Образование коллагена

происходит в несколько этапов:

I – трансляция, т.е. синтез на полирибосомах предшественника – препроколлагеновой α-це-пи;

II – ко- и посттрансляционная модификация (=процессинг, созревание) препроколлагена по мере продвижения по ЭР и аппарату Гольджи:

1) удаление «сигнальной» последовательности (=лидерной, пре-пептида) ~ из 100 аминокислот;

2) гидроксилирование некоторых остатков Про и Лиз с образованием оксипролина и оксилизина под действием пролил- и лизил-гидроксилаз в присутствии 2 –оксоглутарата и О₂; в качестве кофакторов выступают аскорбиновая кислота и Fe²⁺. При цинге синтез коллагена нарушен именно на стадии гидроксилирования пролиновых и лизиновых остатков, поэтому образуются непрочные коллагеновые волокна, обусловливающие ломкость кровеносных сосудов и множественные точечные кровоизлияния;

3) гликозилирование, т.е. перенос остатков глюкозы и галактозы на ОН-группу оксилизина,

4) образование внутри- и межцепочечных дисульфидных связей в пределах N- и С-концевых пропептидов,

5) формирование тройной спирали проколлагена.

III – выход проколлагена из клетки, удаление N- и С-концевых пропептидов с образованием тропоколлагена (коллагенового мономера), содержащего ~ 1000 аминокислот;

IV – окислительное дезаминирование остатков Лиз и оксилизина с образованием из них высокореактивных альдегидов под действием фосфопиридоксаль- и Сu-зависимой лизилоксидазы;

V – агрегация (сшивка) молекул тропоколлагена в микрофибриллы за счет образования поперечных внутри-и межмолекулярных связей между этими альдегидными группами, с одной стороны, и NH₂- группами других остатков Лиз и оксилизина, с другой (по типу Шиффовых мостиков с последующей перегруппировкой). Именно эти поперечные ковалентные связи придают прочность коллагеновым фибриллам.

Волокна коллагена, разветвляясь и переплетаясь, образуют трехмерную структуру, заполненную другими веществами межклеточного матрикса, которая и придает прочность тканям.

Коллаген – медленно обменивающийся белок: время его полужизни – месяцы. Ключевую роль в его распаде играет коллагеназа, расщепляющая в одном месте пептидные связи всех трёх α-цепей коллагена. Место действия этой протеиназы находится ближе к С-концу (на расстоянии примерно ¼ от размера всей молекулы) между остаткамми Гли и Лей или Иле.

H₂N COOH → H₂N Гли + Лей(Иле) COOH

Образующиеся фрагменты растворимы в воде, легко денатурируются и расщепляются разными протеиназами.

Повышенная активность коллагеназы при артропатиях, воспалении, метастазировании опухолей. Усиленный синтез коллагеназы лежит в основе буллезного эпидермолиза, который характеризуется образованием на коже волдырей после небольшой травмы. Сниженная продукция коллагеназы ведет к отложению избыточного количества коллагена, н-р, при мозговидной опухоли подошвенной поверхности.

Распад коллагена – единственный источник свободного Опр в организме. Бóльшая часть Опр распадается в тканях, а некоторое количество выделяется с мочой: в норме у взрослых – 15 – 50 мг в сутки, а возрасте 10 – 20 лет – до 200 мг в сутки. Экскреция Опр увеличивается: 1) из-за ускорения катаболизма коллагена при болезнях, связанных с поражением соединительной ткани - до 1 г в сутки; 2) из-за нарушения катаболизма Опр по причине дефицита гидроксипролиноксидазы, т.е. при наследственной гипергидроксипролинемии (>1 г в сутки). Синтез коллагена возрастает в заживающей ране, в печени при циррозе, в стенках артерий при атеросклерозе, в мышцах при дистрофии и т.д.

С возрастом свойства коллагена значительно меняются: снижается растворимость, повышаются прочность и термостабильность. Это обусловлено увеличением как межмолекулярных сшивок в коллагене, так и связей с другими компонентами соединительной ткани – протеогликанами, гликопротеинами, фосфопротеинами.