensationsreaktioner med den omodifierade aminogruppen av lysin eller hydroxylysin, vilket resulterar i bildandet av omogna reducerbara (det vill säga innehållande dubbelbindningar) bifunktionella tvärbindningar som finns i bindväven hos unga djur. Den detaljerade kemiska strukturen och ytterligare modifieringar av dessa tvärbindningar bestäms av vävnadstypen. Således bildas mogna och irreparerbara tvärbindningar i huden. Efter bildandet av mogna tvärbindningar blir kollagen olösligt i vatten och syror.
2. Icke-enzymatisk glykering
Hastigheten för ombyggnad av kollagenfiber i kroppen är mycket låg. Halveringstiden för kollagen beräknas vara över 100 år, och glykering spelar en nyckelroll i patogenes och åldrande. En fullständig beskrivning av alla kemiska reaktioner som leder till avancerade glykeringsslutprodukter (AGEs) är för närvarande inte tillgänglig.
Det bör noteras att vid exponering för UV-strålning, som initierar bildandet av fria syreradikaler, ökar koncentrationen av AGE. Ansamlingen av AGEs försämrar avsevärt bindvävens egenskaper.
I kollagenhaltiga vävnader med åldern visar sig detta i en minskning av vattenhalten, en ökad stelhet och en förlust av elasticitet och en ökad skörhet. Trenden med vattenförlust i huden under åldrande kan också öka på grund av förstörelsen av proteoglykaner, vars polysackaridkomponenter har exceptionella vattenabsorberande egenskaper. Resultatet av alla dessa fysiska och kemiska förändringar är en kränkning av bindvävens funktion. Så, till exempel, med en ökning av blodsockernivåerna, ett karakteristiskt symptom på diabetes, finns det ett accelererat flöde av glykation med alla efterföljande konsekvenser.
Förlusten av "ungdomens protein" påverkas inte bara av ålder utan också av faktorer som:
- för aktiva ansiktsuttryck;
- dåliga vanor (rökning, alkohol);
- neuropsykologiska störningar (depression, stress);
- obalanserad kost;
- långvarig exponering för direkt solljus på huden;
- negativt tillstånd i miljön;
Dessa skäl bromsar inte bara produktionen av naturligt kollagen, utan påverkar inte heller dess kvalitet på bästa sätt.
Typer och källor till kollagen
Kosmetika med ett "ungdomsprotein" i kompositionen hjälper till att förhindra hudens åldrande. I kosmetika används tre typer av kollagen: animaliskt, marint och vegetabiliskt.
djurkollagen- den billigaste typen av kollagen, varför den vanligaste. Det är han som används i billiga kosmetika (mindre ofta i dyrare). Denna typ av protein erhålls från det översta lagret av nötkreaturshudar. Den har egenskaper: denna art skiljer sig i sammansättning från den mänskliga, som ett resultat av vilken den inte tränger in i cellerna i dermis eller helt enkelt kan orsaka allergier. Med korrekt bearbetning, även i sådant kollagen, kan användbara ämnen som polysackarider, hyaluronsyra och andra finnas kvar, men deras mängd är minimal.
marint kollagenäven kallad "fiskig" av uppenbara skäl (härstammar från huden på marina fiskar). Det är mycket likt i strukturen till det protein som produceras i människokroppen, därför kan det inte orsaka beroende, det tränger perfekt in i cellerna och, viktigast av allt, bidrar det till produktionen av kollagen i kroppen. Men även här finns det nyanser: produktion är endast möjlig vid låga temperaturer, vilket komplicerar uppgiften. Denna typ är mindre allergisk än den tidigare, men individuell intolerans är möjlig.
Vegetabiliskt kollagen- detta är inte precis kollagen, det är framställt av veteproteiner, trots detta innehåller det kollagenhaltiga ämnen som verkar på huden och förbättrar dess fasthet och elasticitet. Proteinet, som erhålls från vete eller andra växter, är rikt på vitaminer, mineraler och andra element, hypoallergena, men tyvärr är produktionen av denna typ extremt dyr. Det är därför priserna på produkter med vegetabiliskt kollagen verkar otroligt höga.
Kosmetologer rekommenderar att man köper kosmetika med vegetabiliskt och marint protein, eftersom det första fungerar på ytskiktet och det andra fungerar i de djupa skikten av epidermis. Ha inte bråttom att använda sådana medel. Masker med kollagen bör användas från 25-30 års ålder, och krämer och mer koncentrerade preparat (serum) - inte tidigare än 35 år.
Kollagen är en del av kosmetiska produkter för:
- Bildandet av ett andningsbart, fukthållande lager på hudens yta, som har mjukgörande (utjämnande) egenskaper, med egenskaperna hos en våt kompress;
- Förlängning av verkan av extrakt, oljor, etc. i sammansättningen av kosmetiska kompositioner;
- Ger glans till håret, skapar ett kollagen (skyddande) lager på ytan av håret.
Inom kosmetologi används olika typer av kollagen, men, som redan nämnts, används ett djur oftast:
- Applicering utomhus. Ingår i anti-aging geler, krämer, masker. Man bör komma ihåg att stora molekyler inte kan penetrera stratum corneum, så det kan tillfälligt fylla mikrosprickor. Effekten uppstår främst av att kollagen är hygroskopiskt, men med tanke på att denna effekt bara är ytlig kan den inte kallas extremt effektiv. Nackdelen är att kollagen skapar en hinna och hindrar vätska från att lämna porerna, denna effekt kan jämföras med att ”fukta” händer med latexhandskar. Om kompositionen innehåller andra användbara ämnen, till exempel spårämnen, vitaminer, kommer en positiv effekt att observeras.
- I form av fillers, som också kallas fillers, används de för injektioner, konturplaster, mesoterapi (tillsammans med hyaluronsyra), produceras på basis av humant (eller bovint) kollagen i form av geler. Stimulerar produktionen av ditt eget kollagen. Fuktgivande och effekten av dem visas bokstavligen omedelbart och observeras inom 6-12 månader (i sällsynta fall, lite mer än denna period)
- I biotillsatser i olika typer och former av frisättning (kapslar, pulver, etc.).
Det rekommenderas också att konsumera produkter som innehåller kollagen, till exempel: kött, djurtunga, lever, produkter som innehåller gelatin. Samt fullkorn, gröna äpplen som innehåller järn, äggvita (rik på svavel), röda grönsaker. Svarta vinbär, kiwi, citrusfrukter innehåller C-vitamin, som hjälper till att producera kollagen.
Slutsats: En hälsosam livsstil, en balanserad kost, korrekt utvalda kosmetika och nödvändiga salongsprocedurer hjälper till att förlänga och bevara hudens ungdomlighet, förbättra dess utseende, göra den smidig och elastisk.
Lista över använd litteratur:
1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B0%D0%B3%D0%B5%D0%BD
2. "Kollagen är bindvävens huvudsakliga protein", författare N. Ignatieva, kandidat för kemiska vetenskaper, tidskriften "Aesthetic Medicine", volym IV nr 3, 2005.
http://skindows.ru/kosmetologiya/morshhiny/kollagen.html
Bindväv
Den extracellulära matrisen tillsammans med celler av olika typer:
Kondroblaster
Osteoblaster
Fibroblaster
Mast celler
Makrofager
Typer av bindväv:
1. Lös oformad
2. Tätt designad
3. Oformad med specifika egenskaper
Fet
Retikulär
Slem
Pigmentär
4. Skelett
brosk-
Ben
Bindvävsfunktioner
1. Mekanisk
2. Skyddande
3. Trofisk
4. Regenerativ
Den intercellulära matrisen är ett komplext komplex av sammankopplade makromolekyler.
Sammansättningen av den intercellulära matrisen
1. Strukturella proteiner (kollagen, elastin)
2. Glykosaminoglykan
3. Proteoglykaner
4. Icke-kollagen strukturella proteiner
Fibronektin
Lamylin
Tekascin
Prosteonektin
Det intercellulära ämnets funktioner
1. Bildar en ram av organ och vävnader
2. Det är ett universellt biologiskt lim
3. Deltar i regleringen av vatten-saltmetabolismen
4. Bildar mycket specialiserade strukturer (ben, tänder, brosk, senor, basalmembran)
KOLLAGEN
Funktioner av struktur och funktion
Kollagen står för 25-33% av det totala aktiva proteinet.
