Внеклеточный и коллаген

Подобно бактериям, клетки высших растений и животных часто покрыты внеклеточным материалом. Так, растительные клетки имеют жесткую стенку, содержащую в большом количестве целлюлозу и другие полимерные углеводы. Клетки, расположенные на наружных поверхностях растений, бывают покрыты восковым слоем. Клетки животных снаружи обычно защищены гликопротеидами — комплексами углеводов со специфическими белками клеточной поверхности. Пространство между клетками заполнено такими цементирующими веществами , как пектины у растений и гиалуроновая кислота у животных. Нерастворимые белки —коллаген и эластин — секретируются клетками соединительной ткани. Клетки, лежащие на поверхности (эпителиальные или эндотелиальные), нередко граничат с другой стороны с тонкой, содержащей коллаген базальной мембраной (рис. 1-3). Часто в результате совместного действия клеток различного типа происходит отложение неорганических соединений — фосфата кальция (в костях), карбоната кальция (скорлупа яиц и спикулы губок), окиси кремния (раковины Диатомовых водорослей) и т. п. Таким образом, обмен веществ в значительной мере протекает вне клеток. [c.37]

Основополагающие эксперименты, проведенные в 1907 году, включали использование небольших фрагментов ткани или эксплантатов. В наше время культуры обычно готовят из клеточной суспензии, полученной путем диссоциации ткани. Большинство клеток, образующих ткани многоклеточных организмов, в отличие от бактериальных клеток не способны расти в суспензии. Для роста и деления им необходима твердая поверхность. Вначале, когда метод культивирования только появился, в качестве механической опоры использовали сгусток плазмы, но в настоящее время его обычно заменяют поверхностью пластиковой культуральной чашки фис. 4-39). Клетки очень различаются по своим потребностям некоторые из них способны расти или дифференцироваться только в том случае, если культуральная чашка покрыта компонентами внеклеточного матрикса, например коллагеном. [c.203]

Главный белок внеклеточного матрикса - коллаген [c.494]

Сотрудничество кости и хряща основано на их контрастных свойствах. Обе ткани образуются из мезенхимных клеток, секретирующих большие количества внеклеточного матрикса, который содержит коллаген. Но костный матрикс тверд, а хрящевой может деформироваться, так как [c.197]

Хрящ—это внеклеточный матрикс, в котором коллаген обусловливает силу напряжения, а протеогликаны — выраженную эластичность. [c.349]

Главный белок внеклеточного матрикса-коллаген [12] [c.222]

Некоторые ткани, например кожа, кровеносные сосуды и легкие, должны быть не только прочными, но и эластичными. Обширная сеть эластических волокон внеклеточного матрикса придает этим тканям необходимую им способность сжиматься после временного растяжения (рис. 12-51). Основной компонент таких волокон-эластин-гликопротеин с мол. массой 70000, который, подобно коллагену, необычайно богат пролином и глицином, но в отличие от коллагена содержит очень мало гидроксипролина и совсем не содержит гидроксилизина. Детали синтеза и созревания эластина еще мало изучены. Молекулы эластина секретируются во внеклеточное пространство, где образуют волокна и слои, в которых отдельные молекулы связаны мно- [c.229]

Способ организации гликозаминогликанов и протеогликанов во внеклеточном матриксе в значительной части неизвестен. Некоторые из этих молекул могут специфически связываться друг с другом и с другими макромоле-кулярными компонентами матрикса, например с коллагеном, эластином и фибронектином, и мало вероятно, чтобы такие взаимодействия не играли существенной роли в упорядочении матрикса. Есть протеогликаны, образую- [c.234]

В ряде случаев расположение протеогликанов в ткани можно выявить с помощью электронного микроскопа, так как цепи гликозаминогликанов избирательно связывают некоторые электроноплотные тяжелые металлы. Напримф, протеогликаны в сухожилии из хвоста крысы выглядят при этом как нитевидные структуры, расположенные между коллагеновыми фибриллами или перпендикулярно им. Любопытно, что они пересекают коллагеновые фибриллы с интервалами в 67 нм, что соответствует структурной периодичности самих фибрилл (рис. 12-61). Такого рода упорядоченное расположение протеогликанов, вероятно, нередко встречается во внеклеточном матриксе. Разнообразие молекул коллагенов и протеогликанов позволяет в принципе образовать множество различных трехмерных структур. [c.235]

