Цинга. Роль витаминов, железа и меди в синтезе коллагена

Гидроксилазы пролина и  лизина содержат в активном центре атом железа Fe²⁺. Для сохранения атома железа в ферроформе необходим восстанавливающий агент. Роль этого агента выполняет кофермент гидроксилаз - аскорбиновая кислота, которая легко окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. Обратное превращение происходит в ферментативномпроцессе за счёт восстановленного глутатиона (см. схему Б).

Рис. 15-1. Синтез и созревание коллагена.

Схема А

 

Схема Б

 

Гидроксилирование пролина  необходимо для стабилизации тройной  спирали коллагена, ОН-группы гидроксипролина (Hyp) участвуют в образовании водородных связей. А гидроксилирование лизина очень важно для последующего образования ковалентных связей между молекулами коллагена при  сборке коллагеновых фибрилл. При цинге - заболевании, вызванном недостатком  витамина С, нарушается гидроксилирование  остатков пролина и лизина. В результате этого образуются менее прочные  и стабильные коллагеновые волокна, что приводит к большой хрупкости  и ломкости кровеносных сосудов  с развитием цинги. Клиническая  картина цинги характеризуется  возникновением множественных точечных кровоизлияний под кожу и слизистые  оболочки, кровоточивостью дёсен, выпадением зубов, анемией.

3.2 Структура фибрилл коллагена и их формирование

Основа структурной организации  коллагеновых фибрилл - ступенчато расположенные  параллельные ряды молекул тропоколлагена, которые сдвинуты на 1/4 относительно друг друга (рис. 15-3).

На схеме хорошо видно, что молекулы коллагена не связаны  между собой "конец в конец", а между ними имеется промежуток в 35 - 40 нм. Предполагается, что в костной  ткани эти промежутки выполняют  роль центров минерализации, где  откладываются кристаллы фосфата  кальция. При электронной микроскопии  фиксированные и контрастированные  фибриллы коллагена выглядят поперечно  исчерченными с периодом 67 нм, который  включает одну тёмную и одну светлую  полоски. Считают, что такое строение максимально повышает сопротивление  всего агрегата растягивающим нагрузкам.

Фибриллы коллагена образуются спонтанно, путём самосборки. Но эти  фибриллы ещё не являются зрелыми, так  как не обладают достаточной прочностью (известно, что зрелое коллагеновое волокно толщиной в 1 мм выдерживает  нагрузку до 10 кг).

Образовавшиеся коллагеновые фибриллы укрепляются внутри- и межцепочечными ковалентными сшивками (они встречаются  только в коллагене и эластине). Эти сшивки образуются следующим  образом:

• внеклеточный медьсодержащий фермент ли-зилоксидаза осуществляет окислительное дезаминирование ε-аминогрупп в некоторых остатках лизина и гидроксилизина с образованием реактивных альдегидов (аллизина и гидроксиаллизина). Для этих реакций необходимо присутствие витаминов РР и В₆ (рис. 15-4).
• образовавшиеся реактивные альдегиды участвуют в формировании ковалентных связей между собой, а также с другими остатками лизина или гидроксилизина соседних молекул тропоколлагена, и в результате возникают поперечные "Лиз-Лизсшивки", стабилизирующие фибриллы коллагена

Количество поперечных связей в фибриллах коллагена зависит  от функции и возраста ткани. Например, между молекулами коллагена 

Рис. 15-3. Схема  ступенчатого расположения молекул коллагена в коллагеновой фибрилле.

Рис. 15-4. Образование  поперечных связей в коллагене. А – образование альдольной поперечной сшивки из двух боковых цепей лизина; Б – образование шиффовых оснований из боковых цепей лизина и аллизина.

Ахиллова сухожилия сшивок особенно много, так как для этой структуры важна большая прочность. С возрастом количество поперечных связей в фибриллах коллагена возрастает, что приводит к замедлению скорости его обмена у пожилых и старых людей.