Kollagen kombinerar en grupp av närbesläktade proteiner.
Det finns 20 typer av kollagen, som kännetecknas av:
1. Enligt peptidkedjans primära struktur
2. Efter funktion
3. Genom lokalisering i kroppen
Primär struktur av kollagen:
1. Kollagen innehåller 600 till 3000 aminosyror
2. Polypeptidkedjan består av upprepade tripletter [GLI-X-Y]
X och Y - alla aminosyror, men oftast
Y-hydroxiprolin
3. Kollagen innehåller huvudsakligen icke-essentiella aminosyror, därför är det inte ett komplett protein
4. Det finns inget tryptofan och cystein i kedjan, det finns lite metionin, terosin, histidin
5. Kedjan innehåller hydroxi-lysin
Stadier av syntes av kollagenfibriller
1. Cellulär. Förekommer i bindvävsfibroblaster.
1. Proteinsyntes på ribosomerna i det endoplasmatiska retikulum.
Som ett resultat, a
Pre-pro-Som ett resultat,
Pre-pro-a-chain
Denna kedja har en hydrofob signalpeptid på 100 aminosyror vid N-terminalen.
Peptidfunktioner:
1. Orientering av syntesen av peptidkedjor in i håligheten i det endoplasmatiska retikulumet.
1) Signalpeptidklyvning och pro-a-kedjabildning
2) Hydroxylering av prolin och lysin, med bildning av hydroxiprolin och hydroxilysin.
Katalyserar hydroxyleringsreaktionen:
Prolylhydroxylas
Lysin hydroxelas
Enzymet innehåller en järnjon och kräver C-vitamin för att fungera.
3) Glykosylering av hydroxylysinrester. Detta är en reaktion av tillsats av monosackaridrester av galaktos, glukos, malos till hydroxylysin.
Processen katalyseras av ett enzym:
glykosyltransferas
4) bildandet av den tredje helixen av tropokollagen
Tropokollagenmolekylen består av 3 pro-a-kedjor vridna runt varandra. Orienteringen av kedjorna i förhållande till varandra tillhandahålls av de N- och C-terminala fragmenten av pro-a-kedjorna, som har en lobulär C-struktur som innehåller cysteinrester.
Strukturen består av 3 pro-a-kedjor (tropokollagen) som ingår i de strukturella granulerna och kommer in i det extracellulära utrymmet.
2. Extracellulärt utrymme
1) Partiell proteolys av N- och C-terminala icke-spolade enzymer inträffar. Som ett resultat bildas en mogen tropokollagenmolekyl, som består av 3 polypeptidkedjor som är spirallindade ovanpå varandra.
2) Modifiering av lysin i tropokollagenmodellen
Lysin och hydroxylysin i tropokollagenmolekylen genomgår deaminering under inverkan av lysinoxidas och allisin bildas.
3) Bildning av kollagenmikrofibriller
Den spontana processen för fibrillstrukturen stabiliseras genom bildandet av intermolekylära kovalenta stygn mellan grupperna lysin, allisin, hydroxylysin, hydroxyallysin.
Styrkan hos kollagenfibrer bestäms av:
a. Vätebindningar mellan peptidbindningar
b. Strukturen för den 3:e helixen
c. Många kovalenta bindningar mellan trofokollagenmolekyler
d. En förskjutning av kollagenmolekyler med ¼ i förhållande till varandra i kollagenmikrofibriller.
4) Bildning av makrofibriller
Processen att kombinera mikrofibriller.
Reglering av kollagenmetabolism:
1. N-propeptider efter klyvning hämmar syntesen av kollagen enligt principen om negativ feedback.
2. Askarbinsyra stimulerar syntesen av kollagen, proteoglykaner, samt proliferationen av fibroblaster.
3. Könshormoner stimulerar...
4. Glukokortikoider hämmar kollagensyntesen genom att hämma mRNA-syntesen och genom att hämma utsläppta enzymer och hydroxynasbindningar.
Kollagenkatabolism:
Uppstår under verkan av enzym-kollagenas, som syntetiseras av fibroblaster och makrofager.
Kollagenas skär den tredje helixen av kollagen i 2 fragment av ¼ och ¾ längder, mellan aminosyrorna glycin och lysin
Fragment av kollagen är lösliga i vatten, vid kroppstemperatur denatureras de och spjälkas ytterligare under inverkan av proteolytiska enzymer.
En markör för kollagenkatabolism är manifestationen av fritt hydroxiprolin i blodet och urinen. Del av …………………………. syra……………………………………………………………………………………………………… …… …………………hydroxi …………………………………., och en del utsöndras i urinen
Aktiv till 20 års ålder
Nedsatt kollagensyntes:
1. Brist på vitamin C
2. Brist på kopparjoner
3. Genetiska defekter i enzymer
4. Autoimmuna tillstånd
Från sidan av dento-käksystemet:
1. Blödande tandkött
2. Rörlighet och tandlossning
Brist på vitamin C, processen för hydroxylering av shed och lysin störs som ett resultat av syntetisering………………………………………………….kärl blir sköra, spröda, skörbjugg utvecklas.
Brott mot kollagensyntesen i pulpan och dentinet leder till utvecklingen av flera karies.
Vid diabetes mellitus avbryts processen för intracellulär glykosylering (………………………………………………..) av pro-a-kedjor, kolhydrater fästs inte på enzymatiska sätt, vilket stör strukturen hos fibriller och icke-kollagenproteiner.
En svår form av parodontit utvecklas, som är svår att behandla.
99. Kollagen: egenskaper hos aminosyrasammansättning, primär och rumslig struktur. Funktioner för biosyntes och mognad av kollagen. Askorbinsyrans roll i kollagenmognad.
Kollagener är en familj av besläktade fibrillära proteiner som utsöndras av bindvävsceller. Kollagener är de vanligaste proteinerna inte bara i den intercellulära matrisen, utan även i kroppen som helhet, de utgör cirka 1/4 av alla proteiner i människokroppen. I den extracellulära matrisen bildar kollagenmolekyler polymerer som kallas kollagenfibriller (beskrivs mer i detalj i avsnitt 15). Kollagenfibriller är extremt starka och praktiskt taget outtöjbara. De tål belastningar upp till 10 000 gånger sin egen vikt. Styrkan hos kollagenfibriller överstiger styrkan hos ståltråd i samma sektion. Det är därför ett stort antal kollagenfibrer, bestående av kollagenfibriller, är en del av huden, senor, brosk och ben.
De ovanliga mekaniska egenskaperna hos kollagener är relaterade till deras primära och rumsliga strukturer. Kollagenmolekyler är uppbyggda av tre polypeptidkedjor som kallas α-kedjor. Mer än 20 a-kedjor har identifierats, varav de flesta har 1000 aminosyrarester i sin sammansättning, men kedjorna skiljer sig något åt i aminosyrasekvens. Kollagen kan innehålla tre identiska eller olika kedjor.
Den primära strukturen hos α-kedjorna av kollagen är ovanlig, eftersom kapi flätas samman runt varandra för att bilda en tresträngad högerhänt supercoiled molekyl, ofta kallad tropocollagen. Kedjorna hålls nära varandra på grund av vätebindningar som uppstår mellan amino- och karboxylgrupperna i peptidryggraden i olika polypeptidkedjor som utgör den tresträngade molekylen. "Hårda" aminosyror - prolin och hydroxiprolin - begränsar rotationen av polypeptidstaven och ökar därmed stabiliteten hos trippelhelixen. Glycin, som har en väteatom istället för en radikal, är alltid belägen i skärningspunkten mellan kedjorna; frånvaron av en radikal gör att kedjorna passar tätt ihop.
Som ett resultat av sådan vridning av polypeptidkedjornas peptidryggrad och närvaron av en långsträckt struktur uppträder två andra radikaler från aminosyratriaden Gly-X-Y på den yttre ytan av tropokollagenmolekylen. Vissa komplementära regioner av tropokollagenmolekyler kan kombineras med varandra och bilda kollagenfibriller, och dessa regioner är belägna på ett sådant sätt att en sträng av tropokollagen förskjuts i förhållande till den andra med cirka 1/4. Jon-, väte- och hydrofoba bindningar uppstår mellan aminosyraradikaler.