Базальная мембрана-это специализированная форма внеклеточного матрикса, содержащая коллаген особого типа [19] [c.237]

Поэтому не удивительно, что ориентация секретируемых клеткой цепей фибронектина совпадает с ориентацией внутриклеточных пучков актиновых филаментов, причем оба набора волокон ориентированы вдоль длинной оси клетки (рис. 12-70, Б). Есть аналогичные данные о распределении вновь синтезированных молекул коллагена на поверхности фибробластов в культуре, и возможно, что этот коллаген связан с клеточной поверхностью благодаря взаимодействию с фибронектином. Из этого видно, что высокая степень упорядоченности внутри клетки может передаваться внеклеточному матриксу через ориентацию секретируемых макромолекул. [c.240]

Коллаген состоит из трехцепочечных спиральных молекул, из которых во внеклеточном пространстве строятся длинные, похожие на канаты фибриллы или же слои, которые в свою очередь могут образовывать множество высокоупорядоченных структур. Молекулы эластина образуют обширную сеть, состоящую из ковалентно сшитых волокон и слоев способность этой сети растягиваться и сжиматься придает матриксу упругие свойства. Молекулы фибронектина образуют волокна, способствующие клеточной адгезии. Гликозаминогликаны представляют собой гетерогенную группу длинных отрицательно заряженных полисахаридных цепей, которые (за исключением гиалуроновой кислоты) ковалентно соединены с белком в гигантские молекулы протеогликанов. Как полагают, все эти белки и полисахариды матрикса могут взаимодействовать, образуя множество различных пространственных структур, причем тип структуры отчасти определяют секретирующие матрикс клетки. Поскольку ориентация элементов матрикса в свою очередь влияет на ориентацию заключенных в нем клеток, вполне вероятно, что упорядоченность может передаваться через матрикс от клетки к клетке. [c.241]

К соединительной (опорной) ткани относятся жировая, хрящевая и костная. Последние два вида тканей содержат большое количество межклеточного вещества, называемого основным и состоящего по преимуществу из сложных полисахаридов. Эмбриональные фибробла-сты дифференцируются в два типа клеток белые продуцируют белок коллаген, а желтые образуют эластин. Оба эти белка накапливаются во внеклеточном пространстве н включаются в состав основного вещества. Остеобласты образуют кости путем отложения (слоями в 3— 7 мкм толщиной) фосфорнокислых и углекислых солей кальция, а также органических цементирующих веществ. [c.54]

Напомним, что коллаген-внеклеточный белок, но он синтезируется в виде внутриклеточной молекулы-предшественника, которая перед образованием фибрилл зрелого коллагена подвергается посттрансляционной модификации. Предшественник коллагена (сначала препроколлаген, а затем проколлаген) претерпевает процессинг в ходе прохождения через эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи до появления во внеклеточном пространстве. Внеклеточные амино- и карбоксипротеаза проколла- [c.663]

Сотрудничество кости и хряща основывается на их контрастных свойствах. Обе тканн образуются из мезенхимных клеток, секретируюших большие количества внеклеточного матрикса, который содержит коллаген (см. разд. 12.3). Но костный матрикс тверд, а хрящевой податлив поэтому хрящ в отличие от кости способен к интерстициальному росту он может расти за счет того, что клетки, уже окруженные матриксом, продолжают секретиро-вать его. [c.175]

Везикулярный транспорт обеспечивает перенос крупных молекул и частиц через клеточную мембрану. Эндоцитоз — перенос внутрь клетки. Экзоцитоз — перенос из клетки во внешнюю среду (различные виды секреции). Эндоцитоз делят на два типа фагоцитоз (поглощение частиц макрофагами и гранулоцитами) и пиноцитоз (поглощение жидкостей и растворенных компонентов любыми клетками). Пиноцитоз бывает неизбирательный и селективный рецеп-торно опосредованный. Вещества, высвобождаемые путем экзоци-тоза, делят на три группы I) вещества, связывающиеся с клеточной поверхностью как периферические белки, — антигены 2) вещества, включающиеся во внеклеточный матрикс, — коллаген, гликозамин-гликаны 3) вещества, входящие во внеклеточную среду как сигнальные молекулы (инсулин, катехоламины, паратгормон) или ферменты (экзокринных желез, эктоферменты). [c.104]

