Министерство здравоохранения



Pdf көрінісі
бет4/11
Дата24.07.2018
өлшемі5.09 Kb.
#80252
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

38
 
 
 
 
Белок 
 
ГАП 
Белок 
 
 
            асп

 
ВАЛ 
ЛЕЙ 
 
 
NH

  R

    
R
2  
белок 
 
             ВАЛ R

Г 
 
 
 
             
                                                         
Ф  COO

 Са
2+ 
 
ГФЛ 
NH
3
+ … -
 
ГЛУ           
           ИЛЕ R

Л 
 
              O 

 
                                                                                               
O

 
 
Ca
2+ 
ГАП 
Са
2+
 
 
Рис 2.3 Роль глицерофосфолипидов в связывании белков и минеральных компонентов 
Взаимосвязь ГФЛ с радикалами аминокислот в белках происходит за счет: 
   гидрофобных  связей  между  алифатическими  цепями  остатков  жирных  ки-
слот ГФЛ и алифатическими радикалами аминокислот (ВАЛ, ЛЕЙ, ИЛЕ); 
   а  также  за  счет  ионных  связей  между  ионизированными  группировками 
фосфолипидов и ионизированными радикалами аминокислот (АСП, ГЛУ, ЛИЗ). 
4 Углеводы. 
Углеводы  в  костной  ткани  локализованы  внутри-  и  внеклеточно.  Внутриклеточ-
ные  углеводы  представленны  гликогеном,  а  внеклеточные  -  гликозаминогликанами. 
Гликоген и глюкоза выполняют в основном, энергетическую функцию, и, образующий-
ся при распаде глюкозы АТФ, используется для минерализации. 
Содержание  гликогена  в  костной  ткани  с  увеличением  возраста  остеобластов 
снижается с 15-20 мг на грамм ткани до 5-10 мг. В молодых клетках путем гликолиза 
образуется 60% АТФ, а в старых - 85%. В остеоцитах гликогена нет (или следы) и вся 
АТФ получается за счет гликолиза. 
Состав  простетических  групп  протеогдиканов  кости  меняется  на  разных  стадиях 
развития. В молодой кости преобладает гиалуронат, в зрелой - сульфатированные гли-
козоаминогликаны (ГАГ) (хондроитин и кератансульфаты). Полианионные сульфатные 
группы последних активно связывают Са
2+
 , создавая его депо. Разрушение ГАГ приво-
дит к уменьшению связывания Ca
2+
, а активация синтеза - увеличивает связывание Са
2+
 
и на определенных этапах развития кости, способствует минерализации. 

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
39
Среди гликозаминогликанов наибольшая доля приходится на хондроитинсульфа-
ты, среди которых доминирует хондроитин-4-сульфат и кератансульфаты. Хондроитин-
сульфаты (ХС) и кератансульфаты (КС) являются простетическими группами протеог-
ликанов межклеточного матрикса, обеспечивая соединение последних с КЛ1. При уда-
лении ХС и КС, волокна КЛ1 утрачивают поперечную исчерченность, наблюдаемую в 
электронный  микроскоп,  легко  подвергаются  ограниченному  протеолизу,  образуя  же-
латину. ХС и КС, связывая Са
2+
 сульфогруппами, активно участвуют в минерализации 
костной  ткани.  Завершение  оссификации  характеризуется  уменьшением  доли  сульфа-
тированных гликозаминогликанов. 
Гиалуроновая кислота (ГК), в отличие от ХС и КС, встречается как в связанном с 
белками-протеогликанами, так и в свободном состоянии. В молодой костной ткани ко-
личество ГК преобладает над содержанием ХС, но синтез обоих гликозаминогликанов 
необходим для соединения протеогликанов с КЛ1 и правильного формирования колла-
геновых волокон. Таким образом, связанные формы гликозаминогликанов обеспечива-
ют стабилизацию и цементирование волокнистых структур КЛ1. Свободная ГК, благо-
даря  полианионным  свойствам,  активно  сорбирует  катионы  и  воду,  участвуя,  тем  са-
мым, в регуляции обмена воды и электролитов.  
5 Цитрат. 
Низкомолекулярное  органическое  соединение  -  цитрат  присутствует  в  костной 
ткани
 