En viktig roll i bildandet av kollagenfibriller spelas av modifierade aminosyror: hydroxyprolin och hydroxylysin. Hydroxiprolin-hydroxylgrupperna i närliggande tropokollagenkedjor bildar vätebindningar som stärker strukturen hos kollagenfibriller. Lysin- och hydroxylysinradikaler är nödvändiga för bildandet av starka tvärbindningar mellan tropokollagenmolekyler, vilket ytterligare stärker strukturen hos kollagenfibriller. Dessutom kan kolhydratrester (kollagenglykosylering) bindas till hydroxylgruppen av hydroxylysin, vars funktion är fortfarande oklar.
Aminosyrasekvensen av kollagenpolypeptidkedjor gör det således möjligt att bilda en struktur som är unik i sina mekaniska egenskaper och har stor styrka. Förändringar i den primära strukturen av kollagen kan leda till utvecklingen av ärftliga sjukdomar
Syntesen och mognaden av kollagen är en komplex process i flera steg som börjar i cellen och slutar i den extracellulära matrisen. Syntes och mognad av kollagen inkluderar ett antal post-translationella förändringar:
hydroxylering av prolin och lysin för att bilda hydroxyprolin (Hyp) och hydroxylysin (Hyl);
glykosylering av hydroxylysin;
partiell proteolys - klyvning av "signal"-peptiden, såväl som N- och C-terminala propeptider;
bildandet av en trippelspiral.
Syntes av kollagenpolypeptidkedjor
Kollagenpolypeptidkedjor syntetiseras på polyribosomer associerade med ER-membran i form av prekursorer, prepro-a-kedjor, som är längre än mogna kedjor. Dessa prekursorer har en hydrofob "signal"-peptid vid N-terminalen, innehållande cirka 100 aminosyror.
Huvudfunktionen hos signalpeptiden är orienteringen av syntesen av peptidkedjor in i ER-håligheten. Efter att ha utfört denna funktion, klyvs signalpeptiden omedelbart av. Den syntetiserade prokollagenmolekylen innehåller ytterligare sektioner - N- och C-terminala propeptider, med cirka 100 respektive 250 aminosyror. Propeptider innehåller cysteinrester som bildar intra- och interkedja (endast i C-peptider) S-S-bindningar. Terminala propeptider bildar inte en trippelhelix, utan bildar globulära domäner. Frånvaron av N- och C-terminala peptider i strukturen av prokollagen stör den korrekta bildningen av trippelhelixen.
Post-translationella modifieringar av kollagen
Hydroxylering av prolin och lysin. C-vitamins roll
Hydroxylering av prolin och lysin börjar under translationen av kollagen-mRNA på ribosomer och fortsätter på den växande polypeptidkedjan fram till dess separation från ribosomer. Efter bildandet av trippelhelixen upphör ytterligare hydroxylering av prolyl- och lysylrester.
Hydroxyleringsreaktioner katalyseras av oxygenaser associerade med mikrosomala membran. Prolyl- och lysylresterna vid Y-positionen av (Gly-x-y)n-peptiden utsätts för verkan av prolyl-4-hydroxylas respektive lysyl-5-hydroxylas. Prolyl-3-hydroxylas verkar på vissa prolinrester i X-positionerna. Nödvändiga komponenter i denna reaktion är osketoglutarat, O 2 och vitamin C (askorbinsyra). Donatorn av syreatomen som fäster till C-4 av prolin är O 2-molekylen, den andra O 2-atomen ingår i succinatet, som bildas under dekarboxyleringen av α-ketoglutarat, och CO 2 bildas från karboxylen. grupp av a-ketoglutarat.
Prolin- och lysinhydroxylaser innehåller en järnatom Fe 2+ i det aktiva centret. Ett reduktionsmedel behövs för att hålla järnatomen i ferroformen. Rollen för detta medel utförs av hydroxylas-koenzym - askorbinsyra, som lätt oxideras till dehydroaskorbinsyra. Den omvända omvandlingen sker i den enzymatiska processen på grund av den reducerade glutation
Hydroxylering av prolin är nödvändig för att stabilisera kollagentrippelhelixen, OH-grupper av hydroxiprolin (Hyp) är involverade i bildandet av vätebindningar. Och hydroxylering av lysin är mycket viktig för den efterföljande bildandet av kovalenta bindningar mellan kollagenmolekyler under sammansättningen av kollagenfibriller. Med skörbjugg, en sjukdom som orsakas av brist på vitamin C, störs hydroxyleringen av prolin- och lysinrester. Som ett resultat bildas mindre starka och stabila kollagenfibrer, vilket leder till stor skörhet och skörhet av blodkärlen med utveckling av skörbjugg. Den kliniska bilden av skörbjugg kännetecknas av förekomsten av flera petekiala blödningar under huden och slemhinnorna, blödande tandkött, tandlossning och anemi.
Glykosylering av hydroxylysin
Efter avslutad hydroxylering, med deltagande av specifika glykosyltransferaser, introduceras kolhydratgrupper i kompositionen av prokollagenmolekylen. Oftast är dessa kolhydrater galaktos eller disackariden galaktosylglukos.
De bildar en kovalent O-glykosidbindning med 5-OH-gruppen av hydroxylysin. Glykosylering av hydroxylysin sker i kollagen som ännu inte har genomgått spiralisering och fullbordas efter bildandet av trippelhelixen. Antalet kolhydratenheter i en kollagenmolekyl beror på typen av vävnad. Till exempel, i senkollagen (typ I) är detta nummer 6, och i linskapselkollagen (typ IV) är det HO. Rollen för dessa kolhydratgrupper är oklar; det är bara känt att i en ärftlig sjukdom orsakad av brist på lysylhydroxylas (Ehlers-Danlo-Rusakovs syndrom, typ VI), minskas innehållet av hydroxylysin och kolhydrater i det resulterande kollagenet; kanske är detta orsaken till försämringen av de mekaniska egenskaperna hos huden och ligamenten hos personer med denna sjukdom.
Prokollagenbildning och utsöndring i intercellulärt utrymme
Efter hydroxylering och glykosylering är varje pro-a-kedja vätebunden till två andra pro-a-kedjor för att bilda prokollagentrippelhelixen. Dessa processer sker även i lumen av ER och börjar efter bildandet av interkedjedisulfidbryggor i regionen av de C-terminala propeptiderna. Från ER flyttar prokollagenmolekyler till Golgi-apparaten, ingår i de sekretoriska vesiklerna och utsöndras i det intercellulära utrymmet.
100. Strukturell organisation av den intercellulära matrisen. Adhesiva proteiner i den intercellulära matrisen: fibronektin och laminin, deras struktur och funktioner. Strukturen och funktionerna hos glykosaminoglykaner (hyaluronsyra, kondroitinsulfater, heparin). Strukturen av proteoglykaner.
Glykosaminoglykaner- linjära negativt laddade heteropolysackarider. Tidigare kallades de för mukopolysackarider, eftersom de fanns i slemsekret (slemhinna) och gav dessa sekret trögflytande, smörjande egenskaper. Dessa egenskaper beror på det faktum att glykosaminoglykaner kan binda stora mängder vatten, vilket gör att den intercellulära substansen får en geléliknande karaktär.
Proteoglykaner- högmolekylära föreningar bestående av protein (5-10%) och glykosaminoglykaner (90-95%). De utgör huvudsubstansen i bindvävens intercellulära matris och kan stå för upp till 30 % av vävnadens torra massa.
Proteiner i proteoglykaner representeras av en polypeptidkedja med olika molekylvikter. Polysackaridkomponenterna i olika proteoglykaner är olika. Proteoglykaner skiljer sig från en stor grupp av proteiner som kallas glykoproteiner. Dessa proteiner innehåller också oligosackaridkedjor av olika längder kovalent bundna till polypeptidens ryggrad. Kolhydratkomponenten i glykoproteiner är mycket mindre i massa än proteoglykanernas och är inte mer än 40 % av den totala massan. Glykoproteiner utför olika funktioner i människokroppen och finns i alla klasser av proteiner - enzymer, hormoner, transport, strukturella proteiner etc. Representanter för glykoproteiner - kollagen och elastin, immunglobuliner, angiotensinogen, transferrin, ceruloplasmin, intern faktor Slott, sköldkörtelstimulerande hormon.
Glykosaminoglykaner och proteoglykaner, som är väsentliga komponenter i den intercellulära matrisen, spelar en viktig roll i intercellulära interaktioner, bildandet och upprätthållandet av formen på celler och organ, och bildandet av en ställning under vävnadsbildning.
