Chemické složení extracelulární matrix Petr Tůma

Živočišné tkáně buňky + extracelulární prostor → vyplněn makromolekulami – extracelulární matrix pojiva – extracelulární matrix tvoří většinu hmoty tkáně extracelulární matrix a vlastnost tkáně šlachy – pevnost + pružnost kost – tvrdost + hutnost chrupavka – pružnost + tlumení nárazů rosol v oku – měkkost + průhlednost bazální lamina – kontrola buněk

Extracelulární matrix mechanická opora tkání aktivní funkce: regulace dělení, migrace i tvaru buněk Tvorba makromolekul ECM syntéza přímo v tkáni fibroblasty chondroblasty v chrupavce osteoblasty v kosti Makromolekuly ECM polysacharidové řetězce glukosaminoglukanů + proteiny = proteoglykany fibrilární proteiny: kolagen, elastin, fibronektin, laminin

Komplexní uspořádání extracelulární matrix 2. buňka 1. buňka Kolageny Integriny Fibronektiny Glukosaminoglykany a proteoglykany

Glukosaminoglykany - GAG pravidelně se opakující disacharidové jednotky aminocukry N-acetylglukosamin N-acetylgalaktosamin uronové kyseliny D-glukuronová L-iduronová sulfatace negativní náboj – vyplňují prostor přítomnost Na+ - váže vodu – odolnost tlaku Třídy GAG kyselina hyaluronová tvoří páteř proteoglykanu neobsahuje sulfát nekovalentně se váže s komplexem proteoglykanů váže velké množství vody

Postranní řetězce glukosaminoglykanů dermatansulfát kůže, cévy, srdeční chlopně heparinsulfát žírné buňky kolem plicních artérií, játra a kůže keratansulfát rohovka, kost, chrupavka chondroitinsulfát chrupavka, kost, srdeční chlopně

Proteoglykany obrovské komplexní molekuly (Mr > 2.106) 5 % protein + 95 % polysacharid proteinové řetězce postranní řetězce glukosaminoglykanů (20-40 disacharidových jednotek) kyselina hyaluronová

Vlastnosti GAG vytváří gely a vyplňují extracelulární prostor váží vodu odolnost proti tlaku návrat původního tvaru tkáně selektivní molekulární síta propouští molekuly o určité velikosti heparan sulfát – bazální lamina ledvinových glomerulů vazba signálních molekul proteinové růstové faktory – fibroblastový růstový faktor vazba na kolagenní fibrily tvorba sítí v kostech se na ně váží vápenaté soli (hydroxyapatit a uhličitan vápenatý) adheze buněk a jejich migrace

Fibrilární proteiny - kolagen výskyt u všech mnohobuněčných živočichů hlavní složka kůže a kostí – u savců 25% hmoty všech proteinů pevnost v tahu pojiv Aminokyselinové složení charakteristická sekvence: -Gly-X-Y- glycin - ⅓ ze všech aminokyselin prolin - v pozici X nebo Y 4-hydroxyprolin – v pozici Y dále – 3-hydroxyprolin a 5-hydroxylysin všechny další aminokyseliny

Posttranslační modifikace aminokyselin v endoplasmatickém retikulu

α-helix x kolagenový helix pravotočivý jeden závit 3,6 aminokyselin 0,54 nm stabilizace lineární H-vazby uvnitř řetězce kolagenový helix levotočivý jeden závit 3,3 aminokyselin 0,96 nm stabilizace H-vazby mezi různými řetězci

Kolagen tvoří superhelix

Syntéza kolagenu v buňce Endoplasmatické retikulum pre-prokolagen Golgiho aparát odštěpení prepeptidu hydroxylace prolinu a lysinu glykosylace 5OH-Lys oxidace cysteinu vytvoření superhelixu prokolagen

Extracelulární modifikace kolagenu prokolagen odštěpení propeptidu – kolagenáza oxidace Lys a 5OHLys tropokolagen uspořádání tropokolagenů ve fibrile fibrila

Stupně organizace kolagenu vlákno fibrila superhelix α-helix

Uspořádání kolagenu v pojivu fibroblast překližkové uspořádání (řez kůží pulce)

Typy kolagenů U savců identifikováno 12 základních typů kolagenů (celkově známo něco přes 20 typů). tvořící vlákna tvořící sítě transmembránové Odlišují se typem polypeptidových řetězců v superhelixu. Typ I [α1(I)2α2(I)] nejrozšířenější (90 % kolagenu v organismu) v pokožce, šlachách, kostech a zubech Typ II [α1(II)]3 v chrupavkách a sklivci Typ III [α1(III)]3 kolagen embryonálního vývoje později je nahrazen typem I Typ IV - bazální lamina epitelů Typ V - stěna krevních cév

Poruchy syntézy kolagenu poruchy zesíťování a sestavování kolagenu defekt v enzymu kolagenázy defekt v enzymu lysyloxidázy hyperelastická kůže

Elastin kůže, stěny artérií, plíce – 50% hmoty stěny aorty prostorová síť elastických vláken – 5krát roztažitelnější než guma Syntéza vysoký obsah prolinu a hydroxyprolinu sekretován jako tropoelastin – v blízkosti membrány zesíťován – vazba mezi lysiny – desmosin 2 typy segmentů hydrofóbní vlákno propojovací segment desmosin

Struktura elastinu pružné hydrofóbní vlákno spojovací segment

Fibronektiny nekolagenní proteiny s vazebnými místy pro makromolekuly ECM a membránové receptory velké glykoproteiny vyskytující se u všech obratlovců Struktura dimery vazebné domény pro: kolageny, integriny, fibrin Isoformy kódovány 1 genem s cca 50 exony – alternativní sestřich plasmatický – rozpustný ve vodě cirkuluje v krvi srážení krve + fagocytóza ostatní formy – nerozpustné ve vodě propojení vláken ECM na cytoskelet přes integriny adheze buněk, migrace buněk při gastrulaci

Fibronektiny – proteinová lepidla

Bazální lamina 40-120 nm silná vrstva specializované ECM podkládá epitelové buňky – oddělení od pojiv obklopuje svalové a tukové v glomerulech ledvin tvoří filtr určuje polaritu buněk, ovlivňuje metabolismus, organizuje proteiny v plasmatické membráně

Složení bazální laminy Laminin tvořen 3 polypeptidovými řetězci – α, β, γ tvar kříže – disulfidové můstky vazebné domény pro: kolagen IV, heparinsulfát, integriny Kolagen IV není vláknitý vytváří mnohovrstevnou síť

Chemické složení kostí tvrdost + pevnost kostní dřeň: tvorba krevních buněk zásobárna: Ca2+ (cca 1 kg), fosfátů anorganická složka: apatit – krystalická forma Ca3(PO4)2 apatit karbonát Ca10(PO4)6CO3 hydroxyapatit Ca10(PO4)6(OH)2 fluoroapatit Ca10(PO4)6F2 organická složka: kolagen (Typ I) proteoglykany alkalická a kyselá fosfatáza