Cambiamenti biochimici nel tessuto connettivo durante l'invecchiamento. Cambiamenti nel tessuto connettivo durante l'invecchiamento, collagenosi e guarigione delle ferite

La crescita, lo sviluppo e il successivo processo di invecchiamento sono accompagnati da cambiamenti significativi nel tessuto connettivo. Sotto l'aspetto biochimico, si riducono a quanto segue:

2. La quantità della sostanza principale diminuisce con l'età e aumenta il contenuto delle fibre di collagene.

3. Il numero di legami incrociati nell'elastina diminuisce e diminuisce l'elasticità delle formazioni del tessuto connettivo.

4. Il numero di legami incrociati nel collagene, al contrario, aumenta, di conseguenza aumenta la forza della fibra di collagene e diminuisce la sua disponibilità alla collagenasi.

5. Nel processo di invecchiamento, l'intensità del metabolismo dei componenti del tessuto connettivo rallenta.

6. La concentrazione di idrossiprolina nel siero del sangue e la sua escrezione giornaliera nelle urine diminuiscono.

7. Nella composizione del collagene e delle fibre elastiche aumenta il contenuto di calcio, che porta alla rigidità di alcuni tipi di tessuto connettivo.

8. La quantità di acqua legata diminuisce, il che porta ad una diminuzione del turgore dei tessuti.

La struttura e le funzioni del tessuto connettivo possono essere disturbate in patologia, in particolare con mucopolisaccaridosi e collagenosi.

Le mucopolisaccaridosi sono un gruppo di gravi malattie ereditarie associate alla carenza geneticamente determinata di uno degli enzimi coinvolti nel catabolismo dei GAG o proteoglicani, che si accumulano nei lisosomi, con conseguente sviluppo di gravi manifestazioni cliniche. In alcuni tipi di mucopolisaccaridosi, i frammenti di GAG non scissi vengono escreti nelle urine. I sintomi clinici di vari tipi di mucopolisaccaridosi hanno le loro caratteristiche, ma tutti sono accomunati da una violazione dello sviluppo mentale e fisico del bambino, deformità scheletriche, annebbiamento della cornea, violazione della struttura e delle funzioni di vari tipi di mucopolisaccaridosi strutture dei tessuti e una riduzione dell’aspettativa di vita. Attualmente queste malattie non sono curabili, ma possono essere diagnosticate durante la gravidanza determinando l'attività degli enzimi corrispondenti nelle cellule del liquido amniotico.

Le collagenosi sono un gruppo di malattie in cui tutti i componenti strutturali del tessuto connettivo sono danneggiati: cellule, fibre, sostanza fondamentale. La collagenosi comprende reumatismi, artrite reumatoide, lupus eritematoso sistemico, sclerodermia sistemica, periarterite nodosa, dermatomiosite. Le collagenosi sono il risultato non solo di malattie genetiche, ma possono anche essere acquisite.

Il tessuto connettivo cicatrizzato (cicatrice) è un tipo speciale di tessuto connettivo che si forma in risposta al danno a qualsiasi tessuto a seguito di lesioni o infiammazioni. In una ferita in via di guarigione, i fibroblasti sintetizzano intensamente collagene, proteine ​​non collageniche, colesterolo, triacilgliceroli, fosfolipidi, glicosaminoglicani, proteoglicani e glicoproteine. Poi si verifica la formazione di tessuto cicatriziale, durante il quale il numero di cellule diminuisce, i lipidi, le proteine ​​​​non collagene, i proteoglicani e il collagene in eccesso vengono quasi completamente scissi e si forma una cicatrice. Una cicatrice è un tessuto connettivo denso che riproduce fedelmente la configurazione del difetto tissutale che va a riempire. La cicatrice formata è costituita principalmente da fibre di collagene, la cui struttura non ha una struttura regolare, nonché una quantità molto piccola di lipidi non divisi, glicosaminoglicani, proteine ​​non di collagene. Il collagene provoca l'adesione e l'aggregazione delle piastrine, che contribuisce alla formazione di un film protettivo sulla superficie della ferita e alla sua guarigione. A volte si possono formare cicatrici ipertrofiche deturpanti di natura cheloide, contenenti molti lipidi, GAG e loro prodotti di degradazione con un ridotto contenuto di collagene. L'ormone corticotropo ipofisario, i glucocorticoidi, l'ormone paratiroideo, le radiazioni ionizzanti, lo stress, la carenza di proteine ​​complete e di vitamina C nella dieta rallentano la guarigione delle ferite. Gli ormoni che stimolano la sintesi del collagene e promuovono la guarigione delle ferite includono la somatotropina, la tiroxina, l'insulina e gli ormoni sessuali.

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Ministero della Sanità della Repubblica di Bielorussia

Ordine statale di amicizia dell'Università medica popolare di Vitebsk

Dipartimento di Chimica Biologica

Abstract sull'argomento:

Cambiamenti nel tessuto connettivo durante l'invecchiamento, collagenosi e guarigione delle ferite

Eseguita:

Studente del 2° anno

facoltà di medicina

18 gruppi

Vinogradova D.A.

Insegnante:

Kozlovskaja S.P.