Различия в природе боковых групп аминокислот обусловливает замечательное разнообразие возможных типов пространственной структуры белков. Рассмотрим в качестве примера крайних случаев два типа белков, секретируемых клетками соединительной ткани, - коллаген и эластин, которые относятся к белкам внеклеточного матрикса. В коллагене три отдельные полипептидные цепи, богатые пролином и содержащие в каждом третьем положении глицин, закручены одна вокру другой и образуют тройную спираль (см. разд. 14.2.6). Эти молекулы коллагена в свою очередь упаковываются в волокна, в которых соседние молекулы скреплены ковалентными сшивками между соседними лизиновыми остатками В результате формируются волокна, способные выдерживать исключительно большую нагрузку (рис. 3-28). [c.142]

Полезно разделить животные ткани на две главные группы, в которых роль матрикса и межклеточных соединений существенно различна. В соединительных тканях (разд. 14.2) имеется обширный внеклеточный матрикс, в котором клетки располагаются весьма свободно (рис. 14-1). Матрикс богат волокнистыми полимерами, особенно коллагеном, и поэтому имеппо оп, а пе клетки, берет на себя большую часть нагрузок, которым подвергается ткань. Клетки прикреплены к компонентам матрикса, которым они могут передавать механические усилия, в то время как соединения между отдельными клетками относительно несущественны Напротив, в эпителиальных тканях клетки плотно прилегают друг к другу, образуя пласты (называемые эпителиями) внеклеточного матрикса мало, и основной объем ткани занимают клетки. Здесь уже сами клетки, а не матрикс воспринимают большую часть нагрузок через посредство прочных внутриклеточных белковых волокон (компонентов цитоскелета), пересекающих в разных направлениях цитоплазму каждой эпителиальной клетки эти волокна прикрепляются к впутреппей поверхности плазматической мембраны, и в этих местах образуются специализированные соединения с новерхностью другой клетки или с подлежащим внеклеточным матриксом. [c.473]

Отдельные полипептидные цепи коллагена синтезируются на рибосомах, связанных с мембраной, и переходят в просвет эндоплазматического ретикулума в виде более длинных предшественников, называемых про-а-цепями. У этих предшественников имеется не только короткий сигнальный пептид на аминном конце, необходимый для того, чтобы протащить секретируемый белок через мембрану ретикулума (разд. 8.6.5), но и группы других дополнительных аминокислот, называемые пропептидами, на аминном и карбоксильном концах. В просвете эндоплазматического ретикулума остатки пролина и лизина гидроксилируются с образованием гидроксипролина и гидрокеилизина соответственно Затем каждая про-а-цепь с помощью водородных связей объединяется с двумя другими в трехцепочечную спиральную молекулу, известную как проколлаген (рис. 14-34). Секретируемые формы фибриллярных коллагенов (но не коллаген типа IV) во внеклеточном пространстве преобразуются в молекулы коллагена путем отщепления пропептидов (см. ниже). [c.496]

После секреции пропептиды молекул нроколлагена типов 1. 11 и 111 разрушаются специфическими ферментами уже вне клетки, и проколлаген превращается в коллаген (называемый также тропоколлагеном . Образовавшиеся молекулы коллагена толщиной 1,5 нм объединяются во внеклеточном пространстве в значительно более крупные коллагеновые фибриллы (толщиной 10-300 нм). Фибриллы образуются частично за [c.497]

Если два кусочка эмбриональной ткани с фибробластами поместить па некотором расстоянии друг от друга на коллагеновый гель, то коллаген организуется в компактную полосу ориентированных волокон, соединяющих оба эксплантата (рис. 14-41). Затем фибробласты будут мигрировать из обоих эксплантатов вдоль этих параллельных волокон. Таким образом, фибробласты влияют на расположение коллагеновых волокон, а эти волокна в свою очередь воздействуют на распределение фибробластов Вполне возможно, что фибробласты играют сходную роль и в организации внеклеточного матрикса на макроуровне, участвуя, например, в создапии сухожилий и связок, а также прочных, плотных слоев соединительной гкани, окружающих и скрепляющих большинство органов. [c.501]

