БІОХІМІЯ І ПАТОБІОХІМІЯ СПОЛУЧНОЇ ТКАНИНИ

Методичні вказівки для самостійної

позааудиторної роботи студентів з теми №27:

“БІОХІМІЯ І ПАТОБІОХІМІЯ СПОЛУЧНОЇ ТКАНИНИ”

 

Актуальність теми:

Знання особливостей метаболізму сполучної тканини за умов фізіологічної норми та при патології важливо для ранньої діагностики захворювань сполучної тканини.

Навчальна мета

Знати: особливості будови і метаболізму сполучної тканини.

Вміти: за біохімічними показниками крові та сечі діагностувати захворювання сполучної тканини (колагенози, мукополісахаридози, вікові зміни).

Засвоїти практичні навички: принципи тестових методів визначення стану сполучної тканини.

 

Базові знання

Дисципліна Отримані навички
Гістологія

 

Патологічна фізіологія

Клітинна організація сполучної тканини

Патогенез захворювань сполучної тканини

 

Контрольні питання:

1. Загальна характеристика морфології та біохімічного складу сполучної тканини.

2. Метаболізм протеогліканів сполучної тканини.

3. Біохімічні механізми виникнення мукополісахаридозів і колагенозів.

 

Конспект теми:

Основну міжклітинну речовину сполучної тканини утворюють гетерополісахариди – протеоглікани, що складаються з невеликої білкової частини, до якої ковалентними зв’язками приєднані полісахаридні ланцюги (декілька десятків, а інколи більше 100). Молекулярна маса протеогліканів може досягати десятків мільйонів. На відміну від глікопротеїнів, у протеогліканах основна частина маси припадає на вуглеводну частину (до 93-97%).

Глікозаміноглікани (або кислі мукополісахариди) — це полісахариди, які побудовані з великої кількості однакових дисахаридних одиниць. Оскільки до складу дисахаридних одиниць входять два різні мономери, глікозаміноглікани відносяться до гетерополісахаридів. Звичайно дисахаридна одиниця складається з аміноцукру (N-ацетилглюкозаміну чи N-ацетилгалактозаміну) й уронової кислоти (глюкуронової чи ідуронової). До аміноцукрів в 4-чи 6-му положенні часто приєднаний залишок сульфату.

Відомі 7 типів глікозаміногліканів, які відрізняються за мономерами, типом глікозидних зв’язків, а також за кількістю і місцем приєднання сульфатних груп. До складу кератансульфату замість уронової кислоти входить галактоза. Із усіх типів тільки гіалуронова кислота не містить залишків сульфатів. У гепарині частина глюкозамінних залишків містить N-сульфатні групи, а не N-ацетильні. Гепарансульфат має менше, ніж гепарин, N- і О-сульфатних груп. Крім того, в гепарансульфаті переважає глюкуронова кислота, а в гепарині — ідуронова.

Кількість дисахаридних одиниць і, відповідно, молекулярна маса різних глікозаміногліканів різна. Найбільші молекули гіалуронової кислоти. Завдяки наявності негативно заряджених при фізіологічних значеннях рН карбоксильних груп і сульфогруп усі глікозаміноглікани є поліаніонами, що має важливе значення для їх функцій. Зокрема, вони зв’язують та утримують катіони натрію. Глікозаміноглікани добре розчинні у воді з утворенням в’язких розчинів. Величина в’язкості залежить від форми і розмірів молекул. Найбільша в’язкість характерна для розчинів гіалуронової кислоти, довгі ланцюги якої укладаються неупорядкованим чином і займають великий простір, заповнений, в основному, молекулами води. Високий вміст гіалуронової кислоти знайдено в склоподібному тілі ока, слизовій тканині пупкового канатика зародка, синовіальній рідині.

 

Рис. Дисахаридні одиниці в молекулі гіалуронової кислоти:

1— залишок D-глюкуронової кислоти; 2 — залишок N-ацетилглюкозаміну.

Желеподібна структура розчину гіалуронової кислоти забезпечує функцію синовіальної рідини у суглобах як мастила, що зменшує тертя суглобових поверхонь. В’язкість синовіальної рідини у пацієнтів з ревматизмом чи артритом низька, що пов’язано з деполімеризацією гіалуронової кислоти.

