Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)/88. Otázka

			88. Otázka
			Extracelulární matrix, extracelulární polysacharidy a proteiny (kolagen, elastin) – struktura, vlastnosti, funkce. Metabolismus kolagenu.
			Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)
			⏪️   ⏩️

Pojiva

Pojivová tkáň se skládá z buněk a mezibuněčné hmoty, do které jsou tyto buňky zality.
Všechna pojiva mají mezenchymový původ, z něhož se diferencují následující typy tkání:

• vazivo (různé typy)
• chrupavka (3 typy, chondrocyty, chondroblasty)
• kost (osteocyty, osteoblasty)
• dentin (zub, odontoblasty)
• cement (zub, cementoblasty, cementocyty)

Buňky pojiv

Buňky pojiv tvoří různé typy buněk v závislosti na druhu pojiva. Patří sem fibroblasty, fibrocyty, odontoblasty, osteoblasty či chondroblasty.

Extracelulární matrix (ECM)

ECM je produkována buňkami daného typu tkáně. Skládá se z makromolekul, které vytvářejí komplexně organizovanou síť. Buňky mají vazebná místa, receptory pro ECM sloužící k připojení buněk k ECM i k regulaci jejich aktivity. ECM je bezbarvá, transparentní, gelovitá substance, ve které jsou buňky a vlákna zality. Matrix dělíme na složku vláknitou a složku amorfní.

Vláknitá složka ECM

Kolagenní vlákna

Kolagenní vlákna

Vlákna kolagenu jsou dlouhá 1–20 μm. K vlastnostem kolagenního vlákna patří pevnost a ohebnost. Mají tendence tvořit svazky. Jsou produkovány buňkami vaziva, ale i hladkými svalovými buňkami, gliovými buňkami, adipocyty a epitely. Je známo asi 21 typů kolagenu, které se liší sekvencí a typem aminokyseliny v řetězci.

K nejznámějším typům kolagenu patří:

• kolagen I (75 nm fibrily, svazky vláken, vidíme okem, nejrozšířenější v organismu, výskyt ve vazivové chrupavce)
• kolagen II (tenoučké fibrily 20 nm, samostatné, bez svazků, chrupavka hyalinní i elastická)
• kolagen III (45 nm fibrily, retikulární vlákna)
• kolagen IV (v lamině basalis)

Kolagenní vaziva jsou eozinofilní (acidofilní) a lze je barvit eosinem, světlou zelení, anilinovou modří, šafránem nebo pikrofuchsinem. Syntéza kolagenu probíhá na ribozomech GER. Protein následuje cestu do Golgiho komplexu, kde je hydroxylován a glykosylován. Zde je též zabalen do váčků bez membrány tzv. vezikul a exocytózou je poté vypraven z buňky v podobě molekuly protokolagenu (3 polypeptidové řetězce s registračními peptidy na na koncích řetězce, které zamezují polymerizaci). Z něho vzniknou protokologen-peptidázy a odštěpí registrační peptidy. Vytvoří se molekula tropokolagenu, která už se může polymerovat a vytvářet kolagenní myofibrily. Poté se mohou vytvořit kolagenní fibrily a ty polymerují v konečné kolagenní vlákno.

Retikulární vlákna

Tvoří je kolagen typu III. Vlákna jsou dlouhá 0,2–2 μm a jsou tvořena 45nm fibrilami. Tvoří sítě v orgánech. Obarví se impregnací stříbrem (argyrofilní), PAS reakcí (mají hodně glykoproteinů a proteoglykanů), Gomoriho impregnací.

Elastická vlákna

Elastická vlákna

Elastická vlákna jsou tenčí než kolagenní vlákna. Mají délku 0,5–4 μm. Centrální protein tvoří elastin a okolní mikrofibrily. Jsou elastická, tvoří sítě, anastomózují a větví se. Elasticita je zajištěna díky hydrofóbní vlastnosti. Jsou produkována fibroblasty. Barví se speciálními barvícími metodami, jako je orcein, resorcin-fuchsin a aldehyd-fuchsin.

Amorfní složka ECM

Tvořena převážně vodou a ionty. Najdeme zde také glykosaminoglykany (GAG), které tvoří velké nerozvětvené polysacharidové řetězce. Tyto řetězce jsou složené z disacharidových jednotek a mají negativní náboj. Jedná se o aminocukry N-acetylglukosamin, N-acetylgalaktosamin, které jsou často sulfonované. U mnoha GAG je součástí molekuly druhý cukr, kys. uronová s karboxylovou skupinou. GAG jsou vysoce hydrofilní a udržují architekturu ECM. Zabraňují její deformaci kompresními silami díky: kyselině hyaluronové, chondroitin sulfátu, dermatan sulfátu, heparan sulfátu a heparinu, keratan sulfátu a proteoglykanům. S výjimkou kyseliny hyaluronové se GAG kovalentně vážou k proteinu a tvoří proteoglykany − veliké molekuly schopné udržovat vysokou hydrataci ECM. Další část amorfní složky tvoří adhesní proteiny. Jako příklad můžeme uvést fibronektin, který je multifunkční glykoprotein a váže se k receptorům (integriny) na povrchu buněk nebo laminin, který je sulfonovaný glykoprotein v bazální lamině.

Syntéza kolagenu

4-hydroxyprolin

Syntéza kolagenu

Syntéza kolagenu probíhá na polyribozomech, které se vážou na membránu drsného endoplazmatického retikula (GER). Vzniklé polypeptidové řetězce protokolagenu jsou segregovány v jeho cisternách, kde dochází k iniciální glykosylaci a hydroxylaci. Hydroxylace probíhá na aminokyselinových zbytcích prolinu a lysinu, vzniká tak hydroxyprolin a hydroxylysin. Na konci každého řetězce protokolagenu se nacházejí registrační peptidy, které zabraňují předčasné intracelulární polymerizaci vzniklých molekul. Zároveň napomáhají vytvoření trojité šroubovice vždy ze tří řetězců protokolagenu – vzniká tak prokolagen. Z GER je prokolagen transportován do Golgiho komplexu, kde je kondenzován a obalen membránou sekrečních vezikul. Následně je procesem exocytózy uvolňován do extracelulárního prostoru.

Enzym prokolagenpeptidáza odštěpuje v extracelulárním prostoru od prokolagenu registrační peptidy a vznikne tak tropokolagen. Molekula tropokolagenu je dlouhá 280 nm, v průměru měří asi 1,5 nm.

Sousední buňky uspořádávají tropokolagen stupňovitým způsobem a vytvářejí kolagenní fibrily, z fibril dále utvářejí vlákna. Vlákna jsou stabilizována enzymem lyzyloxidázou pomocí vzájemných vazeb lysinových a hydroxylysinových zbytků v sousedních molekulách tropokolagenu.