Chemické složení extracelulární matrix

1. Chemické složení extracelulární matrix Petr Tůma

2. 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

4. 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

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

7. 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

8. 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

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

11. 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

12. 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

13. Posttranslační modifikace aminokyselin v endoplasmatickém retikulu

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

15. Kolagen tvoří superhelix

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

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

18. Stupně organizace kolagenu vlákno fibrila superhelix α-helix

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

21. 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

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

23. 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

24. Struktura elastinu pružné hydrofóbní vlákno spojovací segment

26. 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

27. Fibronektiny – proteinová lepidla

28. 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

29. 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

31. 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