Гепарин відрізняється від інших глікозаміногліканів за локалізацією в тканинах та функціями. Синтезується він тканинними базофілами (інакше тучними клітинами) і знаходиться в гранулах. Ці клітини часто локалізуються за ходом кровоносних судин мікроциркуляторного русла. Під час дегрануляції тканинні базофіли викидають гепарин у міжклітинний простір. Гепарин бере участь в регулюванні коагуляції крові. Він підвищує звільнення в плазму ферменту ліпопротеїнліпази, зв’язаної з стінками капілярів, і, таким чином, сприяє гідролізу тригліцеридів хіломікронів і ЛПДНГ. Антикоагуляційний ефект гепарину полягає в посиленні дії інгібітора факторів коагуляції антитромбіну III. Гепарин використовується в клінічній практиці як антикоагулянт.

Основну міжклітинну речовину складають протеогліканові агрегати з гіалуронової кислоти, низькомолекулярних білків і великої кількості мономерних субодиниць протеогліканів. На частку останніх припадає до 99% маси агрегатів. Мономери протеогліканів побудовані з білка (так званого “корового”) і ковалентно зв’язаних із ним полісахаридних ланцюгів сульфатованих глікозаміногліканів. Молекули хондроїтинсульфатів приєднані О-глікозидним зв’язком між ксилозою і серином поліпептидного ланцюга. Ксилоза не входить до дисахаридних одиниць, а виконує функцію додаткового складника, який зв’язує полісахарид із білком. Інші глікозаміноглікани можуть приєднуватись глікозидними зв’язками між N-ацетилглюкозаміном чи N-ацетилгалактозаміном і серином чи аспарагіном поліпептиду. В типовому протеоглікані хрящової тканини до білка приєднано приблизно 150 молекул хондроїтинсульфатів і кератансульфатів. Протеоглікани різних тканин (шкіри, хрящів, сухожиль, зв’язок, кісток, стінок судин, внутрішніх органів) розрізняються молекулярною масою, розмірами, набором глікозаміногліканів, відносним вмістом білка. Протеогліканові мономери за допомогою низькомолекулярних білків нековалентно приєднуються до гіалуронової кислоти, утворюючи протеогліканові агрегати. Їх структура нагадує гілочку ялини (або щітку для пляшок). Перпендикулярно до нитки гіалуронової кислоти і вздовж усієї нитки рівномірно розміщені протеогліканові мономери. Довжина молекули гіалуронової кислоти може бути різною (від 450 до 4200 нм) і до неї може приєднуватись понад 100 протеогліканових мономерів. Усі складники протеогліканових агрегатів утримуються разом зв’язками різних типів: іонними, водневими, дисульфідними.

Рис. Будова протеоглікану хрящової тканини (А) і їх комплексів з гіалуроновою кислотою (Б):

1 — білок; 2 хондроїтинсульфати; З кератансульфати; 4 олігосахариди.

 

 

 

Таблиця. Структура глікозаміногліканів

Тип

Уронова кислота

Аміноцукор

Зв’язок між дисахаридними одиницями

Гіалуронова кислота

глюкуронова

N-ацетилглюкозамін

Р0->3) Р(1-й)

Хондроїтин-4-сульфат

глюкуронова

N-ацетилгалактозамін-4-сульфат

Р(1->3) p(l-vf)

Хондроітин-6-сульфат

глюкуронова

N-ацетилгалактозамін-6-сульфат

Р0-+3) Р(1-*4)

Дерматан-сульфат

ідуронова

N-ацетилгалактозамін-4-сульфат

а(1->3) Р(1-й)

Кератан-сульфат

галактоза

N-ацетилглюкозамін-6-сульфат

Р(І-И) Р(1->3)

Гепаран-сульфат

глюкороніл-2-сульфат, ідуроніл-2-сульфат

N-ацетилглюкозамін-6-сульфат

а(1-И) а(1->4)

Гепарин

глюкороніл-2-сульфат, ідуроніл-2-сульфат

N-ацетилглюкозамін-6-сульфат

а(1-»4) а(1->4)

 

Полісахаридні ланцюги глікозаміногліканів у протеогліканових агрегатах внаслідок гідратації і відштовхування однойменно заряджених груп витягнуті й розміщені не впритул один до одного. При зовнішньому тиску молекули води частково видавлюються з проміжків і полісахаридні ланцюги зближуються. У міру зближення опір тиску зростає, а при знятті тиску відновлюються форма і об’єм гідратованих агрегатів. Таким чином, якщо колагенові волокна надають міцності хрящам та іншим різновидам сполучної тканини, то основна міжклітинна речовина (желеподібна структура із протеогліканів) забезпечує тургор, пружноеластичні властивості. Крім того, протеоглікани обмежують дифузію, переміщення через сполучну тканину молекул, які мають розміри альбумінів чи імуноґлобулінів. Гідроліз гіалуронової кислоти під дією гіалуронідази збільшує проникність міжклітинної речовини. Багато патогенних мікроорганізмів виділяють гіалуронідазу, що допомагає їм рухатись у тканинах. Із віком у хрящовій тканині знижується кількість протеогліканів, зростає вміст колагенових волокон, які можуть затримувати солі кальцію і звапнюватися. Усі ці зміни викликають зменшення ступеня гідратації протеогліканів і втрату пружності хрящової тканини.