Некоторые ткани, например кожа, кровепоспые сосуды и легкие, должны быть не только прочными, но и эластичными. Обширная сеть эластических волокон внеклеточного матрикса придает этим тканям необходимую им способность сжиматься после временного растяжения. Главный компонент таких волокон - эластин - это весьма гидрофобный негликозилированный белок (около 830 аминокислотных остатков в длину), который, подобно коллагену, необычайно богат пролином и глицином, но в отличие от коллагена содержит очень мало гидроксипролина и совсем не содержит гидрокеилизина. Молекулы эластина секретируются во внеклеточное пространство, где образуют волокна и слои, в которых эти молекулы связаны множеством сшивок в разветвленную сеть (рис. 14-43). Сшивки образуются между остатками лизина с помощью того же механизма, что и в коллагене (см. рис. 14-38). Функция эластина (в отличие от функции большинства других белков) требует того, чтобы его пептидные цепи оставались развернутыми и сохраняли гибкую случайную конформацию (рис 14-44). Именно такая структура сети из сшитых между собой, произвольным образом изогнутых эластических волокон позволяет всей сети растягиваться и снова сжиматься, подобно [c.502]

Некоторые клетки, особенно эпителиальные, секретируют внеклеточный адгезионный гликопротеин иного типа, называемый ламинином, который является одним из основных белков всех базальних мембран. Он связывается как с эпителиальными клетками (а также с клетками некоторых других типов), так и с коллагеном типа 1У-главным типом коллагена в базальной мембране. [c.506]

Базальная мембрана-это специализированная форма внеклеточного матрикса, содержащая в основном коллаген типа ГУ, протеогликаны и ламинин [23] [c.506]

Рецептор фибронектина на фибробластах млекопитающих - один из наиболее изученных рецепторов для компонентов матрикса. Первоначально он был идентифицирован как гликопротеин плазматической мембраны который связывается в колонке с фибронектином и может быть элюирован с помощью небольшого белка, содержащего прикрепляющуюся к клетке последовательность КОВ (разд. 14.2.13). Рецептор представляет собой нековалентно связанный комплекс из двух различных высокомолекулярных нолинентидных ценей, называемых а- и Р-цепями. Оп работает как трансмембрапный линкер, осуществляя взаимодействие между актином цитоскелета внутри клетки и фибронектином во внеклеточном матриксе (рис. 14-52). Позднее мы увидим, что такие взаимодействия через плазматическую мембрану могут поляризовать и клетку и матрикс. Было охарактеризовано много других репепторов для матрикса, в гом числе таких, которые связывают коллаген и ламинин. и показано, что они родственны рецептору фибронектина на фибробластах. Называемые интегринами, все они являются гетеродимерами с а- и (3-цепями, гомологичными цепям рецептора для фибронектина. Вероятно, большинство из них узнаёт носледовательности КОВ в компонентах матрикса, с которыми они связываются. [c.510]

Однако не все рецепторы для матрикса принадлежат к этому сунерсемейству. Например, некоторые клетки, но-видимому, используют для прикрепления к коллагену неродственный трансмембранный гликопротеин, а у многих клеток, как уже упоминалось, имеются интегральные мембранные протеогликаны, прикрепляющие клетки к внеклеточному матриксу. [c.511]

Макромолекулы внеклеточного матрикса оказывают поразительное воздействие на поведение клеток в культуре, влияя не только на их движение, но и на форму, полярность, метаболизм и дифференцировку. Например, клетки эпителия роговицы при росте на искусственных поверхностях производят очень мало коллагена если же культивировать их на ламинине, коллагене или фибронектине, то они накапливают и секретируют коллаген в больших количествах. Другие примеры влияния внеклеточного матрикса на метаболизм и дифференцировку клеток будут обсуждаться в гл. 17 (разд. 17.7.1). [c.511]