в относительно большом количестве - до 1 % от общей массы, что в 20 раз боль-
ше, чем в печени. Наряду с этим, активность фермента цитратсинтазы, катализирующе-
го  образование  цитрата  из  ацетил-КоА  и  оксалоацетата  (ОА),  в  костной  ткани  значи-
тельно выше активности других энзимов. Эти факты подчеркивают особую роль цитра-
та в метаболических процессах в костной ткани, особенно в обмене Са
2+
. Цитрат легко 
образует  растворимые  соли  Са
2+
  и,  являясь  переносчиком  кальция,  обеспечивает  его 
поступление в минерализующиеся ткани. Так как цитрат является хелатом легко связы-
вающем Са
2+
, то увеличение его концентрации в крови снижает ее свертываемость. 
Реакция Са
2+
 с цитратом может идти но разным схемам в зависимости от рН сре-
ды, концентрации Са
2+
 и других факторов. Продукция цитрата гормонозависимый про-
цесс. Она интенсефицируется гормоном паращитовидных желез (ПТГ). 
2.4 МИНЕРАЛИЗАЦИЯ КОСТНОЙ  ТКАНИ. 
Минерализация - отложение кристаллов ГАП в ранее образованный органический 
матрикс  специализированных  твердых  тканей:  эмали,  дентина, цемента,  костей.  Нару-
шение  минерализации  органического  матрикса  (особенно  в  костной  ткани)  именуется 
остеомаляцией. Дефекты образования самой органической основы - остеопороз. 
Образование центров кристаллизации зависит от сформированности органическо-
го магрикса, наличия достаточного количества Са
2+
 и Р0
4
3-
, активности щелочной фос-
фотазы (ЩФ), мобилизующей Р0
4
3-
 и пирофосфатазы, разрушающей Н
4
Р
2
0
7
 (ингибитор 
кристаллообразования).  Необходимым  условием  является  достаточное  количество  0
2
 
для активного синтеза АТФ, а также наличиe депо Са
2+
 в виде Са
2+
 связанного с сулъ-

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
40
фогруппами хондроитин- и кератан- сульфатов, а также с фосфатными группами глице-
рофосфолипидов (ГФЛ). 
Начало  минерализации  характеризуется  усилением  оксигенации  костной  ткани, 
что сопровождается активным накоплением в митохондриях Са
2+
, Р0
4
3-
 и повышенной 
выработкой  АТФ,  путем  окислительного  фосфорилирования.  АТФ  используется  как 
источник  энергии  для  процесса  синтеза  органического  матрикса  и  в  качестве  донора 
фосфата для минерализации. 
Усиленная  оксигенация  приводит  также  к  повышению  проницаемости  мембран 
остеобластов  и  активному  отпочкованию  в  межклеточный  матрикс  особых  образова-
ний, называемых пузырьками матрикса, или мембранными везикулами (MB). Установ-
лено, что MB имеют диаметр до 100 нм, покрыты клеточной мембраной и содержат в 
высокой концентрации: Са
2+
 и ГФЛ; ЩФ, пирофосфатазу, АТФ-азу и 5'-АМФ-азу. 
Концентрация Са
2+
 в MB в 25-50 раз выше, чем в остеобластах. Са
2+
 связан с ГФЛ, 
имеющими  суммарный  отрицательный  заряд при  физиологическом  значении  рН:  фос-
фатидилинозитолом  и  фосфатидилсерином.  Последний  имеет  особенно  высокую  аф-
финность  к  Са
2+
  и  является  главным  компонентом  ГФЛ  минерализованных  тканей.  В 
кальций-глицерофосфолипидных комплексах молярное отношение Са/Р = 1/1. 
Содержащиеся  в  MB  фосфогидролазы  увеличивают  локальную  концентрацию 
Р0
4
3-
,  гидролизуя  соответствующие  субстраты.  ЩФ  среди  таких  ферментов  занимает 
особое место: 
•  ее  высокая  активность  характерна  для  минерализующихся  тканей  (активность 
резко снижена при дефекте формирования кости); 
• ЩФ действует  как гидролаза, отщепляя фосфат от органических соединений, и 
как фосфотрансфераза, перенося фосфат на акцептор органической природы. 
R-O-PO
3
H
2
 
