Участие витамина с в синтезе коллагена биохимия
На примере коллагена -I: характерен для кости, является основным белком дентина. (закрепляем материал по посттрансляционному процессингу белка и ферментам микросомального окисления)
Коллаген синтезируется в фибробластах в виде высокомолекулярного предшественника – проколлагена.
На этапах синтеза коллагена после включения пролина и лизина в полипептидную цепь происходит их гидроксилирование (специфично для молекулы коллагена). Образование гидроксипролила и гидроксилизила катализируют железосодержащие ферменты — пролилгидроксилаза и лизилгидроксилаза, их кофактор — аскорбиновая кислота. Гидроксилирование аминокислот является диоксигеназной реакцией, т.е. молекула кислорода одновременно окисляет два субстрата (аминокислоту и a-кетоглутарат):
В результате реакции образуются оксипролин и сукцинат (в молекулу которого включён второй атом кислорода из молекулы О2) и выделяется СО2. Реакция высокоспецифична – остатки пролина и лизина подвергаются гидроксилированию, если они расположены со стороны аминогруппы глицинового остатка. Аскорбиновая кислота работает как восстановительный агент, благодаря которому железо в активном центре фермента сохраняется в форме Fe2+. При недостатке витамина С синтез коллагена нарушается, возникает непрочность коллагеновых волокон, кровоточивость десен, расшатывание зубов (проявления цинги). Расшатывание зубов обусловлено, главным образом, недогидроксилированием вновь синтезированного коллагена периодонтальной связки. Такой коллаген плохо агрегирует.
К остаткам гидроксилизина под действием сначала галактозилтрансферазы, затем глюкозилтрансферазы присоединяются углеводные единицы (сначала – одна галактоза, затем некоторые галактозы достраиваются до дисахарида – галактоза-глюкоза).
Гидроксилирование и трансферазная реакция происходят во вновь синтезированном коллагене, ещё не претерпевшем спирализации в просвете эндоплазматического ретикулюма. Затем каждая про-a-цепь с помощью водородных связей объединяется с двумя другими в молекулу проколлагена, которая секретируется в межклеточный матрикс.
• Проколлаген имеет более длинные цепи, чем тропоколлаген. Дополнительные концевые фрагменты не образуют обычную трехцепочечную спираль, а объединяются друг с другом в глобулярные домены, структура которых совершенно не похожа на уникальную линейную структуру зрелого коллагена (например, есть дисульфидные мостики). Это препятствует агрегации и образованию фибрилл внутриклеточно, что было бы фатальным для клетки. Вне клетки протеолитические ферменты последовательно удаляют оба домена – N-концевой и С-концевой (маркёры синтеза коллагена).
Ниже Более подробная схема синтеза коллагена
После того как во внеклеточном пространстве сформировались коллагеновые фибрилы, их прочность существенно увеличивается, так как образуются ковалентные сшивки между остатками лизина внутри и между молекулами тропоколлагена,укрепляя четвертичную структуру.
Сшивки создаются в несколько этапов.
I этап. Вначале некоторые остатки лизина и гидроксилизина дезаминируются лизилоксидазой с образованием альдегидных групп, обладающих высокой реакционной способностью. Затем эти группы самопроизвольно реагируют с образованием ковалентных связей друг с другом или с другими остатками лизина или гидроксилизина.
II этап. Альдегидные группы самопроизвольно взаимодействуют друг с другом, образуя альдольные поперечные связи коллагена, или реагируют с аминогруппой остатков лизина или 5-гидроксилизина (рис. А), обеспечивая образование бифункциональных ковалентных сшивок между соседними молекулами тропоколлагена.
РИС А
Если в реакции участвует аллизин, то она протекает по механизму альдиминной конденсации. При этом по иминной связи промежуточного соединения присоединяются 2 атома Н. В результате образуются сшивки с группировкой -NH- в середине – лизиннорлейцин или гидроксилизиннорлейцин (рис. А).