ОБМІН ПРОТЕОГЛІКАНІВ

Синтез протеогліканів подібний до синтезу глікопротеїнів. Спочатку “коровий” білок синтезується на рибосомах, зв’язаних з ендоплазматичним ретикулом (ЕР). До поліпептидного ланцюга в ЕР послідовно пед дією специфічних глікозилтрансфераз приєднуються моносахаридні залишки. Процес продовжується в апараті Голвджі. Після утворення полісахаридного ланцюга певної довжини відбувається приєднання залишків сірчаної кислоти до моносахаридів. Реакція каталізується сульфотрансферазами, а донором служить 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат (ФАФС). Молекули протеогліканів потрапляють у гранули і секретуються з клітин. У міжклітинному просторі відбувається об’єднання протеогліканових агрегатів, а також взаємодія їх із колагеновими волокнами.

На обмін протеогліканів і колагену в сполучній тканині впливають ряд гормонів. Так, гормон росту стимулює синтез протеогліканів і колагену. Дія його опосередковується соматомединами. Синтез глікозаміногліканів знижується при недостатності інсуліну. Глюкокортикоїди пригнічують синтез протеогліканів і колагену у сполучній тканині, кістках, шкірі, а також підвищують катаболізм білків у цих тканинах. Тому при гіперфункції кори надниркових залоз спостерігаються потоншення шкіри та кровоносних судин, остеопороз. На клітинному рівні гормон росту стимулює проліферацію фібробластів, а глюкокортикоїди – гальмують.

 

 

Рис. Розпад хондроїтинсульфату під дією лізосомальних глікозидаз.

ГлюК — глюкуронова кислота; ГалNAц  N-ацеталгалактозамін.

 

У тканинах організму протеоглікани постійно оновлюються. Розпад відбувається в лізосомах, куди протеоглікани потрапляють шляхом ендоцитозу. Білкова частина розщеплюється катепсинами, а вуглеводна – специфічними глікозидазами. Гіалуронідаза ссавців гідролізує (β-1,4-глікозидні зв’язки між дисахаридними одиницями в гіалуроновій кислоті, а також у хондроітинсульфатах, з утворенням тетрасахаридів, які під дією інших глікозидаз розпадаються до моносахаридів. Від сульфатованих моносахаридів спочатку усувається під дією сульфатаз сульфат. Генетично зумовлена недостатність навіть однієї лізосомальної глікозидази викликає аномальне накопичення в клітинах субстратів і виникнення багатьох клінічних ознак. Продукти неповного розщеплення глікозаміногліканів у підвищеній кількості виводяться з сечею. Ці спадкові хвороби називаються мукополісахаридозами. Відомо понад 8 типів мукополісахаридозів із різними клінічними ознаками: малорухомі суглоби, деформації скелета, мутна рогівка ока, низький ріст, затримка розумового розвитку. Діагностика окремих типів грунтується на ідентифікації метаболітів у сечі та виявленні дефектів ферментів у культурі фібробластів. Мукополісахаридози можна діагностувати і під час вагітності шляхом визначення активності відповідних ферментів у клітинах амніотичної рідини. Розробляють методи замінної терапії мукополісахаридозів ферментами.

Колаген – основний сполучнотканинний білок. Особливості первинної структури колагену: кожна третя амінокислота – гліцин; наявність оксипроліну та оксилізину (четверта частина амінокислотного складу), багато аланіну. Гідроксилювання залишків проліну та лізину відбувається за участю вітаміну С у процесі посттрансляційної модифікації. Особливість вторинної структури – тропоколагенова спіраль. В утворенні «зшивок» між ланцюгами колагену важливу роль відіграє мідь-залежна лізилоксидаза.

 

 

Рис. Структура ланцюга колагену

 

 

 

ПАТОБІОХІМІЯ СПОЛУЧНОЇ ТКАНИНИ

Амілоїдоз об”єднує різні патологічні процеси, що призводять до утворення у тканинах глікопротеїду – амілоїду, основним компонентом якого є фібрилярні білки типу колагену та α- і γ-глобуліни, фібриноген, хондроїтинсульфат.