+
 
H
2
O
 

 
R-OH
 
+
 
H
3
PO
4
 
R
1
-O-
 
PO
3
H
2
 
+
 
R
2
-OH
 

 
R
1
-OH
 
+
 
R
2
-O-
 
PO
3
H
2
 
Рис. 2.4 Реакции, катализируемые щелочной фосфатазой 
Таким  образом,  в  MB,  в  связи  с  высокой  концентрацией  Са
2+
  и  Р0
4
3-
,  возникает 
перенасыщенный раствор фосфата кальция, что приводит к формированию первичных 
микрокристаллов гадроксиапатитов (ГАП). Содержащийся в MB, в составе ГФЛ, каль-
ций  взаимодействует  со  связанным  белками  фосфатом,  образуя  протеолипидный  ком-
плекс, содержащий первичный фосфат кальция. 


 

   C 
        CH

+Ca
+
-ГФЛ
 
CH

 
O

 
      
OH 
       O-P=O 
                                O-P=O 
 
OH 
                    O-Ca- ГФЛ 
 
Рис. 2.5 образование первичного фосфата кальция 
 

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
41
Однако  рост  кристаллов  не  происходит  из-за  способности  протеогликанов  и  пи-
рофосфатов (PPi) образовывать комплексы с кальцием. Считается, что одним из факто-
ров, препятствующих кальцификации тканей, богатых коллагеном (кожи, сухожилий и 
др.),  является  наличие  большого  количества  протеогликанов  и отсутствие  пирофосфа-
тазы. 
Отпочкование  MB  из  остеобластов  в  межклеточный  матрикс  и  разрушение  их 
мембран  сопровождается  освобождением  минеральных  компонентов  и  микрокристал-
лов, а также частичным протеолизом протеогликанов лизосомальными протеиназами. 
Частичный  протеолиз  протеогликанов  обеспечивает  освобождение  Са
2+
  и  Р0
4
3-
  и 
способствует нуклеации - формированию поверхности белков, на которой будет проис-
ходить образование кристаллической решетки ГАП. Это становится возможным за счет 
связывания  Са
2+
,  Р0
4
 
3-
  и  микрокристаллов  ГАП  с  радикалами  полярных  заряженных 
аминокислот НКБ кости. 
 
          АСП/ГЛУ 

 O 
N                                                            
 
C-O

                                                                                                                             
 
+PO
4
3- 
+PO
4
3-
 
    
  OH 
и т.д. 
 -- OH    
                      +Ca
2+ 
+Ca
2+ 
 
                                                                                                                               
 
            АРГ                 
C                                                                                                                                                       
еккококc
C
 
 
 
   
 
Рис. 2.6 образование центров нуклеации на неколлагеновых белках за счет фикса-
ции кальция и фосфатных групп 
 
Первичное  формирование  микрокристаллов  ГАП  в  МB  остеобластов  называется 
внутриклеточным  процессом  образования  центров  кристаллизации  (или  мест  нуклеа-
ции). Фиксация Са
2+
 и Р0
4
3-
 на радикалах аминокислот НКБ в межклеточном матриксе 
называется, соответственно, внеклеточным процессом образования центров кристалли-
зации. В костной ткани протекают оба процесса.  
Основное место минерализации (независимо от внутриклеточного или внеклеточ-
ного начала процесса) располагается в микроканалах между микрофибриллами КЛ1. 
Белками костной ткани, наиболее активно фиксирующими Са
2+ 
 и PО
4
3-
, являются 
остеонектин (ОСН) и Gla-протеин. Особая роль ОСН доказана тем, что если в культуре 
тканей заменить ОСН фибронектином, то минерализации не происходит. 
Матричный Gla-белок расположен между микрофибриллами КЛ1, содержит про-
странственно  сближенные  радикалы  АРГ  и  5  остатков  -ГЛУ  (механизм  -

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
42
карбоксилирования аналогичен процессу у остеокальцина). Активно связывает Р0
4
3-
, но 
особенно Са
2+
 в связи с этим, нередко называется матричным Са
2+
-связывающим 
 
бел-
ком. В детском организме содержание этого протеина на 30% больше чем у взрослых. 
 