Присутствие гидроксильной группы в 5 положении гидроксиаллизина предопределяет течение реакции по механизму кетоиминной конденсации (рис Б). В этом случае в цепи получившейся поперечной сшивки лизино-5-кетонорлейцина или гидроксилизино-5-кетонорлейцина вместе с группировкой -NH- присутствует кето-группа.
Цепочки таких перемычек достаточно длинные, чтобы иметь некоторую гибкость, а ковалентное соединение атомов придаёт им высокую прочность и закрепляет регулярную структуру микрофибрилл коллагена.
Поперечные бифункциональные сшивки имеют свой вариант упорядоченности: каждый концевой телопептид тропоколлагена соединён перемычкой с расположенным на том же уровне участком смежной молекулы (рис. 9). Подобная локализация и прочность сшивок позволяет обнаружить их в составе N- и C-телопептидов, отщепляемых при распаде коллагена (для идентификации таких специфичных фрагментов разработаны методы, основанные на иммуноферментном анализе).
РИС Б
Бифункциональные связки наиболее присущи фибриллообразующим коллагенам типа I, II и III, причём в зависимости от вида ткани преобладает какой-либо определённый вид сшивки.
III этап. По мере созревания ткани возникают перемычки и между микрофибриллами. В бифункциональных сшивках сохраняются реакционноспособные атомы, которые постепенно вступают в реакции дополнительной конденсации с образованием трифункциональных сшивок, имеющих в центре гетероцикл – пиридиниевое или пиррольное кольцо (рис. В, Г). Эти процессы протекают также неферментативно путём спонтанного взаимодействия кетоиминной двойной сшивки одной микрофибриллы с альдегидным радикалом, расположенным в телопептидной части другой микрофибриллы.
Если в реакции участвуют 5-гидроксиаллизин и уже сформированная сшивка гидроксилизино-5-кетонорлейцина, то продукт – гидроксилизил-пиридинолин (рис. В).
В большинстве тканей это главная трифункциональная сшивка коллагенов.
В минерализуемых тканях (кость, ткани зуба) число пиридиниевых сшивок в 5-10 раз меньше, чем в хряще и сухожилиях, причём чаще всего здесь встречается лизил-пиридинолин – вариант с негидроксилированной цепочкой в перемычке, образованной с участием лизино-5-кетонорлейцина. Более того, для минерализованных тканей характерны сшивки пиррольного типа, которые образует негидроксилированный аллизин, соединяясь с бифункциональной сшивкой гидроксилизино-5-кетонорлейцином (рис. Г). Из всех трифункциональных перемычек для минерализуемых тканей специфичен именно гидроксилизилпиррол. Дополнительные перемычки циклического характера нужны для повышения механической прочности волокон коллагена.
В
Источник
Источники
Свежие овощи и фрукты (по убыванию количества): шиповник, смородина, клюква, брусника, перец сладкий, укроп, капуста, земляника, клубника, апельсины, лимоны, малина.
При составлении рациона необходимо учитывать реальные условия. Например, несмотря на высочайшее содержание аскорбиновой кислоты в шиповнике (около 500 мг на 100 г свежей ягоды), на практике он несущественный источник, т.к. мало кто ест свежий шиповник как таковой, а при температурной обработке, длительном хранении и на свету большая часть витамина разрушается. Такая же ситуация с лимонами (400 мг на 100 г, один лимон среднего размера) и 1 долька в кружке горячего чая), различной зеленью, вареньем из ягод.
Суточная потребность
- младенцы – 30-35 мг,
- дети от 1 до 10 лет – 35-50 мг
- подростки и взрослые – 50-100 мг.
Строение
Витамин является производным глюкозы. Его синтез осуществляют все организмы, кроме приматов и морских свинок.