Ушкоджуються переважно нирки, серце, нервова система, кишечник. Лабораторно: олігурія, протеїнурія, ↓ вмісту альбумінів та ↑ α2– і γ-глобулінів у сироватці крові, ↑ вміст гліко- і ЛП у α1– і β-фракціях, ↓ титру комплемента, стійка мікро- і макрогематурія, ліпідурія, подвійнозаломлюючі кристали в осаді сечі.

Колагенози (системні первинні ушкодження сполучної тканини) морфологічно проявляються генералізованою альтерацією позаклітинних компонентів сполучної тканини, пов”язані з порушення імуногенезу: ревматизм, системний червоний вівчак, системна склеродермія, ревматоїдний артрит, дерматоміозит, хвороба Бехтєрєва-Штрумпель-П”єр-Марі, синдром Шегрена, вузловий периартеріїт.

Нормальні значення основних показників, які змінюються при колагенозах

1. Білковозв”язані гексози: 0,6-1,3 г/л сироватки.

2. N-ацетилнейрамінова кислота: 0,56-0,74 г/л.

3. Титр антистрептолізину: 30-100 Од/мл у дітей,

70-200 Од/мл – у дорослих.

4. Антитіла до тканин міокарду та інших:титр І ст.

5.Гідроксипролін у сечі:120-200 мкмоль/24 год (заг),

вільний – 5-10% від загального.

Б/х ознаки запаленнясполучної тканини при загостренні:

диспротеїнемія (↑α2– і γ-глобулінів, серомукоїду, поява С-реактивного білка,↑α1-антитрипсину, α1-ГП), гіпоальбумінемія, ↑ШОЕ, вмісту фібриногену, сіалових кислот (похідні N-ацетилнейрамінової кислоти), білковозв”язаних гексоз; ↑ екскреція з сечею гідроксипроліну та глікозаміногліканів.

Системний червоний вівчак: виявляється антинуклеарний фактор (антитіла до цілісних ядер клітин), антитіл до лізосом, мітохондрій, нуклеопротеїнів і кардіоліпінів та факторів згортання крові. Ці антитіла формують циркулюючі імунні комплекси, які фіксуються на базальних мембранах у нирках, слизових, шкірі і викликають їх альтерацію як ініціюючий компонент запальної реакції.

Лабораторно: ↓ Hb, альбуміни, активність комплемента; ↑ ШОЕ, вміст фібриногену, γ-глобулінів, ↑ антинуклеарного титру, виявляються LE-клітини (5 і більше на 1 тис. лейкоцитів).

Ревматоїдний артрит: високі титри ревматоїдних факторів,вмісту антиглобулінових антитіл до Іg G, IgA та IgM. Виявляються антитіла до IgM з 19S (аутоантитіло із специфічною активністю до Fc-фрагментів IgG). У сечі ↑ оксипролін.

Табл. Мукополісахаридози

Тип

Назва синдрому

Відсутній фермент

Метаболіти у сечі

I-H Гурлера

 

α-L-ідуронідаза дерматан-сульфат,

гепаран-сульфат

I-S Шайє -”- -”-
II Гунтера ідуронат-сульфатаза -”-
III Сан-Філіппо

(кілька типів)

гепарансульфатаза,

N-ацетилглюкозамінідаза, N-ацетил-трансфераза, N-ацетилглюкозамін-6-сульфатаза

гепаран-сульфат
IV Моркіо N-ацетилглюкозамін-6-сульфатаз кератан-сульфат
VI Марото-Ламі N-ацетилгалактозамін

сульфатаза

(арилсульфатаза В)

дерматан-сульфат
VII Слайя β-глюкуронідаза гепаран- та хондроїтинсульфату

Матеріали для самоконтролю:

  1. Спадкові захворювання — мукополісахаридози виявляються порушенням обміну в сполучній тканині, патологією кісток та суглобів. Який показник біохімічного дослідження сечі свідчить про наявність такої патології?

А. Надмірна екскреція глікозаміногліканів; В. Надмірна екскреція глюкози; С. Надмірна екскреція амінокислот; D. Надмірна екскреція ліпідів; Е. Надмірна екскреція альбумінів.

  1. Виражена недостатність аскорбінової кислоти викликає цингу. Порушення синтезу якого білка сполучної тканини лежить в основі даної патології?

А. колагену;           В. фібриногену;           С. альбуміну;

D. протромбіну;                Е. еластину.

  1. Хворому після операції призначили глікозаміноглікан з антикоагуляційною дією. Назвіть цю речовину:

А. Гепарин;    В. Кератансульфат;     С. Хондроїтин-6-сульфат;       D. Хондроїтин-4-сульфат;          Е. Гіалуронова кислота.