Vicebsk, 2014

Piano:

1. Cambiamenti biochimici nel tessuto connettivo durante l'invecchiamento Pagina 3

2. Malattie diffuse del tessuto connettivo (collagenosi) p.3
3. Cambiamenti nel tessuto connettivo durante la guarigione delle ferite Pagina 6

4. Conclusione Pagina 13

5. Elenco della letteratura utilizzata Pagina 14

Cambiamenti biochimici nel tessuto connettivo durante l'invecchiamento

Un cambiamento comune legato all'età, comune a tutti i tipi di tessuto connettivo, è la diminuzione del contenuto di acqua e del rapporto sostanza base/fibre. L'indicatore di questo rapporto diminuisce sia a causa di un aumento del contenuto di collagene, sia a seguito di una diminuzione della concentrazione di glicosaminoglicani. Innanzitutto il contenuto di acido ialuronico è notevolmente ridotto. Tuttavia, non solo diminuisce la quantità totale di glicosaminoglicani acidi, ma cambia anche il rapporto quantitativo dei singoli glicani. Allo stesso tempo, si verifica anche un cambiamento nelle proprietà fisico-chimiche del collagene (aumento del numero e della forza dei legami incrociati intra e intermolecolari, diminuzione dell'elasticità e della capacità di rigonfiamento, sviluppo della resistenza alla collagenasi, ecc. ), un aumento della stabilità strutturale delle fibre di collagene (progressione del processo di “maturazione” delle strutture fibrillare del tessuto connettivo). Va ricordato che l'invecchiamento del collagene in vivo non è la stessa cosa dell'usura. È una sorta di risultato dei processi metabolici che si verificano nel corpo che influenzano la struttura molecolare del collagene.

Malattie diffuse del tessuto connettivo (collagenosi)

Il posto principale nella patologia del tessuto connettivo (di seguito denominato CT) è occupato dalle sue lesioni sistemiche, che sono causate da disturbi metabolici o dall'omeostasi immunitaria e riflettono il fallimento di varie funzioni della CT. Esistono lesioni sistemiche primarie e secondarie della ST. Le lesioni primarie sono congenite ed ereditarie. Le lesioni sistemiche primarie congenite ed ereditarie della ST sono causate da malformazioni e disturbi metabolici. Tra queste rientrano in particolare le mucopolisaccaridosi, la sindrome di Morfan, l'osteogenesi imperfetta.

Le lesioni primarie sistemiche della TS di natura acquisita comprendono un ampio gruppo di malattie diffuse della TS - malattie del collagene (collagenosi), caratterizzate da una lesione generalizzata della TS. I fattori eziologici possono essere: intolleranza ai farmaci (antibiotici, sulfamidici), raffreddamento, infezione (solitamente streptococcica), eccessiva insolazione, vibrazioni, traumi fisici o mentali. Di una certa importanza sono le disfunzioni del sistema ipotalamo-ipofisi-surrene e la predisposizione ereditaria.

Le malattie del sistema ST sono un classico esempio di malattie autoimmuni organo-specifiche. Ciò è evidenziato da:

la presenza di autoanticorpi;

rilevamento di complessi antigene-anticorpo nella lesione;

accumulo nei tessuti colpiti di plasma e cellule linfoidi correlato alla produzione di anticorpi circolanti;

ipergammaglobulinemia;

L'efficacia del trattamento con immunosoppressori, in particolare corticosteroidi;

Associazione con altre malattie autoimmuni (tiroidite di Hashimoto, ecc.).

Il collegamento iniziale nel processo è la stimolazione del sistema immunocompetente da parte di alcuni antigeni con la partecipazione di un autoantigene, la produzione di autoanticorpi e una serie di disturbi immunitari. La comparsa di autoantigeni è facilitata dal rilascio di idrolasi acide nel focus della disorganizzazione ST, aumento della scissione idrolitica di tessuti e cellule. Gli anticorpi si formano contro tutti gli elementi ST e sono diretti contro gli antigeni dei propri tessuti. Possono svilupparsi sindromi autoimmuni associate ad anticorpi circolanti: anemia emolitica autoimmune, trombocitopenia autoimmune, glomerulonefrite, ecc.

È anche possibile un secondo meccanismo per lo sviluppo di malattie diffuse: una violazione del metabolismo del collagene, in particolare un aumento della velocità della sua biosintesi, la formazione di strutture di collagene instabili con aumento del decadimento e la formazione di fibrosi eccessiva. Ma anche in questo caso il danno al collagene può essere causato dai complessi antigene-anticorpo circolanti nel sangue.

Nonostante la grande originalità delle singole forme nosologiche delle malattie TS diffuse, sono tutte accomunate da una serie di caratteristiche comuni, di cui la principale è un processo infiammatorio sistemico immunomediato. Inoltre, tutte queste malattie sono caratterizzate da febbre, artrite, polisierosite ricorrente, varie patologie viscerali (mioendocardite, glomerulonefrite o amiloidosi renale, danno epatico, sindromi epatolienali, linfoadenopatia generalizzata), nella maggior parte dei casi, un decorso recidivante e progressivo.

Il danno ai tessuti immunitari è la componente principale della patogenesi delle malattie TS diffuse. Con varie forme nosologiche, si esprime diversamente, privo di una rigorosa specificità nosologica.