Строение
аскорбиновой кислоты
Биохимические функции
Витамин С не является коферментом в привычном понимании. Он используется как донор электронов, например, для восстановления ионов металлов (железо, медь), входящих в состав активного центра оксидоредуктаз, после осуществления ферментом своей реакции.
Окисление аскорбиновой кислоты в биохимической реакции
1. Реакции гидроксилирования:
- пролина и лизина в их гидроксиформы при «созревании» коллагена,
- при синтезе гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, желчных кислот,
- при синтезе гормонов надпочечников (кортикостероидов и катехоламинов) и тиреоидных гормонов,
Пример реакции с участием аскорбиновой кислоты
- при синтезе биогенного амина нейромедиатора серотонина,
- при синтезе карнитина (витаминоподобное вещество Вт), необходимого для окисления жирных кислот.
2. Восстановление неорганического иона железа Fe3+ в ион Fe2+ в кишечнике для улучшения всасывания и в крови (высвобождение из связи с трансферрином).
3. Участие в иммунных реакциях:
- повышает продукцию защитных белков нейтрофилов,
- высокие дозы витамина стимулируют бактерицидную активность и миграцию нейтрофилов.
Видимо, именно данная функция повышает потребность организма в аскорбиновой кислоте при простудных и инфекционных заболеваниях до 1,0-1,5 г.
4. Антиоксидантная роль сводится к:
- восстановлению окисленного витамина Е,
- лимитирование свободнорадикальных реакций благодаря взаимодействию с супероксид-анион-радикалом, гидроксил-радикалом, синглетным кислородом,
- снижает окисление липопротеинов в плазме крови и, таким образом, оказывает антиатерогенный эффект.
Показано, что прием аскорбиновой кислоты в дозе 300 мг/сут понижает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний на 30%.
Гиповитаминоз С
Причина
Пищевая недостаточность, тепловая обработка пищи (потери от 50 до 80%), длительное хранение продуктов (каждые 2-3 месяца количество витамина сокращается наполовину).
В весенне-зимний период дефицит витамина захватывает, в зависимости от региона, 25-75% населения России.
Клиническая картина
Так как особенно интенсивно аскорбиновая кислота накапливается в надпочечниках и тимусе, то ряд симптомов связана со сниженной функцией этих органов. Отмечается нарушение иммунитета, особенно легочного, развивается общая слабость, быстрая утомляемость, похудание, одышка, боли в сердце, отек нижних конечностей. У мужчин происходит слипание сперматозоидов и возникает бесплодие.
Снижается всасываемость железа в кишечнике, что вызывает снижение синтеза гема и гемоглобина и железодефицитную анемию. Уменьшается активность фолиевой кислоты – это приводит к мегалобластической анемии.
У детей дефицит аскорбиновой кислоты приводит к болезни Меллера-Барлоу, проявляющуюся в поражении костей: разрастание и минерализация хряща, торможение рассасывания хряща, корытовидное западение грудины, искривление длинных трубчатых костей ног, выступающие четкообразные концы ребер. Цинготные четки, в отличие от рахитических, болезненны.
Полное отсутствие витамина приводит к цинге – самому известному проявлению недостаточности аскорбиновой кислоты. При этом наблюдается нарушение синтеза коллагена, гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфата, что приводит к поражению соединительной ткани, ломкости и проницаемости капилляров и к ухудшению заживления ран. Сопровождается дегенерацией одонтобластов и остеобластов, ухудшается состояние зубов.
Все животные способны синтезировать витамин С самостоятельно, только приматы и морские свинки утратили эту способность и должны получать аскорбиновую кислоту с пищей.
Лекарственные формы
Аскорбиновая кислота чистая или с глюкозой. Аскорутин (в комплексе с биофлавоноидом рутином).
Источник
Треть всего белка в человеческом организме — это коллаген[1]. На греческом языке слово «коллаген» означает «рождающий клей», и, хотя изначально речь шла о физико-химических свойствах фибриллярного белка, название оказалось пророческим: без него наш организм действительно начинает «расклеиваться». Поэтому для стимуляции выработки коллагена на оптимальном уровне приходится принимать дополнительные меры.
Что такое коллаген и почему он так важен для организма?
Коллаген — основа всех соединительных тканей. Соединительная ткань — это структуры, которые как каркас «собирают» наш организм в единое целое.
Белковая основа костей, хрящей, суставных сумок, связок — коллаген. Он же содержится в синовиальной (внутрисуставной) жидкости, обеспечивающий плавное скольжение суставных хрящей между собой, входит в состав костей и поддерживает их упругость. Коллаген делает прочной сосудистую стенку, сохраняя ее тонус (главная причина варикозного расширения вен — нарушение структуры коллагена). Данный белок содержится и в фасциях (тонких пленках, покрывающих мышечные пучки), за счет чего они могут свободно скользить, сокращаясь и удлиняясь. И, конечно же, коллаген поддерживает плотность и упругость нашей кожи, защищая ее от появления морщин. До 75% состава кожи занимает именно этот белок.
Почему выработка коллагена с возрастом снижается и чем это грозит
В человеческом теле процессы синтеза новых белков и распада старых всегда происходят параллельно друг другу. Структура белков может повреждаться под действием ультрафиолета (этот процесс известен как фотостарение), активных форм кислорода (перекисное окисление), чрезмерно высокого содержания сахара в крови (гликация), токсинов бактерий и вирусов, тяжелых металлов и других веществ, с которыми так или иначе взаимодействует организм. Обычно в этом нет ничего катастрофического: просто организм «разбирает» поврежденные молекулы белков до основных кирпичиков — аминокислот, а на их месте синтезирует новые белковые молекулы. То же самое происходит и с коллагеном. В молодости естественные процессы разрушения (деградации) старого коллагена и синтеза нового сбалансированы. Но с возрастом баланс сдвигается в пользу разрушения. Особенно у женщин.
Дело в том, что большинство метаболических процессов в женском организме регулируется половыми гормонами — эстрогенами. Обмен коллагена не исключение. Эстрогены, с одной стороны, активируют выработку коллагена специальными клетками — фибробластами, с другой — тормозят процесс деградации собственного коллагена, защищая его от перекисного окисления.
Снижение уровня эстрогенов в женском организме начинается уже после 35 лет. Именно тогда и появляются первые «звоночки», оповещающие о недостатке коллагена: снижается упругость кожи, сама кожа становится суше, возникают первые морщины. После 40 лет снижение уровня женских половых гормонов становится ощутимым, и совсем быстро он начинает падать в пременопаузе и в первые годы после менопаузы.
Параллельно снижается и синтез коллагена. Вслед за кожей становятся сухими и ломкими волосы, начинают хуже расти и истончаются ногти. Далее появляются проблемы с суставами (остеохондрозы, артрозы), мышцы теряют эластичность. Становятся хрупкими и кости — для них важен не только кальций и витамин D, но и коллаген, составляющий эластичный каркас костной ткани, в ячейки которого откладываются соединения кальция, придающие костям прочность.
Как можно стимулировать синтез белка
Что нужно для выработки коллагена? Прежде всего — «строительные материалы». Организм не может создать белок из ничего: для синтеза молекулы коллагена ему необходимы аминокислоты, особенно глицин, пролин, лизин. Если первые два вещества организм может синтезировать сам, то лизин — это незаменимая аминокислота. Она не вырабатывается в человеческом теле и должна поступать извне с продуктами, богатыми белком. Особенно много лизина в твердых сырах, индейке, горбуше, креветках.
Но аминокислоты — еще не все. Нужны минералы: сера, медь, железо. А регулируют процесс выработки коллагена витамины: С, D, А, Е. Все это, разумеется, тоже должно поступать в организм с пищей.