På grund av särdragen hos deras struktur och fysikalisk-kemiska egenskaper kan proteoglykaner och glykosaminoglykaner utföra följande funktioner i människokroppen:
de är strukturella komponenter i den extracellulära matrisen;
proteoglykaner och glykosaminoglykaner interagerar specifikt med kollagen, elastin, fibronektin, laminin och andra proteiner i den extracellulära matrisen;
alla proteoglykaner och glykosaminoglykaner, som är polyanjoner, kan, förutom vatten, fästa stora mängder katjoner (Na+, K+, Ca2+) och därmed delta i bildandet av turgor i olika vävnader;
proteoglykaner och glykosaminoglykaner spelar rollen som en molekylsikt i den extracellulära matrisen, de förhindrar spridningen av patogena mikroorganismer;
hyaluronsyra och proteoglykaner utför en fjäderfunktion i ledbrosk;
heparansulfat-innehållande proteoglykaner bidrar till skapandet av en filtreringsbarriär i njurarna;
keratansulfater och dermatansulfater ger transparens av hornhinnan;
heparin - antikoagulant;
heparansulfater är komponenter i cellers plasmamembran, där de kan fungera som receptorer och delta i cellvidhäftning och intercellulära interaktioner. De fungerar också som komponenter i synaptiska och andra vesiklar.
Struktur och klasser av glykosaminoglykater
Glykosaminoglykaner är långa ogrenade kedjor av heteropoliskarider. De är byggda av upprepade disackaridenheter. En monomer av denna disackarid är hexuronsyra (D-glukuronsyra eller L-iduronsyra), den andra monomeren är ett aminosockerderivat (glukos eller galaktosamin). NH 2 -rpynpa aminosocker acetyleras vanligtvis, vilket leder till att deras inneboende positiva laddning försvinner. Förutom hyaluronsyra innehåller alla glykosaminoglykaner sulfatgrupper i form av O-estrar eller N-sulfat.
Hyaluronsyra finns i många organ och vävnader. I brosk är det associerat med protein och deltar i bildandet av proteoglykanaggregat; i vissa organ (ögats glaskropp, navelsträng, ledvätska) finns det också i fri form. Det antas att hyaluronsyra i ledvätskan fungerar som ett smörjmedel, vilket minskar friktionen mellan ledytorna. Hyaluronsyra innehåller flera tusen disackaridenheter, molekylär massa den når 10 5 - 10 7 D.
Kondroitinsulfater- de vanligaste glykosaminoglykanerna i människokroppen; de finns i brosk, hud, senor, ligament, artärer och hornhinnan i ögat. Kondroitinsulfater är en viktig komponent i agrecan, den huvudsakliga proteoglykanen i broskmatrisen. I människokroppen finns det 2 typer av kondroitinsulfater: kondroitin-4-sulfat och kondroitin-6-sulfat. De är uppbyggda på samma sätt, skillnaden gäller endast sulfatgruppens position i N-acetylgalaktosaminmolekylen En polysackaridkedja av kondroitinsulfat innehåller cirka 40 repeterande disackaridenheter och har en molekylvikt på 10 4 - 10 6 D.
Keratansulfater- de mest heterogena glykosaminoglykanerna; skiljer sig från varandra i det totala innehållet av kolhydrater och fördelning i olika vävnader. Keratansulfat I ligger i ögats hornhinna och innehåller, förutom den upprepade disackaridenheten, L-fukos, D-mannos och sialinsyra. Keratansulfat II har hittats i brosk, ben och intervertebrala diskar. Förutom sockerarterna i disackaridenheten innehåller den N-acetylgalaktosamin, L-fukos, D-mannos och sialinsyra. Keratansulfat II är en del av agrecan och några små proteoglykaner i broskmatrisen. Till skillnad från andra glykosaminoglykaner innehåller keratansulfater en galaktosrest istället för hexuronsyra.
Molekylvikten för en kedja av keratansulfat varierar från 4 × 10 3 till 20 × 10 3 D.
Dermatansulfat Det är brett fördelat i djurvävnader och är särskilt karakteristiskt för huden, blodkärlen och hjärtklaffarna. Som en del av små proteoglykaner (biglykan och dekorin) finns dermatansulfat i den intercellulära substansen i brosk, mellankotskivor och menisker. Den återkommande disackaridenheten av dermatansulfat har följande struktur. Molekylvikten för en kedja av dermatansulfat varierar från 15 × 10 3 till 40 × 10 3 D.
Heparin- en viktig komponent i det antikoagulerande blodsystemet (det används som antikoagulant vid behandling av trombos). Det syntetiseras av mastceller och finns i granulat i dessa celler. De största mängderna heparin finns i lungor, lever och hud. Disackaridenheten för heparin liknar disackaridenheten för heparansulfat. Skillnaden mellan dessa glykosaminoglykaner är att heparin har fler N-sulfatgrupper och heparansulfat har fler N-acetylgrupper. Molekylvikten för heparin varierar från 6 × 10 3 till 25 × 10 3 D.
Heparansulfat finns i många organ och vävnader. Det är en del av basalmembranets proteoglykaner. Heparansulfat är en konstant komponent av cellytan. Strukturen för disackaridenheten av heparansulfat är densamma som för heparin. Molekylvikten för heparansulfatkedjan sträcker sig från 5 × 10 3 till 12 × 10 3 D.
Struktur och typer av proteoglykaner
Den extracellulära matrisen innehåller olika proteoglykaner. Bland dem finns det mycket stora - till exempel agrecan och versican. Utöver dem innehåller den extracellulära matrisen en hel uppsättning så kallade små proteoglykaner, som är brett spridda i olika typer av bindväv och där utför en mängd olika funktioner.
Den huvudsakliga proteoglykanen i broskmatrisen kallas agrekan, det är 10 viktprocent av den ursprungliga vävnaden och 25 % av broskmatrisens torrvikt. Detta är en mycket stor molekyl, i vilken upp till 100 kedjor av kondroitinsulfater och cirka 30 kedjor av keratansulfater är bundna till en polypeptidkedja. Till formen liknar agrecan-molekylen en flaskborste.
I broskvävnad samlas agrecanmolekyler till aggregat med haaluronsyra och ett litet bindande protein. Båda komponenterna är fästa till agrecan genom icke-kovalenta bindningar i regionen av G1-domänen. Domän G 1 interagerar med ungefär fem disackaridenheter av hyaluronsyra, sedan stabiliseras detta komplex av ett bindande protein; G 1-domänen och det bindande proteinet upptar tillsammans 25 disackaridenheter av hyaluronsyra. Det slutliga aggregatet med en molekylvikt på mer än 200 × 10 6 D består av en hyaluronsyramolekyl och 100 agrecanmolekyler (och samma mängd bindande protein). Att koordinera sammansättningen av dessa aggregat är en central funktion för kondrocyter. Agrecan och det bindande proteinet produceras av dessa celler i de mängder som krävs. Dessa komponenter kan interagera med varandra inuti cellen, men aggregeringsprocessen är fullständigt fullbordad i den extracellulära matrisen. Det har visats att hyaluronsyra bildas på ytan av kondrocyter av ett specifikt syntetas och "trycks ut" i det intercellulära utrymmet för att binda med agrecan och det bindande proteinet. Mognaden av ett funktionellt aktivt ternärt komplex är cirka 24 timmar.
Små proteoglykaner
Små proteoglykaner är proteoglykaner med låg molekylvikt. De finns i brosk, senor, ligament, menisker, hud och andra typer av bindväv.
Dessa proteoglykaner har ett litet kärnprotein till vilket en eller två glykosaminoglykankedjor är fästa. De mest studerade är decorin, biglykan, fibromodulin, lumican, perlecan.
Kärnproteinerna i biglykan och decorin är lika i storlek och struktur (molekylvikt 36 000 respektive 38 000 D). De har flera leucinrika tandemupprepningar som bildar α-helixar eller β-strukturer. Vid N- och C-ändarna av dessa proteiner finns domäner som innehåller S-S-bindningar. Kärnproteiner skiljer sig markant i sin primära struktur i de N-terminala regionerna, vilket bestämmer skillnaderna i bindningen av glykosaminoglykaner. Biglykan innehåller en serie vid positionerna 5 och 11, vilket säkerställer bindningen av två polysackaridkedjor. Decorin innehåller en serie vid positionen 4, så att den förenar en polysackaridkedja. I dessa proteoglykaner representeras polysackaridkedjorna av dermatansulfat med en molekylvikt på ~ 30 000 D (fig. 15-17).