Существуют волокнообразующие белки двух функциональных типов преимущественно структурные (коллаген и эластин) и главным образом адгезивные (такие, как фибронектин и ламинин). Фибриллярные коллагены (типы I, II и III) представляют собой канатовидные трехспиральные молекулы, которые во внеклеточном пространстве агрегируют в длинные фибриллы, а те в свою очередь могут организовываться в разнообразные высокоупорядоченные структуры. Молекулы коллагена типа IV организуются в пластоподобные сети, составляющие основу всех базальных мембран. Молекулы эластина благодаря многочисленным поперечным сшивкам образуют сеть волокон и слоев, которые могут растягиваться и вновь сокращаться, придавая матриксу упругость. Фибронектин и ламинин служат примерами крупных адгезивных гликопротеинов матрикса фибронектин очень широко распространен в соединительных тканях, а ламинин содержится главным образом в базальной мембране. Благодаря своим множественным прикрепительным доменам такие белки способствуют клеточной адгезии и участвуют в организующем влиянии внеклеточного матрикса на клетки. Многие из этих адгезивных гликопротеипов содержат общую трипептидпую последовательность (КОВ), которая составляет часть структуры, узнаваемой интегринами - членами суперсемейства гомологичных трансмембранных рецепторов для компонентов матрикса. [c.513]

Соединительная ткань пронизывает все тело позвоночных. В конечности соединительная ткань формирует кости и хрящи, сухожилия и связки, кожу, оболочк мыщц, внешние слои стенок кровеносных сосудов и оболочки нервов и промежуточную ткань, связывающую воедино все эти компоненты. Эти формы соединительной ткани образованы фибробластами и близкородственными клетками, которые погружены в обогащенный коллагеном внеклеточный матрикс, секретируемый ими. И все эти разнообразные клетки развиваются из мезенхимы недифференцированной зародышевой ткани, заполняющей зачаток эмбриональной конечности ее нроисхождение можно проследить вплоть до мезодермы боковой пластинки, соседствующей с сомитами раииих эмбрионов (см. рис. 16-15). Кроме покрывающего конечность эпидермиса, все остальные комноненты конечности являются производными популяции мигрирующих клеток, ие являющихся производными боковой пластиики Прежде чем достигнуть места назначения и принять участие в формировании структуры взрослого животного, эти клетки должны совершить длительное путешествие по эмбриональной соединительной ткани. [c.139]

Коллаген, главная макромолекула соединительной ткани, является наиболее распространенным белком в животном мире. Он обеспечивает внеклеточный каркас у всех многоклеточных и присутствует практически в любой животной ткани. В тканях млекопитаюших существует не менее пяти различных типов коллагена они образуют семейство молекул со многими общими свойствами. Наиболее характерная особенность коллагеновых молекул — это их трехспиральная структура. Каждая субъединица, или а-цепь, представляет собой левозакрученную спираль, у которой на виток приходится по три аминокислотных остатка. Три такие левые спирали закручиваются далее в правую суперспираль. В результате формируется жесткая палочковидная молекула с диаметром 1,4 нм и длиной около 300 нм. Затем эти молекулы коллагена ассоциируют в фибриллы (рис. 56.16). [c.347]

Клетки, секретирующие коллаген, секретируют также фибронектин, большой гликопротеин, присутствующий на клеточной поверхности, во внеклеточном матриксе и в крови. Фибронектин связывается с агрегирующимися проколлагеновыми фибриллами и меняет кинетику образования фибрилл в перицел-люлярном матриксе. С фибронектином и проколлагеном в этом матриксе ассоциированы протеогликаны гепарансульфат и хондроитинсульфат (см. гл. 54). [c.349]

Белки и нуклеиновые кислоты вовлекаются в катаболические и анаболические процессы в клетках большинства микроорганизмов как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Внеклеточными микробными ферментами про-теазами белки сначала расщепляются до полипептидов и пептидов, способных проникнуть в клетку, и далее гидролизуются эндогенными протеазами (пептидазами) до аминокислот (см. рис. 6.1). Наиболее устойчивы к разложению природные белковые полимеры шерсть, шелк, коллаген. [c.406]

