Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации Кафедра биохимии
Опорно-двигательная функция Защитная функция (формирование каналов и полостей) Кроветворная функция Буферная функция (поддержание кислотно-основного равновесия) Депонирование минералов и регуляция минерального обмена
Остеобласты (неактивные и активные) синтезируют коллаген синтезируют ферменты, обеспечивающие минерализацию стимулируют формирование и дифференцировку остеокластов Имеют рецепторы к кальцитриолу, паратгормону, эстрогенам, цитокинам, факторам роста Остеокласты (формируются путём слияния циркулирующих в крови моноцитов и макрофагов) синтезируют и секретируют ферменты, разрушающие органические составляющие косного матрикса Дифференцировку и образование остеокластов стимулируют простагландины, цитокины, инсулиноподобный фактор роста, секреторные белки остеобластов. Остеоциты (занимают небольшие полости, сообщаются друг с другом системой канальцев) метаболически активны НЕ синтезируют компоненты матрикса осуществляют контроль посекундного колебания уровня Ca и Р в крови секретируют медиаторы, инициирующие костное ремоделирование и обеспечивающие адаптацию костной ткани к механической нагрузке.
Минеральные вещества: составляют остов кости придают форму кости придают прочность защитным каркасам кости представляют депо минеральных веществ организма Минеральные вещества составляют 1/3 – 1/4 объёма кости. Включают 99% кальция, 85% фосфора, 60% магния, 25% натрия всего организма. Содержит 1200 г кальция и 580 г фосфора фосфат кальция (октакальций фосфат, дикальций фосфат, трикальций фосфат, аморфный фосфат кальция) Карбонаты Бикарбонаты Фториды Гидроксиды Цитраты Соли магния, натрия, калия Гидроксиапатит Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2
Гидроксиапатит Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 2(ОН) - Кристалл состоит из 2000 таких элементарных ячеек, имеет гексагональную форму. Размер кристалла костной ткани 20 х 5 х 1,5 нм
В норме молярное соотношение кальций/фосфат = 10:6 Возможны изменения состава вследствие замещения ионов: Са 2+ PO 4 3- ОН - Mg 2+ Sr 2+ Na + реже: Mo 2+ Ba 2+ Cr 3+ Pb 2+ K + 2H + HPO 4 2- H 2 PO 4 - CO 3 2- AsO 3 2- С 6 Н 3 О 6 3– ( цитрат ) Cl - F - Br - I - реже : H 2 O CO 3 2– О 2 Кристаллы хрупкие, более аморфные А) изоморфное замещение Б) изоионное замещение
Реакции изоморфного замещения протекают в несколько стадий: обмен ионов между тканью межпризменного пространства и гидратной оболочкой (в течении нескольких минут) обмен ионов между гидратной оболочкой и поверхностным слоем кристалла (в течении нескольких часов) перемещение ионов из поверхностного слоя в глубь кристалла (в течении нескольких дней – месяцев) Варианты замещений: Са 10 (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + Sr 2+ → Са 9 Sr (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + C а 2+ Са 10 (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + 2Н + → Са 9 Н 2 (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + C а 2+ Са 10 (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + Mg 2+ → Са 9 Mg (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + C а 2+ Са 10 (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + 3 СО 3 2– → Са 10 (РО 4 ) 4 (СО 3 ) 3 (ОН) 2 + 2 РО 4 3– Са 10 (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + НРО 4 2– → Са 10 (НРО 4 )(РО 4 ) 5 (ОН) 2 + РО 4 3– Са 10 (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + 2НРО 4 2– → Са 9 (НРО 4 ) 2 (РО 4 ) 4 (ОН) 2 + Са 2+ + 2РО 4 3– Са 10 (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + F – → Са 10 (РО 4 ) 6 (ОН) F + ОН – Са 10 (РО 4 ) 6 (ОН) 2 + 2 F – → Са 10 (РО 4 ) 6 F 2 + 2ОН –
Коллаген I типа Остеонектин Остеокальцин Сиалопротеин Остеопонтин Протеогликаны Неколлагеновые белки GLA- протеин матрикса Тромбоспондин
КОЛЛАГЕН I ТИПА Синтезируется остеобластами Гликопротеин. Состоит из двух α 1-цепей и одной α 2-цепи. Содержит больше гидроксипролина, меньше гидроксилизина. В качестве углевода – галактоза. Содержит десмозин и изодесмозин, больше характерные для эластина. Образует меньше межцепочечных ковалентных связей. Содержит фосфорилированные остатки серина, участвующие в связывании кальция. Является матрицей для процесса минерализации
ОСТЕОНЕКТИН Синтезируется остеобластами и остеоцитами Гликопротеин. Содержит много Глу и Асп, которые с помощью карбоксильных групп фиксируют Ca 2+.. Содержит много Лиз и Арг, которые своими аминогруппами присоединяют фосфат-анионы. Имеет центры связывания с коллагеном. Взаимодействие с лигандами регулируют ионы кальция, присоединение которых изменяет заряд, конформацию белка и повышает его сродство к коллагену и гидроксиапатиту. Формирует центры кристаллизации Инициирует процесс минерализации