Fibromodulin-kärnproteinet (molekylvikt ~ 40 000 D) har också leucinrika tandemupprepningsregioner, men dess N-terminala region skiljer sig genom att det inte innehåller serin, utan har flera sulfaterade tyrosinrester, så en eller två keratansulfatkedjor är kopplat till co "Fibromodulin rover-proteinet är inte i N-terminalen, utan i regionen rik på leucin, genom NH2-gruppen av asparagin.
Små proteoglykaner är multifunktionella makromolekyler. De kan binda till andra komponenter i bindväven och påverka deras struktur och funktion. Till exempel fäster dekorin och fibromodulin till typ II kollagenfibriller och begränsar deras diameter (dvs förhindrar bildandet av tjocka fibriller). Decorin och biglykan, när de binds till fibronektin, hämmar cellvidhäftning, och när de är fästa till tumörtillväxtfaktor (3) minskar de dess mitogena aktivitet. Dessutom finns det en stor mängd bevis för att små proteoglykaner spelar en viktig reglerande roll i utveckling och restaurering av bindväv .
basalmembran proteoglykaner
Basalmembranproteoglykaner är mycket heterogena. Dessa är övervägande heparansulfat-innehållande proteoglykaner (SHPG), representerade av två varianter: hög och låg densitet
Strukturell organisation av den intercellulära matrisen. Adhesiva proteiner i den intercellulära matrisen: fibronektin och laminin, deras struktur och funktioner.
Proteiner i den extracellulära matrisen utför olika funktioner, men de kan delas in i två stora grupper enligt en mycket viktig egenskap: 1) proteiner med adhesiva egenskaper; 2) proteiner som hämmar cellvidhäftning.
A. Adhesiva proteiner
Den första gruppen av proteiner med uttalade adhesiva egenskaper inkluderar fibronektin, laminin, nidogen, fibrillära kollagener och typ IV kollagen; de kallas "mogna" bindvävsproteiner.
fibronektin
Fibronektin är ett av nyckelproteinerna i den intercellulära matrisen, ett icke-kollagen strukturellt glykoprotein som syntetiseras och utsöndras i det intercellulära utrymmet av många celler. Den är byggd av två identiska polypeptidkedjor förbundna med disulfidbryggor vid deras C-terminal.
Polypeptidkedjan av fibronektin innehåller 7-8 domäner, som var och en har specifika ställen för att binda olika substanser. Fibronektin kan binda kollagen, proteoglykaner, hyaluronsyra, plasmamembrankolhydrater, heparin, transglutaminasenzym. På grund av sin struktur kan fibronektin spela en integrerande roll i organiseringen av den intercellulära substansen, samt främja cellvidhäftning.
Det finns flera former av fibronektin som syntetiseras av olika celler. Lösligt, eller plasma, fibronektin syntetiseras av hepatocyter. Olösligt fibronektin eller vävnadsfibronektin syntetiseras huvudsakligen av fibroblaster eller endoteliocyter, gliocyter och epitelceller.
Båda formerna av fibronektin är involverade i en mängd olika processer: de främjar vidhäftning och spridning av epitel- och mesenkymala celler, stimulerar proliferation och migration av embryonala och tumörceller, kontrollerar differentieringen och underhållet av cellcytoskelettet och deltar aktivt i inflammatoriska och reparativa processer. Detta beror på det faktum att varje fibronektinsubenhet innehåller sekvensen Arg-Gly-Asp (RGD), med vilken den kan fästa till cellulära receptorer (integriner). Dessa receptorer interagerar indirekt med aktinmikrofilament, som finns i cytosolen. Denna process involverar de så kallade bindningsproteinerna (från engelskan. fästa - fästa proteiner): talin, vinkulin, a-aktinin.
Med hjälp av sådana protein-protein-interaktioner kan information överföras från den intercellulära matrisen in i cellen, och även i motsatt riktning - från cellen till utsidan, och därmed påverka de processer som sker i cellen.
Det är också känt att fibronektin är involverat i migrationen av celler som kan ansluta sig till dess RGD-regioner, och därför verkar fibronektin hjälpa dem att röra sig i den extracellulära matrisen.
I den extracellulära matrisen som omger de transformerade (eller tumör-) cellerna är mängden fibronektin markant reducerad, vilket kan vara en av orsakerna till uppkomsten av metastaser.
Laminin- det vanligaste icke-kollagen basalmembranglykoproteinet. Den består av tre polypeptidkedjor: A, B 1 och B 2. Lamininmolekylen är korsformad med tre enkelsträngade grenar och en tresträngad gren. Varje lamininkedja innehåller flera klotformade och stavformade domäner, som har specifika bindningsställen för olika ämnen. Laminin interagerar med alla strukturella komponenter i basalmembranen, inklusive typ IV kollagen, nidogen, fibronektin, SHBG. Dessutom har lamininmolekylen flera cellulära bindningsställen. Huvudfunktionerna hos laminin bestäms av dess förmåga att binda celler och modulera cellulärt beteende. Det kan påverka cellers tillväxt, morfologi, differentiering och rörlighet.
Laminin fungerar som ett vidhäftande protein för olika epitel- och mesenkymala celler.
Nidogen- sulfaterat basalmembranglykoprotein, bildar ett tätt, icke-kovalent bundet komplex med laminin; bindningsstyrkan för nidogen till typ IV kollagen är mycket mindre än för laminin. Detta protein representeras av en enda polypeptidkedja innehållande tre globulära domäner. En av nidogendomänerna har ett lamininbindningsställe, medan den andra domänen har ett kollagenbindningsställe av typ IV. Således kan nidogen fungera som en av de förbindande bryggorna mellan olika komponenter i den extracellulära matrisen och delta i bildningen av ternära laminin-nidogen-kollagenkomplex. Dessutom innehåller nidogen en RGD-sekvens och kan därför fästa på cellytan.
Antividhäftningsproteiner
Den andra gruppen av proteiner med antiadhesiva egenskaper inkluderar glykoproteiner som t.ex osteonektin, tenascin och trombospondin. Dessa proteiner uppträder och spelar en betydande roll i embryogenes och morfogenes, utvecklingen av ett cellulärt svar på skada. Deras koncentration i matrisen ökar vid vissa tumörsjukdomar.
Osteonektin(synonymer: VM-40, SPARC, från engelska, utsöndrat protein surt och rikt på cystein) består av 4 domäner, varav 2 kan förenas med Ca 2+ joner. Osteonektin är ett surt protein rikt på cystein. Det har visats att det kan hämma G1-S"-fasen av endotelcelltillväxt.
Tenascin(muskelsenantigen) är ett oligomert glykoprotein som, liksom fibronektin, består av 2 subenheter sammankopplade med en disulfidbindning. Denna stora bläckfiskliknande molekyl kallas också "hexabrachion" eftersom den har 6 "armar" som sträcker sig radiellt från en plats. På grund av denna struktur kan tenascin interagera med stor kvantitet ligander, som inkluderar olika molekyler av den extracellulära matrisen.
Tenascin har både vidhäftande och anti-adhesiva egenskaper, syntetiseras i olika vävnader i embryot (mest intensivt i områden med epitel-mesinkymala kontakter och i den utvecklande nervvävnaden). I mogna vävnader finns små mängder tenascin i senor och brosk, och dess syntes ökar i läkande sår.
trombospondin, liksom andra proteiner i den extracellulära matrisen kan den interagera med många ligander: kollagen, fibronektin, laminin, proteoglykaner, Ca 2+ joner, etc. I cellerna i ögats hornhinna och blodplättar uppvisar trombospondin vidhäftande egenskaper och i endotelceller och fibroblaster fungerar det som ett anti-adhesivt protein.
Således bestäms funktionerna hos dessa proteiner av deras lokalisering och miljö.
101. Molekylstruktur av myofibriller. Struktur och funktion av huvudproteinerna i myofibriller myosin, aktin, tropomyosin, troponin.
Gruppen av myofibrillära proteiner inkluderar myosin, aktin och actomyosin - proteiner lösliga i saltmedier med hög jonstyrka, och de så kallade regulatoriska proteinerna: tropomyosin, troponin, α- och β-aktinin, som bildar ett enda komplex med aktomyosin i muskel. De listade myofibrillära proteinerna är nära besläktade med musklernas kontraktila funktion.