К настоящему времени идентифицированы семь генетически различных а-цепей коллагена, каждая длиной около 1000 аминокислот (табл. 12-2). Хотя в принципе из этих семи а-цепей можно составить более 100 различных типов трехцепочечных молекул, было описано лишь немного типов (менее дюжины). Основные типы обозначаются I, II, III, IV и V (табл. 12-2). Типы I, II и III-главные коллагены соединительных тканей из них чаще всего встречается тип I, он составляет 90% всего коллагена тела. После секреции во внеклеточное пространство молекулы типов I, II и III образуют упорядоченные полимеры, назьшаемые коллагеновыми фибриллами. Это длинные (много микрометров в длину) и тонкие (толщиной от 10 до 300 нм) тяжи, ясно видимые на электронных микрофотографиях (рис. 12-39 и 12-41). Такие фибриллы часто группируются в большие пучки толщиной в несколько микрометров, которые видны уже в обычный микроскоп и назьшаются коллагеновыми волокнами. Молекулы типа IV (главный коллаген базальных мембран) и V (его находят в небольших количествах в базальных мембранах и в других местах) не образуют фибрилл, их организация в тканях неясна. [c.223]

Гидроксилирование остатков лизина играет решающую роль во второй посттрансляционной модификации проколлагена. Подобно большинству секретируемых белков, молекулы проколлагена гликозилируются в клетках, перед тем как путем экзоцитоза перейти во внеклеточное пространство. Однако гликозилирование проколлагена необычно в том отношении, что присоединяются короткие (всего два сахарных остатка) олигосахариды, не содержащие сиаловой кислоты, и что они ковалентно связываются с гидроксильной группой гидроксилизина (рис. 12-43). В коллагенах разного типа доля углеводной части весьма различна (табл. 12-2), и ее функция неясна. Дальше [c.224]

Чем определяются толщина коллагеновых фибрилл и их расположение в тканях В пробирке молекулы коллагенов I, II и III образуют фибриллы толщиной около 50 нм. Однако в живых организмах молекулы коллагена одного и того же типа образуют фибриллы разной толщины, от 10 до 300 нм, в зависимости от ткани, о наводит на мысль, что толщину волокон регулируют какие-то другие компоненты внеклеточного матрикса. Хотя было показано, что с коллагеном связываются различные макромолекулы матрикса, се-кретируемые вместе с ним, например гликозаминогликаны и фибронектин, неясно, как это может влиять на образование фибрилл. [c.227]

Если блокировать такое сшивание, содержащие коллаген ткани становятся хрупкими и такие структуры, как кожа, сухожилия и кровеносные сосуды, легко разрываются. Ковалентные сшивки подобного типа встречаются только в коллагене и эластине и образуются в несколько этапов. Сначала внеклеточный фермент лизилоксидаза дезаминирует определенные остатки лизина и гидроксилизина, что ведет к образованию высокоактивных альдегидных групп. Затем эти группы образуют ковалентные связи между собой или с другими остатками лизина и гидроксилизина. Некоторые из таких связей сравнительно нестабильны и в конце концов видоизменяются с образованием более [c.227]

Теперь нам ясны некоторые способы, с помощью которых секретирующие коллаген клетки могут привести структуру коллагенового компонента внеклеточного матрикса в соответствие с нуждами ткани. Клетки способны синтезировать один или несколько генетически различающихся типов молекул коллагена, а также модифицировать молекулы каждого из этих типов путем посттрансляционного гидроксилирования и гликозилирования в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи. После секреции во внеклеточное пространство молекулы коллагена объединяются в фибриллы, которые в зависимости от требуемой прочности могут быть ковалентно сшиты в большей или меньшей степени. По-видимому, клетки определяют геометрию и свойства фибрилл окружающего матрикса, выделяя вместе с коллагеном различные количества разного рода неколлагеновых молекул. Наконец, мы увидим, что ориентированные клетки могут откладывать ориентированный матрикс, инициируя на своей поверхности сборку фибрилл. Различные этапы построения коллагеновых структур схематически представлены на рис. 12-50. [c.229]

Коллаген — внеклеточный белок, но он синтезируется в виде внутриклеточной молекулы-предшественника, которая перед образованием фибрилл зрелого коллагена подвергается посттрансляционной модификации. Подобно всем секретируе-мым белкам, предшественник коллагена претерпевает процессинг в ходе прохождения через эндоплазматический ретикулум и комплекс Г ольджи до появления во внеклеточном пространстве. Наиболее ранним предшественником коллагена является препро-коллаген, который содержит на N-конце лидерную, или сигнальную, последовательность примерно из 100 аминокислот. Препроколлаген образуется на рибосомах, прикрепленных к эндоплазматическому ре- [c.347]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология