Биохимия старения - [49]
Секреция проколлагена
Тройная спираль проколлагена выделяется в межклеточный матрикс. В клетках фибробластов в культуре in vitro при ингибировании образования микротрубочек уменьшается выход проколлагена, а также его превращение в коллаген. Выход проколлагена из фибробластов уменьшается и при ингибировании гидроксилирования пролиновых остатков путем связывания Fe2+ в хелаты или путем инкубации клеток в анаэробных условиях. Добавление в среду инкубации аналогов пролина и лизина приводит к тому же результату. Считают, что скорость синтеза коллагена регулируется гидроксилированием пролиновых остатков, внутриклеточным пулом пролина и уровнем пролилгидроксилазы. Существует также несколько других контрольных пунктов — это трансляция на полисомах, агрегация цепей и их секреция. Нарушение процессов в любом из этих пунктов может замедлить синтез коллагена. Схема его синтеза выглядит следующим образом:
Внеклеточные процессы
Частичный протеолиз
Тройная спираль проколлагена после выхода в межклеточный матрикс подвергается частичному протеолизу и превращается в полностью сформированный мономер коллагена [85]. Две разные проколлагенпептидазы, обе внеклеточные, одна — специфическая для NH>2-концевого пропептида, другая — для COOH-концевого пропептида, отщепляют от NH>2- и COOH-концов соответственно неспиральные пропептиды [41, 51, 54]. Первым отщепляется NH>2-пропептид, затем COOH-пропептид [13]. Пептидазы не являются сериновыми ферментами и не ингибируются SH-реагентами [25]. NH>2-пептидазу выделили в чистом виде из кожи, сухожилия и связок крыс и костей кур. Она активна при нейтральном рН и не ингибируется n-хлормеркурибензоатом (nХМБ). Одиночные про-α-цепи также служат субстратом для этого фермента. Он расщепляет пептидные связи между X — Glu и X — Gin. Затем Glu и Gin на NH>2-конце циклизуются в остатки пирролидонкарбоновой кислоты. Каждая полностью сформированная цепь в результате содержит ~1012 остатков и имеет мол. массу 95000. Девяносто пять процентов каждой цепи имеют в каждом третьем положении, за исключением небольших участков на NH>2- и COOH-концах, глициновый остаток. Об изменениях проколлагенпептидазы с возрастом имеющиеся сведения скудны. Известно, лишь, что при наследственной болезни крупного рогатого скота — дерматозпараксизе (неэластичная кожа, слабые суставные связки), для которой характерна невыраженная бороздчатость коллагена, уровень фермента очень низок.
Модификация оксилизиновых остатков и образование поперечных сшивок
Гидронсилиорование пролиновых и лизиновых остатков происходит в клетке. Оксилизиновые остатки в α-цепях подвергаются дальнейшей химической модификации в межклеточном матриксе. Эти процессы играют важную роль в образовании ковалентных поперечных сшивок полипептидных цепей и формировании коллагеновых фибрилл. Известно, что при нарушениях в ходе модификаций меняется структура, а следовательно, и функции коллагена. О возрастных изменениях в реакциях модификации оксилизиновых остатков известно мало, имеется лишь некоторая информация о нарушениях при ряде заболеваний. При синдроме Элерса — Данлоса, для которого характерны потеря эластичности кожи и связочного аппарата с повторными вывихами суставов, обнаружено заметное уменьшение числа оксилизиновых остатков [59]. Коллаген кожи становится аномально растворимым в денатурирующих агентах, а количество лизилгидроксилазы значительно уменьшается то сравнению с нормой. Возможно, это связано с неправильным образованием поперечных сшивок, когда многие из оксилизиновых остатков становятся недоступными.
В коллагене обнаружены три основных типа поперечных сшивок [74, 76, 77, 79]. Они образуются после ферментативной модификации лизиновых остатков в альдегидную форму, аллизин, вне клетки с помощью фермента лизилоксидазы. Аллизин играет важную роль в возникновении сшивок. Поперечные сшивки можно идентифицировать путем их восстановления боргидридом натрия (NaBH>4). Если использовать меченый тритием NaB>3H>4, тритий включается в поперечные сшивки, которые затем и определяют. Подобные исследования показали, что сшивки представляют собой альдимин (шиффово основание). Структура некоторых из них приведена ниже.
Схема 4.1
Лизилоксидаза — внеклеточный фермент, содержащийся в костях и других тканях, катализирует удаление NH>2-групп лизиновых и оксилизиновых остатков в неспиральных NH>2- и COOH-концевых участках и одновременно окисляет ε-углерод в CHO. При этом образуются δ-полуальдегид α-аминоадипиновой кислоты (аллизин) и δ-толуальдегид δ-окси-α-аминоадипи-новой кислоты соответственно. Поперечные сшивки образуют только δ-полуальдегид α-аминоадипиновой кислоты и δ-полуальдегид δ-окси-α-аминоадипиновой кислоты [77]. Фермент специфически дезаминирует лизиновые остатки полипептидной цепи, но не активен по отношению к свободному лизину. Он ингибируется β-аминопропионитрилом. В культуре клеток фибробластов in vitro поперечные сшивки в мономерах коллагена не возникают, если в среду добавлен β-аминопропионитрил или в ней недостаточно меди. Описанный дефект аналогичен наблюдаемому при латиризме.