Le malattie diffuse della TS includono:

Reumatismi, caratterizzati da una lesione predominante del cuore e dei vasi sanguigni;

artrite reumatoide - lesioni principalmente delle articolazioni;

Polisinovite simmetrica che porta alla graduale distruzione delle articolazioni;

La sclerodermia sistemica è una malattia polisindromica progressiva con alterazioni caratteristiche della pelle, del sistema muscolo-scheletrico, degli organi interni (polmoni, cuore, tratto digestivo, reni) e disturbi vasospastici diffusi come la sindrome di Raynaud, che si basano su lesioni della ST con predominanza di fibrosi e patologia vascolare sotto forma di endoarterite obliterante;

lupus eritematoso sistemico, manifestato dalla sconfitta dell'intero ST, di molti organi e sistemi;

periarterite nodulare - una lesione sistemica dei vasi sanguigni con coinvolgimento nel processo di tutti gli strati della parete vascolare (panarterite);

La sindrome di Goodpasture è una malattia immunoinfiammatoria dei piccoli vasi dei polmoni e dei reni, caratterizzata dalla classica triade: emorragia polmonare, glomerulonefrite, anticorpi contro gli antigeni della membrana principale dei capillari dei polmoni e dei reni (vedi sopra);

Spondilite anchilosante - prevalentemente danno all'apparato composito-legamentoso della colonna vertebrale, articolazioni periferiche con coinvolgimento nel processo del cuore, dei reni, dell'aorta;

La sindrome di Sjögren ("sindrome secca") - una lesione autoimmune delle ghiandole esocrine (principalmente lacrimali e salivari), accompagnata dalla loro ipofunzione, combinata con malattie immunoinfiammatorie sistemiche;

una serie di altre malattie.

Le forme miste di malattia TS diffusa sono caratterizzate dalla presenza di segni di due o più malattie, come la sindrome di Sharp. Questa sindrome si manifesta con una combinazione di segni clinici caratteristici del lupus eritematoso sistemico, della sclerodermia, dell'artrite reumatoide e della dermatomiosite, nonché di un alto titolo di anticorpi contro la ribonucleoproteina nucleare nel siero del sangue; la prognosi della sindrome è relativamente favorevole.

Le malattie miste della ST comprendono anche la sarcoidosi, una malattia sistemica del gruppo delle granulomatosi, caratterizzata dallo sviluppo di granulomi di cellule epitelioidi, distrofia, distruzione, sclerosi di vari tessuti e organi con funzionalità compromessa.

Cambiamenti nel tessuto connettivo durante la guarigione delle ferite

I fibroblasti sono coinvolti nella guarigione delle ferite. Durante la guarigione delle ferite, l'epidermide svolge un ruolo importante, che consiste non solo nel ripristinare l'integrità della pelle, ma anche nel regolare la crescita e la maturazione del tessuto di granulazione. L'epidermide prematura o prolungata del difetto della ferita provoca la formazione di una cicatrice di scarsa qualità. A questo proposito, i cambiamenti metabolici nell'epidermide sono alla base delle trasformazioni strutturali e funzionali a livello cutaneo che si verificano durante l'eliminazione di un difetto della ferita. I cambiamenti che avvengono nell'epidermide sono associati alla transizione delle cellule verso un livello di funzionamento modificato, ottimizzato, dal punto di vista dell'omeostasi. Lo strato di crescita di Malpighi, che comprende gli strati basale e spinoso, le cui cellule determinano la formazione degli strati sovrastanti dell'epidermide, è soggetto ai maggiori spostamenti strutturali e metabolici.

Carenza di vitamina C.

distrofia del tessuto connettivo

Lo scorbuto è una malattia causata da una carenza acuta di vitamina C (acido ascorbico), che porta a una ridotta sintesi del collagene e al tessuto connettivo perde la sua forza.

Sindrome di Ehlers-Danlos

La sindrome di Ehlers-Danlos (EDS; Q79.6) è una malattia geneticamente eterogenea causata da una varietà di mutazioni nei geni del collagene o nei geni responsabili della sintesi di enzimi coinvolti nella maturazione delle fibre di collagene. È caratterizzata da iperelasticità della pelle, sferule sottocutanee, iperestensione delle articolazioni, lieve vulnerabilità dei tessuti e sindrome emorragica. La reale prevalenza non è nota a causa della complessità delle verifiche e dell'elevato numero di forme lievi, la frequenza dei casi diagnosticati è di 1 su 5.000 nati, le forme gravi sono rare (1:100.000).

Il latirismo è una malattia epidemica che è stata più volte osservata in Francia, Italia, Algeria e nelle Indie Orientali negli anni di magra, quando gli abitanti, a causa dell'alto costo del pane, utilizzavano come rimedio alimentare la pianta del pisello Lathyrus, originaria della famiglia. papilionacee. Si distinguono diverse specie di Lathyrus, tra cui L. cicera e L. clymenum producono semi velenosi. La malattia a volte si manifesta dopo sei settimane di consumo dei semi del mento, a volte dopo diversi mesi e colpisce non solo le persone, ma anche alcuni animali (cavalli, maiali, anatre). La malattia, per molti aspetti somigliante al midollo spinale, è dovuta, con ogni probabilità, a un danno al midollo spinale ed è caratterizzata principalmente da paralisi, soprattutto degli arti inferiori. L'andatura anormale di questi pazienti è estremamente tipica. A volte la malattia termina con la cancrena degli arti inferiori, come nell'avvelenamento cronico da segale cornuta. La malattia colpisce soprattutto l'età giovanile; gli uomini più spesso delle donne.

Bibliografia

1.http://med-books.info/veterinariya

2.http://znaiu.ru

3.http://forum.biomedis.ru

Descrizione del lavoro

Un cambiamento comune legato all'età, comune a tutti i tipi di tessuto connettivo, è la diminuzione del contenuto di acqua e del rapporto sostanza base/fibre. L'indicatore di questo rapporto diminuisce sia a causa di un aumento del contenuto di collagene, sia a seguito di una diminuzione della concentrazione di glicosaminoglicani. Innanzitutto il contenuto di acido ialuronico è notevolmente ridotto. Tuttavia, non solo diminuisce la quantità totale di glicosaminoglicani acidi, ma cambia anche il rapporto quantitativo dei singoli glicani. Allo stesso tempo, si verifica anche un cambiamento nelle proprietà fisico-chimiche del collagene (aumento del numero e della forza dei legami incrociati intra e intermolecolari, diminuzione dell'elasticità e della capacità di rigonfiamento, sviluppo della resistenza alla collagenasi, ecc. ), un aumento della stabilità strutturale delle fibre di collagene (progressione del processo di “maturazione” delle strutture fibrillare del tessuto connettivo).