Итак, первое условие нормальной выработки коллагена в организме человека — правильное и полноценное питание, включающее в себя белок (лучше животный), витамины и минералы. Чем разнообразнее питание, тем оно более полноценно. Женщинам в зрелом возрасте также рекомендуется включать в рацион природные источники фитоэстрогенов — продукты на основе сои, семена льна, кунжута. Они поддержат нормальный гормональный баланс, от которого напрямую зависит регуляция синтеза коллагена.
Второе необходимое условие — правильный образ жизни, подразумевающий адекватную нагрузку. Как говорилось выше, коллаген — это не только кожа, но и кости, суставы, мышцы. И чтобы их структура регулярно обновлялась, опорно-двигательный аппарат должен получать оптимальную для него нагрузку. Особенно важны в этом отношении силовые упражнения — они не только укрепляют мышечный каркас, но и замедляют развитие остеопороза. Женщинам, которые чураются тяжелоатлетических упражнений с гантелями и штангой, подойдет, например, кроссфит, силовая йога или пол-дэнс.
К правильному образу жизни можно отнести и особый уход за кожей. Стимулируют выработку коллагена в ней кремы и сыворотки с витамином С или ретинолом (витамином А) в различных формах. Те, кто не пренебрегает походами к косметологу, могут воспользоваться ретиноловыми пилингами, мезотерапией и биоревитализацией. Из аппаратных методов подойдут лазерные и ультразвуковые воздействия, RF-лифтинг. Смысл всех этих способов аппаратного воздействия состоит в том, что после дозированного повреждения, нанесенного коже, она начинает интенсивно восстанавливаться, активируя выработку собственного коллагена.
Чтобы поддержать организм, часто принимают биологически активные добавки, содержащие витаминно-минеральные комплексы и фитоэстрогены. Проблема в том, что современной активной женщине, совмещающей карьеру и семью, обычно не до кулинарных изысков: разнообразие и польза уступают практичности. Поэтому семейное меню чаще всего сводится к привычному набору из пяти–десяти блюд, не требующих особенного времени и сил для приготовления, а то и вовсе к полуфабрикатам. В таких условиях говорить о полноценном наборе в пище витаминов и минералов, необходимых для синтеза коллагена, не приходится.
К тому же даже при идеальном питании могут обнаружиться подводные камни. Например, фитоэстрогены льна полноценно усваиваются только из размолотых зерен: если просто посыпать ими салат, как чаще всего и рекомендуется делать, большинство семян попадут в желудок неповрежденными и благополучно покинут организм, не «поделившись» с ним фитоэстрогенами, то есть естественным путем в непереваренном виде. Но едва ли многие готовы регулярно делать домашнюю выпечку с добавлением льняной муки.
Еще интереснее ситуация с фиотэстрогенами сои. Для того чтобы природные соединения изофлавонов сои приобрели эстрогеноподобные свойства, они должны подвергнуться обработке ферментами, вырабатываемыми кишечной микрофлорой. У жителей Азии, для которых соевые продукты — часть нормального рациона (ежедневно употребляется 18–63 мг соевых изофлавонов[2]), соответствующая микрофлора развита в достаточной степени, чтобы употребление природных фитоэстрогенов давало положительный эффект. Европейцы же получают с пищей менее 2 мг изофлавонов (!) — разумеется, необходимой для их адекватного усвоения микрофлоры у жителей Европы попросту нет. Поэтому женщинам, не употреблявшим всю жизнь блюда традиционной азиатской кухни, для поддержки синтеза коллагена лучше использовать не растения с фитоэстрогенными свойствами, а биологически активные добавки со стандартизированным содержанием очищенных изофлавонов в легкоусвояемой организмом форме.
Итак, коллаген — один из главных белков организма, он необходим для здоровья и красоты. Поддержать его естественную выработку даже в зрелые годы можно с помощью правильного питания, включающего все необходимые макро- и микронутриенты, ведения здорового образа жизни и приема витаминно-минеральных комплексов, содержащих фитоэстрогены.
Источник