Molekylvikten för skelettmuskelmyosin är cirka 500 000. Myosinmolekylen (Fig. 20.3) har en kraftigt långsträckt form, 150 nm lång. Det kan klyvas utan att bryta kovalenta bindningar till subenheter: två tunga polypeptidkedjor med en mol. väger 205000-210000 och flera korta lätta kedjor, säger de. vars massa är cirka 20 000. Tunga kedjor bildar en lång tvinnad α-helix ("svans" på molekylen), i slutet av varje tung kedja, tillsammans med lätta kedjor, skapar en kula ("huvud" på molekylen) som kan kombineras med aktin. Dessa "huvuden" sticker ut från huvudstammen på molekylen. De lätta kedjorna som finns i "huvudet" på myosinmolekylen och som deltar i manifestationen av myosinets ATPas-aktivitet är heterogena i sammansättning.
Molekylens strukturmyosin
Aktin, som utgör 20 % av den torra massan av myofibriller, upptäcktes av F. Straub 1942. Två former av aktin är kända: globulärt aktin (G-aktin) och fibrillärt aktin (F-aktin). Molekyl av G-aktin med en pir. vägande 42 000 består av en polypeptidkedja (globul), i vilken 374 aminosyrarester deltar. Med en ökning av jonstyrkan till en fysiologisk nivå polymeriserar G-aktin till F-aktin (fibrillär form). På elektronmikrofotografier ser F-aktinfibrer ut som två strängar av pärlor vridna runt varandra (fig. 20.5). Actiomyosin bildas när myosin smälter samman med F-aktin. Actiomyosin, både naturligt och artificiellt, d.v.s. erhållen genom att kombinera in vitro högt renade preparat av myosin och F-aktin, har en ATPas-aktivitet som skiljer sig från den för myosin, ökar ATPas-aktiviteten av myosin signifikant i närvaro av stökiometriska mängder av F-aktin. Enzymet actomyosin aktiveras av Mg2+-joner och hämmas av etylendiamintetraacetat (EDTA) och hög koncentration av ATP, medan myosin-ATPas hämmas av Mg2+-joner, aktiveras av EDTA och inte hämmas av hög koncentration av ATP. De optimala pH-värdena för båda enzymerna är också olika. Som nämnts innehåller myofibriller förutom de övervägda grundläggande proteinerna även tropomyosin, troponin och några andra regulatoriska proteiner.
Strukturen av en tunn filament. 1 - aktin; 2 - tropomyosin; 3 - troponin C; 4 - troponin I; 5 - troponin T.
Tropomyosin upptäcktes av C. Bailey 1946. Tropomyosinmolekylen består av två α-helixar och har formen av en stav 40 nm lång; hans säga. vikt 65000. Tropomyosin står för cirka 4–7 % av alla myofibrillproteiner. Troponin är ett globulärt protein som upptäcktes av S. Ebasi 1963; hans säga. vikt 80 000. I skelettmusklerna hos vuxna djur och människor utgör troponin (Tn) endast cirka 2 % av alla myofibrillära proteiner. Den består av tre subenheter (Tn-I, Tn-C, Tn-T). Th-I (hämmande) kan hämma ATPas-aktivitet, TH-C (kalciumbindande) har en signifikant affinitet för kalciumjoner, Th-T (tropomyosinbindande) ger en koppling till tropomyosin.
Troponin kombineras med tropomyosin för att bilda ett komplex som kallas naturligt tropomyosin. Detta komplex fäster vid aktinfilament och gör ryggradsdjurs skelettmuskelaktomyosin känsligt för Ca2+-joner. Det har fastställts att troponin (dess underenheter Tn-T och Tn-I) kan fosforyleras med deltagande av cAMP-beroende proteinkinaser.
102. Biokemiska mekanismer för muskelkontraktion och avslappning. Kalciumjonernas och andra joners roll i regleringen av muskelkontraktion. Funktioner av energimetabolism i muskler; rollen av kreatinfosfat.
Fundera på vad idéerna om mekanismen för alternerande muskelkontraktion och avslappning går ut på. Det är för närvarande accepterat att den biokemiska cykeln av muskelkontraktion består av 5 stadier (Fig. 20.8): 1) myosin-"huvudet" kan hydrolysera ATP till ADP och H3PO4 (Pi), men säkerställer inte frisättningen av hydrolysprodukter. Därför är denna process mer stökiometrisk än katalytisk till sin natur (se fig. 20.8, a);
3) denna interaktion säkerställer frisättningen av ADP och H3PO4 från aktin-myosin-komplexet. Aktomyosinbindningen har den lägsta energin i en vinkel på 45°, därför ändras vinkeln för myosin med fibrillaxeln från 90° till 45° (ungefär) och aktin avancerar (med 10–15 nm) mot mitten av sarkomeren (se fig. 20.8, c);
4) en ny ATP-molekyl binder till myosin-F-aktinkomplexet (se fig. 20.8, d); Ris. 20.8. Biokemisk cykel av muskelkontraktion. Förklaring i texten.
5) myosin-ATP-komplexet har låg affinitet för aktin, och därför sker separationen av myosin (ATP) "huvudet" från F-aktin. Det sista steget är faktiskt avslappning, vilket helt klart beror på bindningen av ATP till aktin-myosinkomplexet (se fig. 20.8, e). Sedan återupptas cykeln.
Reglering av muskelkontraktion och avslappning . Sammandragningen av vilken muskel som helst sker enligt den allmänna mekanismen som beskrivits tidigare. Muskelfibrer från olika organ kan ha olika molekylära mekanismer för reglering av kontraktion och avslappning, men Ca2+-joner spelar alltid en viktig reglerande roll. Det har fastställts att myofibriller har förmågan att interagera med ATP och dra ihop sig i dess närvaro endast i närvaro av vissa koncentrationer av kalciumjoner i mediet. Den största kontraktila aktiviteten observeras vid en koncentration av Ca2+-joner på cirka 10–6–10–5 M. När koncentrationen minskar till 10–7 M eller lägre förlorar muskelfibrerna sin förmåga att förkorta och utvecklar spänningar i närvaro av ATP . Enligt moderna begrepp hålls koncentrationen av Ca2+-joner i en vilande muskel (i myofibriller och interfibrillärt utrymme) under tröskelvärdet till följd av deras bindning av strukturer (tubuli och vesiklar) i det sarkoplasmatiska retikulumet och det s.k. T-system med deltagande av ett speciellt Ca2+-bindande protein som fick namnet calsequestrin, som är en del av dessa strukturer. Bindningen av Ca2+-joner av ett omfattande nätverk av tubuli och cisterner i det sarkoplasmatiska retikulum är inte en enkel adsorption. Detta är en aktiv fysiologisk process, som utförs på grund av den energi som frigörs under uppdelningen av ATP av Ca2+-beroende ATPas i det sarkoplasmatiska retikulumet. I detta fall observeras en mycket märklig bild: hastigheten för utdrivning av Ca2+-joner från det interfibrillära utrymmet stimuleras av samma joner. I allmänhet kallades en sådan mekanism "kalciumpumpen" i analogi med den välkända natriumpumpen inom fysiologi. Möjligheten att levande muskel är i ett avslappnat tillstånd i närvaro av en tillräckligt hög koncentration av ATP i den förklaras av minskningen av koncentrationen av Ca2+-joner i miljön som omger myofibriller som ett resultat av kalciumpumpens verkan, nedan gränsen vid vilken manifestationen av ATPas-aktivitet och kontraktiliteten hos aktomyosinfiberstrukturer fortfarande är möjliga. Den snabba sammandragningen av muskelfibern när den stimuleras av en nerv (eller av en elektrisk ström) är resultatet av en plötslig förändring av membranens permeabilitet och, som ett resultat, frisättningen av en viss mängd Ca2+-joner från tankarna och tubuli i det sarkoplasmatiska retikulum och T-systemet in i sarkoplasman. Som nämnts beror aktomyosinsystemets "känslighet" för Ca2+-joner (dvs. förlusten av förmågan hos aktomyosin att klyva ATP och dra ihop sig i närvaro av ATP när koncentrationen av Ca2+-joner minskar till 10–7 M) p.g.a. närvaron i det kontraktila systemet (på filamenten av F-aktin) troponinprotein associerat med tropomyosin. I troponin-tropomyosin-komplexet binder Ca2+-joner specifikt till troponin. I detta fall inträffar konformationsförändringar i troponinmolekylen, vilket tydligen leder till en förskjutning av hela troponin-tropomyosinstaven och avblockering av aktinaktiva centra som kan interagera med myosin för att bilda ett kontraktilt komplex och ett aktivt Mg2+-ATPas . I utvecklingen av aktinfilament längs myosinfilamenten, enligt E. Huxley, spelas en viktig roll av tvärgående broar som tillfälligt sluter sig mellan filamenten, som är myosinmolekylernas "huvuden". Än sen då Mer broar fästa för tillfället till aktinfilamenten, desto större kraft av muskelkontraktion. Slutligen, om excitationen upphör, minskar innehållet av Ca2+-joner i sarkoplasman (kalciumpump), då stannar fastsättnings-frisättningscyklerna, d.v.s. Myosinfilamentens "huvuden" upphör att fästa vid aktinfilament. I närvaro av ATP slappnar muskeln av och dess längd når sin ursprungliga längd. Om tillförseln av ATP upphör (anoxi, inandningsförgiftning eller död), går muskeln in i ett tillstånd av rigor. Nästan alla tvärgående bryggor av tjocka (myosin) filament är fästa vid tunna aktinfilament, vilket resulterar i fullständig orörlighet i muskeln.