При снижении активности лизилоксидазы, а также при недостатке меди или  витаминов РР или В₆ нарушается образование поперечных сшивок и, как следствие, снижаются прочность и упругость коллагеновых волокон. Такие структуры, как кожа, сухожилия, кровеносные сосуды, становятся хрупкими, легко разрываются.

Заключение

Коллаген – это основной белок соединительной ткани человеческого  организма, который входит в состав хрящей, костей, сухожилий и связок. Волосы, мышцы, а также жизненно важные органы также сформированы коллагеном, а в значительном количестве коллаген содержится в коже. Коллаген представляет собой одновременно строительный материал и клей, которые формируют и скрепляют все клетки организма и обеспечивает прочность и эластичность всем тканям и органам.  

 

Основная роль коллагена  сводится к выполнению важной для  организма восстановительной функции. Он участвует в метаболизме мышечной и соединительной ткани и преобразовывает  белковые молекулы в основные аминокислоты (глицин, гистидин, аланин, оксипролин и оксилизин), необходимые для нормальной жизнедеятельности организма. Коллаген является катализатором белкового синтеза и от него зависит способность организма восстанавливать свои ресурсы, и как только организм начинает терять способность естественным образом вырабатывать коллаген, человек замечает, что его общее состояние ухудшается.

Когда человек засыпает, организм переходит в стадию активной жизнедеятельности, ночью он восстанавливает  свои силы и именно в течение сна  происходит синтез коллагена. С возрастом, уже после 25 лет, производство собственного белка коллагена в нужном объеме сокращается, а после 40 лет оно  уменьшается еще больше, это означает, что к 55 годам организм теряет 15 % способности вырабатывать коллаген. Человек начинает ощущать дискомфорт на уровне всего организма, появляются общее недомогание, быстрая утомляемость и боли в суставах.

Постепенно нехватка коллагена  превращается в серьезную проблему, которая со временем только усугубляется. Замедление восстановительных процессов  в организме сказывается на состоянии  многих систем организма, страдают кожа, сухожилия и хрящи, кости, связки и мышцы. Ослабевает вся костно-мышечная структура тела, нарушается кровообращение. Поначалу эти изменения беспокоят  лишь эстетически при острых ситуациях: при перенапряжении и растяжении связок, при переломах костей, повреждении  межпозвоночных дисков, во время ушибов. Первые сигналы недостатка коллагена  в организме посылает верхний  слой кожи, своеобразным каркасом которой  является коллаген. Такая кожа становится сухой и морщинистой, теряет эластичность и упругость, приобретает тусклый  вид за счет потери влаги и истончения верхнего слоя. Это свидетельствует  о том, что начинают страдать основные функции кожи.

После того, как кожа реагирует  на первые признаки старения, ухудшается и общее состояние организма, это проявляется в недомогании, в снижении двигательной активности, в мышечном напряжении и болях  в суставах. Возникает ощущение тяжести  тела, и напряжение при физических нагрузках, даже привычные занятия  спортом приносят тревожные симптомы. Виной тому служит все тот же дефицит  строительного материала костно-мышечной структуры тела – коллагена, ведь соединительная ткань «требует»  защиты и поддержки.

Коллаген также активно  играет роль в заживлении и росте  для клеток организма, и эта его  способность с успехом используется как в спорте, так и медицине. При больших нагрузках на суставы  и связки, при травмах, для заживления ран используется коллаген, так как  он активизирует восстановление и укрепление соединительной ткани. Для восполнения  недостатка коллагена в организме  возможен прием коллагенсодержащих добавок или косметических препаратов, содержащих коллаген.

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

Биохимия: Учеб. для вузов, Под ред. Е.С. Северина., 2003.

Научно-практический журнал «Эстетическая медицина»  том VI • №1 • 2007

hnb.com.ua/articles/s-zdorovie-tsinga-3136

http://www.medkurs.ru/lecture2k/biochemistry/lb10/4195.html