Биохимия старения

Жесткие ткани — кости, сухожилия, кожа — содержат коллаген типа I, молекула которого состоит из двух цепей α1(I) и одной α2. Эти мономеры образуют плотноупакованные шероховатые фибриллы, и на их электронных микрофотографиях видны обычные поперечные полосы (рис. 4.8). Это наиболее распространенный тип коллагена у позвоночных. Пластичные ткани — кожа зародышей, гладкие мышцы (матки и пищеварительного тракта), кровеносные сосуды, легкие, связки и хрусталик — кроме коллагена типа I содержат коллаген типа III. В этих тканях коллаген состоит из трех цепей α1(III), а фибриллы расположены хаотически. Соотношение коллагена типа I и типа III в них равно (2–3):1. Коллаген типа III синтезируется на ранних стадиях заживления ран, но по мере созревания рубца его синтез сокращается и постепенно увеличивается синтез коллагена типа I.

В каждой ткани преобладает коллаген какого-либо одного типа. Пульпозное ядро межпозвоночных дисков человека содержит только коллаген типа II, а окружающее ядро фиброзное кольцо — коллаген типа I и II [23]. При некоторых заболеваниях уменьшается доля коллагена типа III [71], Кожа зародыша содержит больше коллагена типа III, чем типа I, а у взрослых соотношение меняется на обратное [19].

Синтез коллагена

Внутриклеточные процессы

В опытах по гибридизации соматических клеток с использованием фибробластов человека и мыши установлено, что гены, ответственные за синтез коллагена типа I и III человека, расположены в разных хромосомах [61]. α-Цепь каждого типа кодируется отдельной моноцистронной мРНК. Следовательно, разные α-цепи кодируются разными генами [18]. Изучение гибридизации РНК-ДНК с использованием кДНК, полученной с помощью мРНК для про-α-цепей, показало, что для α-цепи каждого типа есть только один ген [26]. мРНК для про-α-цепи содержит ~4500 нуклеотидов и имеет на 3′-конце полиадениловый "хвост" длиной ~150 нуклеотидов [35]. Предшественник коллагена — проколлаген (про-α) транслируется с мРНК на полирибосоме в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме примерно за 4,8 мин. Про-α1 и про-α2 синтезируются на отдельных полирибосомах.

Про-α состоит из ~1500 остатков и имеет мол. массу ~150000. Он имеет NH₂- и COOH-концевые участки, NH2-пропептид и COOH-пропептид, к которым присоединены короткие телопептиды в 15–25 остатков (рис. 4.9). Структура этих участков отличается от структуры, свойственной коллагену, и характеризуется отсутствием спиральной конформации.

Рис. 4.9. Биосинтез коллагена. Про-α-цепи синтезируются на полирибосомах. Эти цепи имеют концевые неспиральные участки, в которых нет типичной для коллагена последовательности Gly-X-Y. Про-α-цепи объединяются в клетках в тройную спираль проколлагена за счет образования водородных связей, а затем выделяются в межклеточный матрикс. Специфические пептидазы удаляют с обоих концов проколлагена пропептиды, в результате чего образуется мономер коллагена. Лизиновые остатки модифицируются ферментами и образуют ковалентные связи между цепями. Мономеры коллагена объединяются в микрофибриллы. Мономеры удерживаются друг около друга ковалентными поперечными сшивками между модифицированными лизиновыми остатками. АК — аминокислота

Возможно, NH₂-пропептид сигнализирует о секреции, как это имеет место в случае других секреторных белков. Некоторые пролиновые и лизинговые остатки в ходе трансляции гидроксилируются. Гидроксилирование происходит даже по окончании трансляции. В NH₂- и COOH-пропептидных областях коллагена всех типов присутствуют цистеиновые остатки [34]. Они образуют S — S-связи между цепями и способствуют выстраиванию α-цепей при образовании тройной спирали [60]. Из клетки выходят только правильно построенные тройные спирали. Следовательно, образование S — S-ковалентных связей между цепями помогает не только выстраиванию, но и секреции мономеров [68]. Некоторые гидроксилированные Lys перед формированием тройной спирали гликозилируются [12]. Степень гидроксилирования Pro и Lys и гликозилирования оксилизина (Hyl) соответствует ряду: тип III>тип II>тип I. Время, которое требуется на эти модификации, также подчиняется этому порядку.

Гидроксилирование пролина