La crescita, lo sviluppo e il successivo processo di invecchiamento sono accompagnati da cambiamenti significativi nel tessuto connettivo. Sotto l'aspetto biochimico, si riducono a quanto segue:

2. La quantità della sostanza principale diminuisce con l'età e aumenta il contenuto delle fibre di collagene.

3. Il numero di legami incrociati nell'elastina diminuisce e diminuisce l'elasticità delle formazioni del tessuto connettivo.

4. Il numero di legami incrociati nel collagene, al contrario, aumenta, di conseguenza aumenta la forza della fibra di collagene e diminuisce la sua disponibilità alla collagenasi.

5. Nel processo di invecchiamento, l'intensità del metabolismo dei componenti del tessuto connettivo rallenta.

6. La concentrazione di idrossiprolina nel siero del sangue e la sua escrezione giornaliera nelle urine diminuiscono.

7. Nella composizione del collagene e delle fibre elastiche aumenta il contenuto di calcio, che porta alla rigidità di alcuni tipi di tessuto connettivo.

8. La quantità di acqua legata diminuisce, il che porta ad una diminuzione del turgore dei tessuti.

La struttura e le funzioni del tessuto connettivo possono essere disturbate in patologia, in particolare con mucopolisaccaridosi e collagenosi.

Le mucopolisaccaridosi sono un gruppo di gravi malattie ereditarie associate alla carenza geneticamente determinata di uno degli enzimi coinvolti nel catabolismo dei GAG o proteoglicani, che si accumulano nei lisosomi, con conseguente sviluppo di gravi manifestazioni cliniche. In alcuni tipi di mucopolisaccaridosi, i frammenti di GAG non scissi vengono escreti nelle urine. I sintomi clinici di vari tipi di mucopolisaccaridosi hanno le loro caratteristiche, ma tutti sono accomunati da una violazione dello sviluppo mentale e fisico del bambino, deformità scheletriche, annebbiamento della cornea, violazione della struttura e delle funzioni di vari tipi di mucopolisaccaridosi strutture dei tessuti e una riduzione dell’aspettativa di vita. Attualmente queste malattie non sono curabili, ma possono essere diagnosticate durante la gravidanza determinando l'attività degli enzimi corrispondenti nelle cellule del liquido amniotico.

Le collagenosi sono un gruppo di malattie in cui tutti i componenti strutturali del tessuto connettivo sono danneggiati: cellule, fibre, sostanza fondamentale. La collagenosi comprende reumatismi, artrite reumatoide, lupus eritematoso sistemico, sclerodermia sistemica, periarterite nodosa, dermatomiosite. Le collagenosi sono il risultato non solo di malattie genetiche, ma possono anche essere acquisite.

Il tessuto connettivo cicatrizzato (cicatrice) è un tipo speciale di tessuto connettivo che si forma in risposta al danno a qualsiasi tessuto a seguito di lesioni o infiammazioni. In una ferita in via di guarigione, i fibroblasti sintetizzano intensamente collagene, proteine ​​non collageniche, colesterolo, triacilgliceroli, fosfolipidi, glicosaminoglicani, proteoglicani e glicoproteine. Poi si verifica la formazione di tessuto cicatriziale, durante il quale il numero di cellule diminuisce, i lipidi, le proteine ​​​​non collagene, i proteoglicani e il collagene in eccesso vengono quasi completamente scissi e si forma una cicatrice. Una cicatrice è un tessuto connettivo denso che riproduce fedelmente la configurazione del difetto tissutale che va a riempire. La cicatrice formata è costituita principalmente da fibre di collagene, la cui struttura non ha una struttura regolare, nonché una quantità molto piccola di lipidi non divisi, glicosaminoglicani, proteine ​​non di collagene. Il collagene provoca l'adesione e l'aggregazione delle piastrine, che contribuisce alla formazione di un film protettivo sulla superficie della ferita e alla sua guarigione. A volte si possono formare cicatrici ipertrofiche deturpanti di natura cheloide, contenenti molti lipidi, GAG e loro prodotti di degradazione con un ridotto contenuto di collagene. L'ormone corticotropo ipofisario, i glucocorticoidi, l'ormone paratiroideo, le radiazioni ionizzanti, lo stress, la carenza di proteine ​​complete e di vitamina C nella dieta rallentano la guarigione delle ferite. Gli ormoni che stimolano la sintesi del collagene e promuovono la guarigione delle ferite includono la somatotropina, la tiroxina, l'insulina e gli ormoni sessuali.

Come già accennato, la matrice extracellulare è un complesso supramolecolare formato da una complessa rete di macromolecole interconnesse. Nel corpo umano, la matrice extracellulare forma strutture altamente specializzate come cartilagine, tendini, membrane basali e (con la deposizione secondaria di fosfato di calcio) ossa e denti. Queste strutture differiscono tra loro sia nella composizione molecolare che nelle modalità di organizzazione dei principali componenti (proteine ​​e polisaccaridi) nelle varie forme della matrice extracellulare.

collagenosi- un gruppo di malattie in cui tutti i componenti strutturali del tessuto connettivo sono danneggiati: cellule, fibre, sostanza fondamentale. La collagenosi comprende reumatismi, artrite reumatoide, lupus eritematoso sistemico, sclerodermia sistemica, periarterite nodosa, dermatomiosite. Le collagenosi sono il risultato non solo di malattie genetiche, ma possono anche essere acquisite.