ОСТЕОКАЛЬЦИН Синтезируется остеобластами, остеоцитами и одонтобластами Низкомолекулярный белок (49 аминокислот). Содержит 3-5 остатков γ -карбоксиглутаминовой кислоты, образующейся в ходе посттрансляционной модификации с участием К-зависимой глутамилкарбоксилазы. Связывая Са 2+, снижает концетрацию ионов в межклеточном матриксе. Комплекс «остеокальцин-Са 2+ », присоединяясь к моноцитам и преостеокластам, стимулирует их дифференцировку. Синтез ингибируется паратгормоном и активируется кальцитриолом. Связывание кальция и ОГРАНИЧЕНИЕ минерализации Активация остеокластов
GLA -протеин матрикса Синтезируется остеобластами на ранних стадиях развития кости Содержит 5 остатков γ -карбоксиглутаминовой кислоты, с помощью которых он участвует в Са 2+ -зависимом взаимодействии с полярными головками липидов мембран остеокластов. Синтез ингибируется паратгормоном и активируется кальцитриолом. Снижение скорости минерализации Активация остеокластов
СИАЛОПРОТЕИН Синтезируется остеобластами и одонтобластами Гликопротеин (12% - сиаловая кислота). Присутствует только в минерализованных тканях. 30% остатков серина фосфорилированы. Содержит несколько участков повторов Глу, сульфатированные остатки тирозина и кератансульфат. Содержит последовательность –Арг-Глу-Асп-, комплементарную рецепторам интегрина остеокластов. Наличие большого количества отрицательно заряженных структур позволяет белку взаимодействовать кальцием и гидроксиапатитами. В фосфорилированном виде стимулирует резорбцию. Синтез тормозится витамином Д. Активация остеокластов Прикрепление чистой зоны клеток к поверхности кости
ОСТЕОПОНТИН Синтезируется остеобластами и остеоцитами Подобен сиалопротеину, но с более низким содержанием углеводов. Содержит последовательность –Арг-Глу-Асп-, комплементарную рецепторам интегрина остеокластов. Подвергается множеству посттрансляционных модификаций (гликозилирование, сульфатирование, фосфорилирование по серину). Содержит несколько повторов, богатых Асп, способных связываться с апатитами. В центре белковой молекулы находится фрагмент –Арг-Глу-Асп-, комплементарный рецепторам интегринов «чистой» зоны остеокластов. В фосфорилированном виде стимулирует резорбцию. Синтез активируется кальцитриолом. Активация остеокластов Прикрепление «чистой» зоны клеток к поверхности кости.
ТРОМБОСПОНДИН Синтезируется остеобластами Является самым крупным гликопротеином минерализованного матрикса. Состоит из 3 идентичных субъединиц, связанных дисульфидными мостиками. Каждая субъединица имеет несколько доменов, комплементарных – фибронектину, коллагену I типа, остеонектину, гепарансодержащим протеогликанам, ионам кальция. Содержит последовательность –Арг-Глу-Асп-, комплементарную рецепторам интегрина остеокластов. Сродство центров связывания к интегринам клеточных мембран регулируется ионами кальция. Активация остеокластов
ПРОТЕОГЛИКАНЫ Синтезируется остеобластами и остеоцитами Составляют 10% фракции неколлагеновых белков. Содержание и состав изменяются в зависимости от стадии развития и типа минерализованной ткани. ГАГ представлены хондроитинсульфатами, дерматансульфатами и кератансульфатами. Связывают Са 2+, формируя пул ионов для последующей минерализации. В зоне кальцификации происходит гидролиз корового белка и освобождение ионов. Высокополимерные протеогликаны звмещаются малыми протеогликанами – декорином и бигликаном, содержащими не более двух гликозаминогликановых цепей. Участие в минерализации Регуляция размера и расположения фибрилл коллагена
Цитрат составляет до 1% общей массы костной ткани!!!!! Место синтеза – митохондрии ОСТЕОБЛАСТОВ. Основная часть его – во внеклеточном пространстве. С ионами кальция цитрат образует растворимые или НЕрастворимые соли. Тип соли определяется рН! В кислой среде: В щелочной среде: Н 2 С–СООН НО–С–СОО – Н 2 С–СОО – Н 2 С–СООН НО–С–СОО Н 2 С–СОО Са 2+ Са Н 2 С–СОО – НО–С–СОО – Н 2 С–СОО – Н 2 С–СОО – Са – ООС–СН 2 НО–С–СОО – Са – ООС–СН Н 2 С–СОО – Са – ООС–СН 2 3Са 2+ 2
ФЕРМЕНТЫ Место выработки Роль Щелочная фосфатаза ( рН опт = 9,6) Остеобласты Осуществляет дефосфорилирование фосфорорганических соединений, способствуя увеличения пула РО 4 3- и обеспечивая ОСТЕОГЕНЕЗ. Проявляет фосфотрансферазную активность, приводящую к изменению активности регуляторов минерализации Кислые фосфатазы ( рН опт =5,2) Остеокласты Дефосфорилируя остеопонтин и сиалопротеин, нарушает прикрепление остеокластов к поверхности кости, тем самым замедляя скорость резорбции костной ткани. Пирофосфатаза Остеобласты Осуществляя гидролиз пирофосфата, обеспечивает формирование пула РО 4 3- для образования гидроксиапатитов.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! БУДЬТЕ ЗДОРОВЫ!