Energimetabolism i muskelvävnad
103. Kemisk sammansättning av nervvävnad. Myelinmembran: egenskaper hos sammansättning och struktur. Energimetabolism i nervvävnaden. Betydelsen av aerob nedbrytning av glukos. Val nervsystem. Fysiologiskt aktiva hjärnpeptider.
1. KEMISK SAMMANSÄTTNING AV NERVÄVNADEN.
Den kemiska sammansättningen av nervvävnaden är komplex och heterogen, liksom själva nervvävnaden i allmänhet. Skillnaderna i kemisk sammansättning är huvudsakligen kvantitativa. Grå substans innehåller 77-81% vatten, medan vit substans innehåller 70%. Innehållet av proteiner i nervvävnaden är mindre än i vissa andra vävnader (lever, muskler). Det finns fler av dem i den grå substansen och mindre i de perifera nerverna. Nervvävnaden innehåller mer komplexa proteiner: LIPOPROTEINER (myelinskidor), FOSFOPROTEINER, NUKLEOPROTEINER (DNP, RNP), GLYKOPROTEINER (neurokeratin), En.
Av störst intresse är neurospecifika proteiner:
1. S-100-protein (lösligt i 100 % (NH4)2SO4-lösning). Det ökar i hjärnvävnaden i experimentet under träning och känslomässig påverkan. Man tror att detta protein är ansvarigt för bildandet av missbruk (alkohol, droger). PROTEIN - en antikropp mot S-100-proteinet, sänker dess innehåll i hjärnvävnaden.
2. Protein 14-3-2 spelar en viktig roll i minnesbildningen.
3. NEUROPEPTIDER - spelar rollen som neurotransmittorer och hormoner. Peptider av minne, smärta, sömn. Icke-proteinkvävehaltiga föreningar är desamma som i andra vävnader, men skiljer sig i
kvantitativ sammansättning. Det finns många fria aminosyror i nervvävnaden, bl.a. dikarboxylsyra (GLU, GLN, ASP, ASN), GABA, aromatiska aminosyror, cyklisk AMP och CGMP. Liten mängd kolhydrater:
1. reservkolhydrater - glykogen (0,1%)
2. glukos (1 -4 µmol/l)
3. hexosfosfater
4. triosfosfater
6. mjölksyra.
LIPIDER i den grå substansen 25%, i den vita substansen 50%.
1. FOSFOLIPIDER (upp till 50%) - PLASMAGEN AV ACETALFOSFATID.
2. GLYKOLIPIDER - CEREBROSIDER, GANGLIOSIDER.
3. VFA - mestadels omättad, innehållande 4 - 5 dubbelbindningar.
4. Fritt kolesterol (25 %) Hjärnan kallas till och med för kolesteroldepån.
5. Neutrala fetter - i liten mängd i huvudet, men i stora mängder i de perifera nerverna.
Mineralämnen representeras av katjoner av kalium, natrium, kalcium, magnesium, järn, koppar, zink, anjoner av proteiner och fosfater fungerar som anjoner.
myelinskidan- ett elektriskt isolerande hölje som täcker axonerna hos många neuroner. Myelinskidan bildas av gliaceller: i det perifera nervsystemet - Schwann-celler, i det centrala nervsystemet - oligodendrocyter. Myelinskidan bildas av en platt utväxt av gliacellkroppen som upprepade gånger omsluter axonet som en isolerande tejp. Det finns praktiskt taget ingen cytoplasma i utväxten, som ett resultat av vilket myelinskidan faktiskt är många lager av cellmembranet.
Myelin avbryts endast i området för Ranviers noder, som möts med jämna mellanrum på cirka 1 mm. På grund av det faktum att jonströmmar inte kan passera genom myelin, utförs in- och utträde av joner endast i området för avlyssningar. Detta leder till en ökning av hastigheten på nervimpulsen. Således leds en impuls längs myeliniserade fibrer ungefär 5-10 gånger snabbare än längs omyeliniserade.
Av det föregående framgår att myelin och myelinskidanär synonymer. Vanligtvis termen myelin används inom biokemi, i allmänhet när man hänvisar till dess molekylära organisation, och myelinskidan- i morfologi och fysiologi.
Den kemiska sammansättningen och strukturen av myelin som produceras av olika typer av gliaceller är olika. Färgen på myeliniserade neuroner är vit, därav namnet "vit substans" i hjärnan.
Cirka 70-75% av myelin består av lipider, 25-30% av proteiner. Denna höga lipidhalt skiljer myelin från andra biologiska membran.
Skleros, en autoimmun sjukdom associerad med förstörelsen av myelinskidan av axoner i vissa nerver, leder till försämrad koordination och balans.
Energimetabolism i nervvävnaden. Betydelsen av aerob nedbrytning av glukos.
Hjärnan är väl försedd med blod och har en intensiv energiomsättning. Även om hjärnan utgör cirka 2 % av kroppsvikten, använder den när kroppen är i vila cirka 20 % av det absorberade syret och 60 % av glukos, som oxideras fullständigt till CO2 och H2O i citratcykeln och genom glykolys. I hjärnceller är nästan den enda energikällan som måste tillföras konstant glukos. Först med långvarig svält börjar cellerna använda en extra energikälla - ketonkroppar (se fig. 305). Glykogenlagren i hjärncellerna är försumbara. Fettsyror, som transporteras i blodplasman i form av ett komplex med albumin, når inte hjärncellerna på grund av blod-hjärnbarriären. Aminosyror kan inte fungera som en energikälla för syntesen av ATP (ATP), eftersom det inte finns någon glukoneogenes i neuroner. Hjärnans beroende av glukos gör att en plötslig sänkning av blodsockernivåerna, som vid en överdos av insulin hos diabetiker, kan bli livshotande. I cellerna i det centrala nervsystemet är den mest energikrävande processen, som förbrukar upp till 40% av den producerade ATP, funktionen av transporten Na + / K + -ATP-as (Na + / K + - "pumpen) ”) av cellmembran. aktiv transport Na+- och K+-joner kompenserar för det konstanta flödet av joner genom jonkanaler. Dessutom används ATP i många biosyntetiska reaktioner.
Acetylkolin(lat. Acetylkolin) är en signalsubstans som utför neuromuskulär överföring, liksom den huvudsakliga signalsubstansen i det parasympatiska nervsystemet. Kvartär ammoniumbas. I kroppen förstörs det mycket snabbt av ett specialiserat enzym - acetylkolinesteras.
Acetylkolin spelar också en viktig roll som CNS-mediator. Det är involverat i överföringen av impulser i olika delar av hjärnan, medan små koncentrationer underlättar och stora hämmar synaptisk överföring. Förändringar i metabolismen av acetylkolin kan leda till nedsatt hjärnfunktion. Dess brist avgör till stor del den kliniska bilden av en så farlig neurodegenerativ sjukdom som Alzheimers sjukdom. Vissa centralt verkande acetylkolinantagonister (se Amizil) är psykofarmaka (se även Atropin). En överdos av acetylkolinantagonister kan orsaka störningar i högre nervaktivitet (har hallucinogen effekt etc.).