 
               N                             +Ca
2+
                    

 
 
 -ГЛУ 
 
 -ГЛУ 
и т.д.  
 
+PO
4
3- 
 
 
+Ca
2+
 
 
АРГ                                        H
2
O         АРГ 
 
и т.д. 
             C  
               

 
Рис.  2.7  фиксация  кальция  на  -глутаминовой  кислоте  и  начало  роста  кристалловгидрок-
сиапатитов 
 
В  структуре  самого  КЛ1  костной  ткани  -аминогруппа  радикала  ЛИЗ,  освобож-
денная от протеогликанов, фиксирует Р0
4
3-
 с образованием фосфамидной связи. Счита-
ется, что фосфат, связывая Са
2+
, возможно, участвует в образовании центра кристалли-
зации. 
 
ЛИЗ 
 
+Ca
2+
 
N  
C  

C                  N 
  C   
и т.д. 
      (CH
2
)

(CH
2
)

                           
(CH
2
)
4
 
 
        NH

                                HN-                                  HN- 
 
 
Рис.  2.8  фиксация  фосфатов  на  лизине,  входящем  в  состав  коллагена  и  начало  роста 
кристаллов гидроксиапатита 
 
Образование  фосфоэфирных,  а  тем  более  фосфамидных  связей,  требует  особых 
условий  (источника  энергии,  наличия  фермента).  Донорами  Р0
4
3-
  для  инициации  про-
цессов минерализации, служат PPi и органические эфиры фосфорной кислоты, освобо-
ждающие Р0
4
3-
 под влиянием пирофосфатазы, 5'-АМФ-азы, АТФ-азы. Однако домини-
рующее значение в образовании фосфат содержащих центров кристаллизации принад-
лежит  ЩФ,  обеспечивающей  перенос  PO
4
3-
  от  фосфорорганических  эфиров  к  белкам, 
осуществляющим минерализацию. 
После  формирования  центров  кристаллизации  начинается  эпитаксический  (само-
организованный,  направленный)  рост  кристаллов  ГАП  на  белковой  матрице  костной 
ткани. 
По завершении процесса роста кристаллов ГАП, остеобласты оказываются окру-
женными  по  периферии  минерализованным  матриксом  и  превращаются  в  остеоциты, 

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
43
главное  назначение  которых  -  поддержание  стабильности  обменных  процессов  в  уже 
минерализованных  отделах  костной  ткани,  то есть  сохранение  постоянства  ее органи-
ческого и минерального состава. Это возможно только при наличии непрерывного ди-
намического  равновесия  между  процессами  образования  костной  ткани,  осуществляе-
мыми остеобластами и остеоцитами, и процессами ее разрушения, или резорбции, вы-
полняемыми остеокластами. Последние располагаются по поверхности костей в особых 
углублениях - нишах резорбции, образуемых за счет деятельности этих клеток. 
Пусковыми  факторами,  способствующими  активации  резорбции  костной  ткани, 
является  снижение  оксигенации  ткани  и  интенсификации  в  остеокластах  анаэробного 
гликолиза, вызывающего накопление лактата и соответственно, Н
+
. Другой источник Н
+
 