Un cambiamento comune legato all'età, comune a tutti i tipi di tessuto connettivo, è la diminuzione del contenuto di acqua e del rapporto sostanza base/fibre. L'indicatore di questo rapporto diminuisce sia a causa di un aumento del contenuto di collagene, sia a seguito di una diminuzione della concentrazione di glicosaminoglicani. Innanzitutto il contenuto di acido ialuronico è notevolmente ridotto. Tuttavia, non solo diminuisce la quantità totale di glicosaminoglicani acidi, ma cambia anche il rapporto quantitativo dei singoli glicani. Allo stesso tempo, si verifica anche un cambiamento nelle proprietà fisico-chimiche del collagene (aumento del numero e della forza dei legami incrociati intra e intermolecolari, diminuzione dell'elasticità e della capacità di rigonfiamento, sviluppo della resistenza alla collagenasi, ecc. ), un aumento della stabilità strutturale delle fibre di collagene (progressione del processo di “maturazione” delle strutture fibrillare del tessuto connettivo). Va ricordato che l'invecchiamento del collagene in vivo non è la stessa cosa dell'usura. È una sorta di risultato dei processi metabolici che si verificano nel corpo che influenzano la struttura molecolare del collagene.

Esistono 2 tipi di collagenasi:

collagenasi tissutale presenti nell'uomo in vari organi e tessuti. Normalmente viene sintetizzato dalle cellule del tessuto connettivo, principalmente fibroblasti e macrofagi. La collagenasi tissutale è un enzima metallo-dipendente che contiene Zn 2+ nel sito attivo. La violazione del catabolismo del collagene porta alla fibrosi di organi e tessuti (principalmente fegato e polmoni). E un aumento della degradazione del collagene si verifica nelle malattie autoimmuni (artrite reumatoide e lupus eritematoso sistemico) a causa dell’eccessiva sintesi di collagenasi durante la risposta immunitaria. Aiuta a ripristinare l'integrità della pelle, formando una cicatrice nel sito della lesione.

Collagenasi batterica sintetizzato da alcuni microrganismi. Per esempio, Clostridium histolyticum(l'agente eziologico della cancrena gassosa) secerne la collagenasi, che scinde la catena peptidica del collagene in più di 200 punti. Questo enzima idrolizza il legame successivo -X-Gly-Pro-U- tra le unità X e Gly. Pertanto, le barriere del tessuto connettivo nel corpo umano vengono distrutte, il che garantisce la penetrazione (o l'invasione) di questo microrganismo e contribuisce alla comparsa e allo sviluppo della cancrena gassosa. L'agente patogeno stesso non contiene collagene e quindi non è influenzato dalla collagenasi.

Ossiprolinuria - idrossiprolina nelle urine? Quanto spesso lo sai? In generale, l'idrossiprolina è un amminoacido insolito e nella sua forma è MOLTO piccolo nel sangue e nelle urine. Ora immagina... trovarlo nelle tue urine? Cosa significa? Ciò significa che sono attivi processi degenerativi nella matrice intercellulare, il collagene viene distrutto e l'idrossiprolina viene rilasciata dal lavoro!

160. Le proteine ​​più importanti delle miofibrille: miosina, actina, actomiosina, tropomiosina, troponina, actinina. Struttura molecolare delle miofibrille.

Miosina costituisce il 50-55% della massa secca delle miofibrille. La miosina ha attività ATPasi, cioè la capacità di catalizzare la scomposizione dell'ATP in ADP e H3PO4. L'energia chimica dell'ATP, rilasciata durante questa reazione enzimatica, viene convertita in energia meccanica del muscolo in contrazione. Il peso molecolare della miosina del muscolo scheletrico è di circa 500.000 (470.000 per la miosina di coniglio). La molecola di miosina ha una forma fortemente allungata, lunga 150 nm. Può essere tagliato senza rompere i legami covalenti in subunità: due catene polipeptidiche pesanti con una mole. del peso di 205.000-210.000 e diverse catene leggere e corte, dicono. la cui massa è di circa 20.000.Si formano catene pesanti α-elica lunga e attorcigliata(“coda” della molecola), l'estremità di ciascuna catena pesante, insieme alle catene leggere, forma un globulo (“testa” della molecola) in grado di legarsi all'actina. Queste "teste" sporgono dallo stelo principale della molecola.

Le catene leggere situate nella "testa" della molecola di miosina e che partecipano alla manifestazione dell'attività ATPasi della miosina hanno una composizione eterogenea. Il numero di catene leggere nella molecola di miosina nelle diverse specie animali e nei diversi tipi di muscoli non è lo stesso.

I filamenti spessi (miofilamenti spessi) in un sarcomero vanno intesi come una formazione ottenuta combinando un gran numero di molecole di miosina orientate in un certo modo nello spazio.

actina, che costituisce il 20% della massa secca delle miofibrille, fu scoperto da F. Straub nel 1942. Sono note due forme di actina: actina globulare (G-actina) e actina fibrillare (F-actina). Molecola di G-actina con un molo. del peso di 42.000 è costituito da una catena polipeptidica (globulo), alla cui formazione prendono parte 374 residui di amminoacidi. Con un aumento della forza ionica a un livello fisiologico, la G-actina polimerizza in F-actina (forma fibrillare). Al microscopio elettronico, le fibre di F-actina appaiono come due fili di perle attorcigliate l'una attorno all'altra (Fig. 20.5).