Katekolaminer- Fysiologiskt aktiva substanser som fungerar som kemiska mediatorer och "kontrollerar" molekyler (mediatorer och neurohormoner) i intercellulära interaktioner hos djur och människor, inklusive i deras hjärnor; pyrokatekolderivat. Katekolaminer inkluderar i synnerhet sådana neurotransmittorer som adrenalin, noradrenalin, dopamin (dopamin). Adrenalin kallas ofta, särskilt i västerländsk litteratur, som "epinefrin" (dvs. "substans i binjurarna"). Följaktligen hänvisas ofta till noradrenalin som "noradrenalin".
Alla högre former av mänskligt beteende är förknippade med katekolaminerga cellers normala funktion - nervceller som syntetiserar katekolaminer och använder dem som mediator. Sådana komplexa processer som memorering och reproduktion av information, sexuellt beteende, aggressivitet och sökreaktion, humörnivå och aktivitet i livskamp, tankehastighet, emotionalitet, nivå av allmän energipotential etc. beror på aktiviteten av syntes och frisättning av katekolaminer . Ju mer aktiv syntesen och frisättningen av katekolaminer är i kvantitativa termer, desto högre är humöret, den allmänna aktivitetsnivån, sexualiteten, tankehastigheten och helt enkelt prestation. Mest hög nivå katekolaminer (per enhet kroppsvikt) hos barn. Barn skiljer sig från vuxna främst i sin mycket höga emotionalitet och rörlighet, förmågan att snabbt byta tänkande från ett objekt till ett annat. Barn har ett exceptionellt bra minne, alltid gott humör, hög inlärningsförmåga och kolossal arbetsförmåga. Med åldern saktar syntesen av katekolaminer både i det centrala nervsystemet och i periferin ner. Det finns olika anledningar till detta: åldrandet av cellmembran, utmattning av genetiska reserver och en allmän minskning av proteinsyntesen i kroppen. Som ett resultat av en minskning av hastigheten på tankeprocesser minskar emotionaliteten och humöret minskar. Med åldern förvärras alla dessa fenomen: emotionalitet, humörminskning, fall av depression är inte ovanliga. Anledningen till detta är en - i den åldersrelaterade minskningen av syntesen av katekolaminer i kroppen.
Det höga innehållet av dopamin i nervsystemet förstärker alla sexuella reflexer och ökar cellernas känslighet för könshormoner, vilket bidrar till hög anabolism. Ungdomar har de högsta nivåerna av dopamin i CNS. Deras humör bär en touch av eufori, och deras beteende präglas av uttalad hypersexualitet. All träning, även felaktig ur metodisk synvinkel, i tonåren ger en bra anabol effekt. Den åldersrelaterade minskningen av dopaminnivåerna orsakar åldersrelaterad depression (minskning av humöret), en minskning av sexuell aktivitet (hos män) och en avmattning i frekvensen av anabola reaktioner.
Katekolaminer ökar neuromuskulär ledning, ökar reaktionshastigheten och tänkandets hastighet. Även en ytlig bekantskap med metabolismen av katekolaminer i kroppen hjälper oss att dra slutsatsen att katekolaminer är en nyckellänk i både mental och fysisk prestation, både i hastighet och i tankekvalitet. Kreativitet, förmågan till abstrakt och konstnärligt tänkande, för analys och syntes är direkt beroende av katekolaminmetabolism.
Serotonin, 5-hydroxitryptamin, 5-HT- en av de viktigaste signalsubstanserna. Enligt sin kemiska struktur tillhör serotonin biogena aminer, en klass av tryptaminer.
Serotonin underlättar motorisk aktivitet på grund av ökad utsöndring av substans P vid ändarna av sensoriska neuroner genom att verka på jonotropa och metabotropa receptorer.
Serotonin, tillsammans med dopamin, spelar en viktig roll i mekanismerna för hypotalamisk reglering av hypofysens hormonella funktion. Stimulering av de serotonerga vägarna som länkar hypotalamus till hypofysen orsakar en ökning av utsöndringen av prolaktin och flera andra hypofysfrämre hormoner, en effekt som är motsatt effekterna av stimulering av de dopaminerga vägarna.
Serotonin är också involverat i regleringen av vaskulär tonus.
y-aminosmörsyrasyra GABA, är en aminosyra, den viktigaste hämmande signalsubstansen i det centrala nervsystemet hos människor och däggdjur.
γ-aminosmörsyra utför funktionen av en hämmande mediator av det centrala nervsystemet i kroppen. GABA-receptorligander anses vara potentiella medel för behandling av olika störningar i psyket och det centrala nervsystemet, som inkluderar Parkinsons och Alzheimers sjukdomar, sömnstörningar (sömnlöshet, narkolepsi) och epilepsi.
Under påverkan av GABA aktiveras också hjärnans energiprocesser, vävnadernas andningsaktivitet ökar, hjärnans utnyttjande av glukos förbättras och blodcirkulationen förbättras.
Glycin Det är också en signalsubstans aminosyra med dubbel effekt. Glycinreceptorer finns i många delar av hjärnan och ryggmärgen. Genom att binda till receptorer orsakar glycin en "hämmande" effekt på neuroner, minskar frisättningen av "excitatoriska" aminosyror från neuroner, såsom glutaminsyra, och ökar frisättningen av GABA. Glycin binder också till specifika ställen på NMDA-receptorer och underlättar därmed signalöverföring från de excitatoriska signalsubstanserna glutamat och aspartat. I ryggmärgen leder glycin till hämning av motorneuroner, vilket tillåter användning av glycin i neurologisk praktik för att eliminera ökad muskeltonus.
Glutamatär den mest förekommande excitatoriska signalsubstansen i ryggradsdjurens nervsystem. glutamat är involverat i kognitiva funktioner som inlärning och minne
Histaminär en av de endogena faktorerna (mediatorerna) som är involverade i regleringen av vitala kroppsfunktioner och spelar en viktig roll i patogenesen av ett antal sjukdomstillstånd.
Under normala förhållanden finns histamin i kroppen huvudsakligen i ett bundet, inaktivt tillstånd. Med olika patologiska processer (anafylaktisk chock, brännskador, köldskador, hösnuva, urtikaria och allergiska sjukdomar), såväl som med intag av vissa kemikalier, ökar mängden fritt histamin.
Fri histamin är mycket aktiv: det orsakar spasmer i glatt muskulatur (inklusive bronkialmuskler), vidgning av kapillärer och en minskning av blodtrycket; stagnation av blod i kapillärerna och en ökning av permeabiliteten hos deras väggar; orsakar svullnad av omgivande vävnader och förtjockning av blodet.
Vissa mängder histamin finns i CNS, där det tros spela rollen som en signalsubstans (eller neuromodulator). Det är möjligt att den lugnande effekten av vissa lipofila histaminantagonister (antihistaminer som penetrerar blod-hjärnbarriären, till exempel difenhydramin) är associerad med deras blockerande effekt på centrala histaminreceptorer.
|
Natur |
Handling |
|
|
met-enkefalin |
5 aminosyrarester |
Kortvarig smärtstillande effekt |
|
p-endorfin |
30 AK-rester |
Morfinliknande effekter: anestesi, känsla av tillfredsställelse. minskning av andra känslor. Viktig perifer effekt:
|
|
y-endorfiner |
De första 17 resterna av β-endorfin |
Antipsykotisk verkan (hämning av den emotionella sfären). Den smärtstillande effekten är svag. |
|
a-endorfin |
De första 16 resterna av β-endorfin |
Psykostimulerande medel: stimulering av känslor ökad motorisk aktivitet |
|
Natur |
Handling |
|
|
Vasopressin |
Cykliska nonapeptider |
Främjar bildandet av långtidsminne |
|
Oxytocin |
Cykliska nonapeptider |
Stör måttligt med bildandet av långtidsminne |
|
Kolecystokinin-8 |
Dekapeptid |
Mycket potent hämmare av födosöksbeteende |
|
Neurotensin |
13 AK-rester |
Som analgin, orsakar effekter: smärtstillande (inte via opiatreceptorer), hypotermisk och hypotensiv |
|
Endosepin-6 |
Hexapeptid |
Hämmar GABA - receptorer. Orsakar oro och pro-konfliktbeteende |
|
sömn delta peptid |
Ingår inte i någon av de 18 familjerna |
Stark hypnotisk effekt, lindring av stresstillstånd |