  1. Гепарин є типовим представником протеогліканів, в якого декілька полісахаридних ланцюгів зв’язані з білковим ядром. Вкажіть, де він синтезується:

А. Печінка;      В. Серце;     С. Кістка;     D. Хрящ;     Е. М’язи.

  1. При запальних захворюваннях суглобів знижується в”язкість синовіальної рідини. Причиною є:

А. зниження кількості та деполімеризація гіалуронової кислоти;    В. зниження кількості та деполімеризація хондроїтинсульфату;      С. зниження кількості білка; D. зниження кількості та деполімеризація глікопротеїнів; Е. зниження кількості та деполімеризація протеогліканів.

  1. У сироватці крові пацієнта встановлено підвищення активності гіалуронідази. Визначення якого біохімічного показника сироватки крові дасть змогу підтвердити припущення про патологію сполучної тканини?

А. Сіалових кислот;        В. Глюкози;          С. Галактози;

D. Білірубіну;           Е. Сечової кислоти.

  1. У хворого 50 років в результаті тривалого нераціонального харчування розвинувся гіповітаміноз С. Зниження активності якого ферменту лежить в основі ураження сполучної тканини при цій патології?

А. Пролінгідроксилази;         В. Піруваткарбоксилази;                      С. Аланінамінотрансферази;                   D. Глутамінази;

Е. Триптофангідроксилази.

  1. Нестероїдні протизапальні засоби використовують у медичній практиці для лікування ревматоїдного артриту, остеоартроза, запальних захворювань сполучної тканини. Активність якого ферменту гальмують ці препарати?

А. циклооксигенази;      В. ксантиноксидази;    С. амінотрансферази;

D. гексокінази;             Е. сукцинатдегідрогенази.

  1. У хворих на колагенози біохімічними методами може бути підтверджений процес деструкції волокон сполучної тканини. Підвищення вмісту яких сполук у крові людини є в даному випадку діагностичним показником розвитку колагенозу?

А. Оксипроліну та оксилізину;          В. Креатину та креатиніну;

С. Уратів;         D. Ізоферментів ЛДГ;         Е. Трансаміназ.

  1. Фермент гіалуронідаза розщеплює гіалуронову кислоту, в результаті чого підвищується міжклітинна проникність. Який вітамін сприяє зміцненню стінок судин і гальмує активність гіалуронідази?

А. Вітамін С;           В. Вітамін К;              С. Вітамин А;

D. Вітамін Е;                    Е. Вітамин Р.

 

Рекомендована література:

  1. 1.Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини, 2001. –С.655-668.
  2. Губський Ю.І. Біологічна хімія, 2007. –С.596-612.
  3. МещишенІ.Ф., ЯремійІ.М. Клініко-біохімічні ситуаційні задачі. – Чернівці: Медик, 2005.-84с.
  4. Тарасенко Л.М., Непорада К.С., Григоренко В.К. Функціональна біохімія.- Вінниці:Нова Книга, 2007. – С.178-197.
  5. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – 1998. – С.518 – 527.
  6. Бышевский А.Ш., Терсенов О.А. Биохимия для врача, 1994. – С. 173 – 177, 333 – 336.
  7. Мещишен І.Ф. Перетворення в біохімії. – Чернівці, Прут. – 1995. – 80 с.
  8. Бондаренко Л.Б. Преобразование коллагенов в организме: современное состояние проблемы // Український біохімічний журнал. – 2004. – Т.76, № 5. – С.5-15.
  9. Шишкин В.И., Кудрявцева Г.В., Макаров С.А. Пентозофосфатный путь обмена углеводов при некоторых системных заболеваниях соединительной ткани // Вопросы медицинской химии. – 1988, № 6. – С.40-45.
  10. Химия биорегуляторных процессов / Кухарь В.П., Луйк А.И., Могилевич С.E. и др.: Под ред. Кухаря В.П. и Луйка А.И.; Ин-т биоорган. химии и нефтехимии. – Киев: Наук. думка, 1991.- 368 с.
  11. Цыганенко А.Я., Жуков В.И., Мясоедов В.В., Завгородний И.В. Клиническая биохимия. – Москва:Триада Х, 2002. – 504 с.
  12. Champe P.C., Harvey R.A. Lippincontt’s illustrated reviews: biochemistry. – London, New York: J.B.Lippincott company, 1994. – 445 p.
  13. Kamoun P. et al. Biochemistry. – Toronto: Philadelphia, 1986. – 150 p.

 

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

БІОХІМІЯ І ПАТОБІОХІМІЯ СПОЛУЧНОЇ ТКАНИНИ (103.1 KiB, Завантажень: 2)

завантаження...
WordPress: 22.97MB | MySQL:26 | 0,462sec