Actomiosina si forma quando la miosina si fonde con la F-actina. Actomiosina, sia naturale che artificiale, cioè ottenuto combinando preparazioni in vitro altamente purificate di miosina e F-actina, ha un'attività ATPasi che differisce da quella della miosina, l'attività ATPasi della miosina aumenta significativamente in presenza di quantità stechiometriche di F-actina. L'enzima actomiosina è attivato dagli ioni Mg2+ e inibito dall'etilendiamminotetraacetato (EDTA) e da un'elevata concentrazione di ATP, mentre la miosina ATPasi è inibita dagli ioni Mg2+, attivata dall'EDTA e non inibita da un'elevata concentrazione di ATP. Anche i valori di pH ottimali per entrambi gli enzimi sono diversi.

Come notato, oltre alle proteine ​​di base considerate, le miofibrille contengono anche tropomiosina, troponina e alcune altre proteine ​​regolatrici.

Tropomiosina.
La molecola della tropomiosina è costituita da due α-eliche e ha la forma di un bastoncino lungo 40 nm; il suo dire. peso 65000. La tropomiosina rappresenta circa il 4–7% di tutte le proteine ​​della miofibrilla.

Troponina- proteine ​​globulari; il suo dire. peso 80.000. Nei muscoli scheletrici degli animali adulti e dell'uomo, la troponina (Tn) costituisce solo il 2% circa di tutte le proteine ​​miofibrillari. È costituito da tre subunità (Tn-I, Tn-C, Tn-T). TH-I (inibitore) può inibire l'attività dell'ATPasi, TH-C (legante il calcio) ha un'affinità significativa per gli ioni calcio, TH-T (legante la tropomiosina) fornisce un collegamento con la tropomiosina. La troponina si combina con la tropomiosina per formare un complesso chiamato tropomiosina nativa. Questo complesso si lega ai filamenti di actina e rende l’actomiosina del muscolo scheletrico dei vertebrati sensibile agli ioni Ca2+.

È stato stabilito che la troponina (le sue subunità Tn-T e Tn-I) può essere fosforilata con la partecipazione delle proteine ​​chinasi cAMP-dipendenti. Rimane aperta la questione se la fosforilazione della troponina in vitro sia correlata alla regolazione della contrazione muscolare.

alfa actininaè una delle proteine ​​muscolari.

Nelle cellule del tessuto muscolare striato (scheletrico e cardiaco), l'α-actinina è inclusa nella struttura dei dischi Z dei sarcomeri della miofibrilla (vedi Fig. miofibrilla: diagramma). Le estremità dei sottili filamenti del sarcomero costituiti da F-actina sono attaccate alle molecole proteiche dell'α-actina. I dischi Z uniscono i filamenti di actina di ciascuna coppia di sarcomeri sotto forma di fasci ordinati.

Questa proteina è presente anche nel citoplasma delle cellule muscolari lisce. Forma densi corpi amorfi che tengono insieme i filamenti di actina, così come i filamenti di actina e la membrana esterna della cellula. Quando i filamenti di actina e miosina interagiscono, la forza di contrazione dei filamenti di actina attraverso i corpi densi viene trasferita alla membrana esterna della cellula.

Una monografia di un noto specialista indiano nel campo della gerontologia, dedicata ai cambiamenti che avvengono con l'invecchiamento nella struttura e nelle funzioni della cromatina, nell'attività enzimatica, nella struttura e sintesi del collagene, e nell'attività del sistema immunitario ed endocrino. Vengono presi in considerazione anche l'invecchiamento cellulare e le moderne teorie sull'invecchiamento.

È destinato a biologi, biochimici, gerontologi, geriatri.

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Catene separate di collagene si dissociano in un mezzo alcalino o acido e in soluzioni di urea, tiocianato e guanidina cloridrato. Quando riscaldato a 40°C, i legami idrogeno tra le catene si rompono. La quantità di collagene che viene estratta in questo modo è elevata negli animali in via di sviluppo ma diminuisce rapidamente con l’età. Quando il collagene è stato estratto con sale neutro dalla pelle di ratti invecchiati. Da 1,5 a 24 mesi, è stato riscontrato che gli animali più anziani estraevano meno collagene. Allo stesso tempo, il numero di singole catene β estratte è diminuito rapidamente e il numero di trimeri della catena β (?-collagene) è aumentato (Fig. 4.3 e 4.4; Tabella 4.3). Per i dimeri delle catene β (?-collagene), non sono stati osservati cambiamenti.

Tabella 4.3.Rapporto tra diversi tipi di collagene dalla pelle di ratto in funzione dell'età

Sono stati studiati i cambiamenti nei legami incrociati del collagene della pelle bovina durante lo sviluppo degli animali. La pelle degli embrioni contiene numerosi legami incrociati del tipo DDOLNL, che la rendono scarsamente solubile. Alla nascita la percentuale di questi legami incrociati si riduce di circa un terzo. All'età di 6 mesi sono praticamente assenti, vengono sostituiti dalla diossilisisinonorleucina (DOLNL) e dalla frazione C. Fino a 18 mesi, il numero di questi legami crociati aumenta gradualmente e costituisce circa il 95% di tutti i legami crociati. Nella pelle umana, la quantità massima di DDLNL e frazione C si osserva all'età di 17-20 anni.