- это Н
2
СО
3
, образуемая карбангидразой. Снижение рН приводит к повышению прони-
цаемости  мембран  лизосом  и  освобождение  соответствующих  гидролаз:  коллагеназы, 
гликозидаз,  сульфатаз.  Остеокласты  выделяют  в  межклеточный  матрикс  Н
+
,  лактат  и 
лизосомальные  гидролазы.  В  результате  местного  ацидоза  происходит  распад  связи 
кристаллов ГАП и белков межклеточного матрикса, кристаллы разрушаются. Фермен-
ты гидролизуют соответствующие белки и происходит разрушение матрицы. Продукты 
распада  белков  матрикса  и  ГАП  поступают  в  кровь,  которая  доставляет  в  остебласты 
кальций и фосфор, происходит восстановление органического и минерального состава 
костной ткани.  
2.5 РЕГУЛЯЦИЯ ОСТЕОГЕНЕЗА, МИНЕРАЛИЗАЦИИ И 
ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ КОСТНОЙ ТКАНИ. 
Кость состоит из так называемых основных многоклеточных единиц ремоделиро-
вания, ответственных  за  локальные  формообразование  и  местные  концентрации  каль-
ция  и  фосфора.  В  составе  таких  единиц  имеются  мононуклеарные  потомки  недиффе-
ренцированных  мезенхимальных  клеток  –  остеобласты.  Они  синтезируют  коллаген  1 
типа,  располагают  рецепторами  паратгормона и ответственны  за отложение органиче-
ского остеоида и  его  последующую  минерализацию.  Маркером  их  активности  служит 
секретируемый  ими  фермент  –  щелочная  фосфатаза.  Минерализация  обеспечивается 
при  участии  минорных  неколлагеновых  кальций-связывающих  белков  остеобластов, 
которые  содержат  остатки  α-карбоксиглютаминовой  кислоты,  фиксирующей  кальций. 
К  ним  относятся  остеокальцин  и  мофогенетический  белок  кости  (матриксный  кабок-
сиглютамил-содержащий  белок,  Gla-протеин  матрикса).  Карбоксиглютаминирование 
обоих белков зависит от витамина К.. Остеокальцин уникален для костей и зубов и его 
уровень в крови отражает скорость остеогенеза.  
Параллельно,  через  тромбоспондин,  остеонектин  и  остеопонтин,  эти  фиксаторы 
кальция (и магния) закрепляются на коллагеновой матрице. Окружая себя минерализо-
ванным остеоидом, остеобласты превращаются в остеоциты, цитоплазма которых обра-
зует отростки, через гаверсовы канальцы остеоида связанные с соседними остеоцитами. 
Остеоциты  участвуют  в  локальной  перилакунарной  деструкции  кости  и  могут  влиять 
на быстрые колебания уровня кальция в крови. Однако, основную остеолитическую 

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
44
Рис. 2.9 СХЕМА РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА КОСТИ 
Сокращения: ПТГ- паратгормон, ЭГ – эстрогены, АГ – андрогены, КТ – кальцитонин, ОК 
–остеокальцин, МБК – морфогенетический белок кости, ИО – ингибитор остеоиндукции, 
ФРС  –  фактор  роста  скелета,  рО
2
  –  парциальное  давление  кислорода,  ЩФ  –  щелочная 
фосфатаза, КФ – кислая фосфатаза, ПФ – пирофосфатаза, СТГ – соматотропный гормон, 
ГК –глюкокортикоиды, ОСН – остеонектин, РРi –Н
4
Р
2
О
7
, ГАП - гидроксиапатиты 
Активирующие факторы 
перициты 
Синтез МБК 
Ингибирующие факторы 
МБК-ИО 
Синтез ИО 
МБК 
ИО 
скелетогенные клетки 
остеобласты 
образование межклеточного матрикса 
образование центров кристаллизации 
эпитаксия 
замуровывание остеобластов 
остеоциты 
ПТГ 
ЭГ, АГ 
КТ 
ПТГ, вит Д 
ЭГ, АГ 
ФРС, рО
2
 
СТГ, инсулин, ЭГ 
рО
2
, лактат 
ГК 
анаболики, витамины 
глюкокортикоиды 
ОСН, АТФ, рО
2
, ЩФ, ПФ 
рО
2
, КФ, РРi 
моноциты 
остеокласты 
секреция Н
+
, КФ, гидроксилаз 
ОК 
КТ 
разрушение ГАП 
освобождение МБК, ФРС 
фрагменты коллагена 

Б и о хи м ия   ко с тн о й  т ка н и.  
 