Durante il periodo di sviluppo, il collagene viene costantemente aggiornato. Apparentemente, il cambiamento nella natura dei legami incrociati e nel loro rapporto durante questo periodo è dovuto alla comparsa di catene α di vario tipo. Lo scambio di collagene rallenta gradualmente, poiché lo sviluppo è accompagnato da una diminuzione del tasso di sintesi e distruzione del collagene. È stato dimostrato che il consumo di acido ascorbico nella pelle dei ratti, che è un cofattore sia della prolil che della lisil idrossilasi, è elevato alla nascita e diminuisce rapidamente con lo sviluppo degli animali. All'età di 6 mesi, il consumo di acido ascorbico è un centesimo del consumo alla nascita. Allo stesso tempo, l'acido ascorbico viene assorbito dalle ossa e dai legamenti per tutta la vita, anche se dopo 12 settimane il suo assorbimento diminuisce. Ovviamente, la sintesi del collagene nella pelle dei ratti all'età di 6-8 settimane praticamente si interrompe, mentre nelle ossa e nei legamenti continua per tutta la vita. Pertanto, l'acido ascorbico è necessario ai mammiferi per tutta la vita per mantenere le normali condizioni di ossa e legamenti. I risultati descritti suggeriscono che la comparsa di rughe sulla pelle in età avanzata può essere associata non solo alla cessazione del metabolismo del collagene nel tessuto, ma anche ad un aumento del numero di legami incrociati tra monomeri di collagene depositati nella pelle a livello prime fasi di sviluppo. È stato riportato che il numero di reticoli nel collagene del tendine della coda di ratto aumenta nell'intervallo di età di 3-100 settimane da 1 su 500.000 a 1 su 50.000, cioè 10 volte. Ciò può modificare non solo le proprietà fisiche del collagene, ma anche la sua capacità di essere estratto con soluzione salina.

Un altro fattore che influenza lo scambio di collagene durante la vita di un animale è l'enzima collagenasi. Questo enzima scinde il legame Gly-Leu nel collagene. L'ormone paratiroideo stimola la sintesi della collagenasi e provoca la demineralizzazione ossea. Nell'utero durante la gravidanza aumenta la sintesi dell'enzima, mentre il progesterone ne inibisce la sintesi. C'è più collagenasi nella pelle di un embrione umano che in un adulto. Se la pelle di un embrione e di un adulto viene coltivata in vitro, una quantità significativa di collagenasi latente e inattiva (zimogeno) viene rilasciata nel mezzo dal primo, ma la collagenasi latente non viene rilasciata dal secondo. Il peso molecolare della collagenasi latente della pelle umana è 55.000-60.000 e la collagenasi attiva è 45.000-50.000. Se l'enzima latente viene fatto passare attraverso una colonna Sephadex G-50 pretrattata con NaI, viene attivato. La tripsina rimuove un peptide dalla molecola dell'enzima con una mole. con una massa di 10000 e lo attiva. Pertanto, l'enzima, apparentemente, viene inattivato legandosi a un inibitore avente una mole. peso 10.000.Il complesso enzima-inibitore (collagenasi latente) viene attivato da agenti bloccanti i tioli, come l'acetato di 4-amminofenilmercurio. La natura dell’inibitore deve ancora essere stabilita, ma è chiaro che l’attività della collagenasi può essere un altro punto di controllo per il metabolismo del collagene e i cambiamenti nella sua struttura durante l’invecchiamento.

Secondo una delle teorie dell'invecchiamento basata sulla formazione di legami crociati, un aumento del numero di tali legami crociati nel collagene e in altre macromolecole extracellulari provoca un cambiamento nelle proprietà fisiche e chimiche dei tessuti connettivi. La prova a favore di questa teoria è che l’estraibilità del collagene dalla pelle e la sua scissione da parte della collagenasi diminuiscono con l’età, mentre la sua stabilità termica e la forza di contrazione aumentano. Anche se l'aumento del numero di legami crociati provoca questi cambiamenti e influenza il funzionamento dei tessuti connettivi durante l'invecchiamento dell'animale, l'invecchiamento di altri tessuti che non dispongono di una grande quantità di matrice extracellulare e di collagene deve avere altre cause. Inoltre, la formazione di legami incrociati avviene dopo la modifica da parte della lisil ossidasi. Anche i cambiamenti nel contenuto di questo enzima nei tessuti connettivi con l'età possono essere la causa di un aumento del numero di legami incrociati.

Numerosi studi hanno riportato che il numero di legami incrociati nel collagene aumenta con l’invecchiamento. Tuttavia, studi più recenti non supportano questa conclusione. Quando il numero di legami crociati è stato misurato nel tendine di mucche di 3 e 12 anni dopo la scissione del collagene con bromuro di cianogeno, non è stata riscontrata alcuna differenza nel numero di legami crociati covalenti. Nel determinare il numero di legami incrociati formati dalla piridinolina nel collagene dei legamenti costali e nel tendine di Achille di ratti e esseri umani, è stato dimostrato che negli esseri umani dopo 30 anni diminuisce e nei ratti dopo la maturità aumenta. I principali tipi di legami crociati - ossilisisinonorleucina (OLNL) e diossilisisinonorleucina (DOLNL) non cambiano con l'età, cioè la formazione di legami crociati nel collagene non è, apparentemente, la causa principale dell'invecchiamento. È stato suggerito che la diminuzione della solubilità del collagene con l'età possa essere determinata dalla stabilizzazione dei legami incrociati labili. Sono necessari ulteriori studi per stabilire se il numero di legami crociati cambia con l’età.

A questo proposito, tre tipi di reazioni sono di particolare interesse. La prima riguarda le reazioni dei monosaccaridi, glucosio e galattosio, con aldeidi formate da residui di lisina e ossilisina. Nella pelle del toro l'intensità di queste reazioni aumenta con l'età. Poiché i composti esosilici qui menzionati non possono formare legami con altre catene α, queste reazioni riducono il numero di potenziali siti di reticolazione. Il ruolo di questi cambiamenti non è chiaro, ma potrebbero essere responsabili dell’aumento della fragilità della pelle e delle ossa in età avanzata.

Il secondo tipo di reazioni è l'interazione dell'allisina con l'ossilisina per formare aldimina o l'interazione dell'ossilisina con l'ossilisina o la lisina per formare chetoammine che sono più stabili delle aldimine. La percentuale di tali legami crociati nei tendini umani, bovini e di ratto aumenta durante il periodo della loro crescita, ma poi diminuisce. Questi cambiamenti possono essere regolati dal livello di lisilidrossilasi, che a sua volta dipende da altri fattori.

Il terzo tipo di reazione è la determinazione dei legami crociati mediante riduzione con 3 H-boroidruro. Con l'età, la quantità di trizio inclusa diminuisce. Forse la ragione di ciò è una diminuzione della percentuale di tali legami incrociati. Allo stesso tempo, la ragione della diminuzione dell’inclusione di trizio potrebbe essere che questi legami crociati diventano più stabili in età avanzata e, quindi, non vengono ripristinati.

Nella prima fase dello sviluppo non cambiano solo il numero e la stabilità dei legami crociati nei tessuti, ma anche i tipi di collagene. Come mostrato in precedenza, il rapporto tra collagene di tipo I e III cambia nella pelle e, possibilmente, in altri tessuti. I condrociti normalmente sintetizzano il collagene di tipo II in colture in vitro, ma quando trattati con bromodeossiuridina, un analogo della timidina, sintetizzano il collagene di tipo I e un altro tipo di collagene normalmente non presente nei tessuti. Il collagene di tipo I viene sintetizzato anche dai vecchi condrociti. Se il collagene di tipo II viene solitamente sintetizzato nei legamenti, il collagene di tipo I appare nei legamenti delle articolazioni nell'osteoartrosi. Sarebbe fondamentale scoprire se questo sia il motivo della diminuzione della matrice collagenica nell'osteoporosi in età senile. La sintesi degli osteoblasti del collagene di tipo I potrebbe essere sostituita da un altro tipo di sintesi del collagene? In una malattia congenita - l'osteogenesi imperfetta - in cui le ossa diventano molto fragili, i fibroblasti cutanei in coltura sintetizzano grandi quantità di collagene di tipo III. Alcune malattie legate al collagene si verificano a causa di una diminuzione del livello di enzimi specifici necessari per la sua sintesi. Non è noto se ciò si traduca in uno spostamento della sintesi o in un’inibizione della sintesi del collagene di tipo I. Ognuno di questi cambiamenti può influenzare la capacità della matrice di promuovere la cristallizzazione dell'apatite, con conseguente osso che può diventare più fragile, poiché è noto che tutti i tipi di collagene, tranne il tipo I, formano fibre amorfe.

I cambiamenti strutturali del collagene durante l’invecchiamento possono essere dovuti a diversi fattori. Uno di questi potrebbe essere un cambiamento nella sintesi di varie catene β codificate da geni diversi. In questo caso, è interessante scoprire qual è la ragione per cui si attiva il gene per le catene ? di un tipo e si "spegne" il gene per le catene ? di un altro tipo? Allo stesso tempo, l’attività della prolil e della lisil idrossilasi, della lisil ossidasi e delle glicosiltransferasi, che influenzano la formazione dei legami incrociati, può cambiare con l’età e ciò può riflettersi anche in cambiamenti strutturali legati all’età. È noto che i livelli di questi enzimi cambiano con l’età. Allora cosa determina il livello della loro sintesi? Uno dei fattori determinanti può essere lo scambio di collagene, che dipende dall'attività della collagenasi. La collagenasi, quando non è necessaria, esiste in forma inattiva. La sintesi di questo enzima, così come la sintesi del suo inibitore e l'attivazione della collagenasi inattiva, possono essere determinate da vari fattori, il cui livello, a sua volta, può cambiare con l'età.

Pertanto, si può presumere che i cambiamenti strutturali del collagene dipendenti dall'età si verifichino a causa di cambiamenti nel livello di alcuni enzimi e, quindi, siano cause secondarie dell'invecchiamento. Qualsiasi danno ai centri primari, cioè al genoma, a seguito del quale la sintesi degli enzimi coinvolti nella sintesi delle catene β, la loro degradazione e modifica può cambiare, può portare a una violazione della struttura del collagene e quindi la sua funzione. Ciò implica la necessità di studiare i cambiamenti nella regolazione della sintesi di questi enzimi e di diversi tipi di catene α a livello del genoma; solo allora si potranno comprendere gli eventi molecolari associati ai cambiamenti nella struttura del collagene in funzione dell'età. Il polimorfismo delle molecole di collagene e gli spostamenti nei rapporti dei tipi di collagene nei tessuti osservati nel corso della vita sono simili a quei fenomeni che si verificano per gli isoenzimi lattato deidrogenasi e alanina aminotransferasi. Tutto ciò può essere spiegato dalla diversa attività dei geni che codificano le proprietà dei diversi tipi di catene α. L'attività genetica può essere determinata da fattori i cui livelli cambiano nel corso della vita. Questo punto di vista è supportato dal fatto che la sintesi del collagene durante il periodo di sviluppo postembrionale di un nematode a vita libera Panagrellus silusiaeè intermittente e ogni epidemia successiva coincide con un aumento del livello di prolil idrossilasi.

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