45
функцию в единицах ремоделирования кости выполняют потомки моноцитов – гигант-
ские многоядерные макрофаги костей – остеокласты. Остеокласты перемещаются и 
образуют в участках резорбируемой кости, в особых лакунах Хоушипа, активный слой, 
прикрепляясь через специальный адаптер – αβ
3
-интегрин – к остеопонтину. Они выде-
ляют на своей активной гофрированной каёмке коллагеназу и маркерный фермент – 
кислую фосфатазу, лизируя минерализованный остеоид и растворяя кристаллы гидро-
ксиапатита. Для этого, с помощью специальных протонного АТФазного насоса и кар-
боангидразы 2 типа, ими локально создаётся зона кислого рН=4. Молодой неминерали-
зованный остеоид устойчив к их действию. Повреждённая кость при воспалении резор-
бируется ими и заменяется остеобластами на новую. Молодые остеокласты имеют ре-
цепторы парат-гормона и кальцитонина, но на зрелых остаются лишь последние. Нет у 
них и рецепторов кальцитриола. Дифференцировка остеокластов зависит от гранулоци-
тарно-моноцитарного колониестимулирующего фактора, интерлейкина ИЛ-6 и пара-
тгормона. 
Остеобласты и остеокласты функционируют согласованно (рис 2.9), что приводит 
к обновлению всего кальция костей за период, примерно, в 5-6 лет. Рост костей в длину 
зависит  от  энхондрального  образования  костной  ткани  на  месте  метаэпифизарного 
хряща, а в ширину (толщину) – от периостального окостенения. 
Костная ткань находится под контролем многих гормонов. Так, СТГ, пролактин, 
инсулин и андрогены способствуют синтезу остеоида. Инсулин стимулирует пролифера-
цию  клеток  и  синтез  в  них  КЛ1  и  НКБ.  Потенцирует  действие  фактор  роста  скелета 
(ФРС). (Установлено, что инсулин - необходимый компонент всех сред для культиви-
рования клеток и тканей, т.е. роль в репликации и росте клеток несомненна). Глюкагон 
стимулирует секрецию кальцитонина (КТ). Глюкокортикоиды снижают в костях синтез 
коллагена, а также, препятствуя действию КТ в кишечнике и, уменьшая почечную ре-
абсорбцию  кальция,  способствуют  потере  этого  иона  и  остеопорозу.  Эстрогены  спо-
собствуют  синтезу  остеоида  и  отложению  кальция  в  костях,  как  опосредованно  через 
главные регуляторы кальциевого обмена, так и непосредственно. Андрогены (наиболее 
активный представитель - тестостерон) вызывают общий анаболический эффект. Инду-
цируют синтез белка в хондроцитах хрящевой зоны роста и в остеобластах, что сопро-
вождается задержкой Са
2+
 и Р0
4
3-
 и увеличением массы костной ткани. Анаболический 
эффект  тестостерона оптимально  проявляется в  присутствии  гормона  роста.  Тестосте-
рон усиливает синтез ингибитора остеоиндукции. Поэтому наступление половой зрело-
сти  тормозит  рост  скелета  (в  длину).  Эстрогены  (наиболее  активный  гормон  -  17-
 -
эстрадиол-Е
2
)  обладают  общим  анаболическим  действием.  В  остеобластах,  обладаю-
щих  специфическими  рецепторами  к  Е
2
,  возрастает  синтез  КЛ1,  активность  ЩФ  и,  в 
меньшей степени, повышается синтез остеопонтина. Особенность действия Е
2
, по срав-
нению  с  андрогенами, заключается  в  чрезвычайно  активной  стимуляции  дифференци-
ровки  хондрогенных  клеток  в  хондроциты  в  хрящевой  зоне  роста.  Данный  феномен 
обуславливает  закрытие  ростовых  зон,  раннюю  минерализацию  и  интраскелетную  ос-
сификацию. Следовательно, в период полового созревания происходит остановка роста 
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет