Коллаген витамин с биохимия

Краткий обзор некоторых кофакторов, участвующих в синтезе коллагена

Качественные коллагеновые волокна — одна из основных составляющих здоровой кожи. Поэтому большое количество косметологических методов направлено на восстановление ее коллагенового каркаса. Как витамины и микроэлементы могут влиять на синтез коллагена? И почему для достижения стойкого эффекта необходимо учитывать их количественный состав в организме?

Ежегодно создаются новые методики и препараты для улучшения синтеза коллагена с целью профилактики инволюционных процессов в организме и уменьшения выраженности возрастных изменений.

Но за стремлением повлиять на коллагеногенез извне порой забывают о тех веществах, без достаточного количества которых в самом организме синтез коллагена крайне затруднен. Никто не будет отрицать, что продукция этого жизненно важного белка зависит от гормонов, гормоны, в свою очередь, от присутствия металлов, усвоение металлов — от витаминов; и эту цепочку можно продолжать долго, тем более что она замкнутая. Осветить все нюансы в одной статье не представляется возможным, но сделать шаг навстречу пониманию некоторых процессов — в наших силах. Синтез и процессинг (созревание) коллагена включает в себя несколько этапов:

транскрипция генов, кодирующих коллагены, в которой участвуют десятки магнийи кальцийзависимых белков;
синтез препроколлагена на рибосоме, поддерживаемый магний- и кальцийзависимыми белками;
транспорт цепи препроколлагена в эндоплазматический ретикулум посредством сигнального пептида на N-концевом участке аминокислотной цепи;
удаление сигнального пептида в препроколлагене посредством фермента пептидазы;
гидроксилирование аминокислотных остатков пролина с участием Fe2+ и аскорбат-аниона в качестве кофакторов;
гликозилирование моносахаридами аминокислотных остатков лизина в препроколлагене в присутствии ферментов, содержащих ионы марганца;
сборка тройной спирали проколлагена из 3 аминокислотных цепей препроколлагена;
внесение необходимых конформационных изменений в проколлаген посредством изомеризации остатков цистеина и пролина;
упаковка проколлагена в транспортный везикул, перенос во внеклеточный матрикс;
вне клетки модификация молекулы проколлагена с помощью протеиназ проколлагена, нуждающихся в ионах Zn2+ как кофакторе;
формирование коллагеновых фибрилл из тропоколлагена посредством лизилоксидазы, кофакторами которой являются ионы Cu+ и тирозил-хинон (рис. 1) [1].

Всем известно об участии магния и кальция в синтезе соединительной ткани и коллагена, но о железе, цинке, меди, витаминах С и D часто забывают. Именно эти кофакторы рассмотрим в статье.

Железо

Железодефицитная анемия в той или иной степени присутствует у 40–60 % женщин детородного возраста по всему миру [2, 26]. И это при том, что железо — один из важнейших микроэлементов, необходимых для нормального функционирования биологических систем организма. Оно требуется для осуществления функции дыхания, кроветворения, участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях.

Причины дефицита железа:

недостаточное поступление в организм железа из-за нарушения режима питания (например, при вегетарианской диете);
снижение всасываемости железа в кишечнике (рис. 3);
нарушение регуляции обмена витамина С;
избыточное поступление в организм фосфатов, оксалатов, кальция, цинка, витамина Е;
поступление в организм железосвязывающих веществ;
усиленное расходование железа (в периоды интенсивного роста и беременности);
потери железа, связанные с травмами, кровопотерями во время операций, обильными менструациями, язвенными болезнями, донорством, занятиями спортом;
нарушение функции щитовидной железы;
различные системные и опухолевые заболевания [21].

Учитывая высокую распространенность дефицита железа в популяции, сложно говорить о нормальном синтезе коллагена при таких состояниях.

Цинк — единственный металл, представленный в небелковой части ферментов каждого класса, и никаким другим металлом цинк не может быть заменен. Несмотря на малую концентрацию цинка в крови, стабильные связи с макромолекулами делают его доступным для всех тканей организма, что в дальнейшем позволяет удовлетворять потребности в нем белков и ферментов, выполняющих различные биологические функции [28].

Распространенность дефицита цинка в мире не менее значительная, чем железа и витамина С, и составляет до 60% [29].

Для транспорта эритроцитами кислорода и углекислого газа абсолютно необходим цинк, и большая часть цинка крови содержится именно в эритроцитах в составе цинковых металлоферментов — карбоангидраз. Карбоангидразы катализируют превращения углекислого газа в угольную кислоту (угольная кислота участвует в поддержании pH крови в физиологическом диапазоне (7,25–7,35). В капиллярах легких эти процессы идут в обратном направлении: угольная кислота распадается на углекислый газ и воду, и углекислый газ удаляется наружу [18].

Без нормального дыхания ни одна клетка не способна осуществлять свои функции.

В мире распространенность дефицита меди в организме, приводящего, наряду с железом, к анемии, составляет до 30%. А ведь этот микроэлемент крайне необходим для нормальной физиологии организма.

Если говорить о коже, то медь играет ключевую роль в ангиогенезе, синтезе и стабилизации белков внеклеточного матрикса [3].

В физиологически значимых концентрациях (2 мг — средняя суточная потребность) медь ускоряет заживление ран [16].

Ионы меди, которые являются кофакторами лизилоксидазы, принимают участие в последнем этапе синтеза коллагена. Медь имеет важное значение для формирования внутри- и межмолекулярных поперечных связей в коллагене, а соответственно, и прочности коллагеновых и эластиновых фибрилл [8, 13, 15]. Недостаток меди ухудшает формирование сшивок коллагена и приводит к тяжелой патологии костей, легких и сердечно-сосудистой системы [12].

Компенсация дефицита этого микроэлемента, бесспорно, улучшает синтез коллагена, в том числе в коже (рис. 4) [7, 10].

Аскорбиновая кислота (витамин С)

Аскорбиновая кислота играет в организме фундаментальную роль — нет фактически ни одного физиологического процесса, в котором бы она не принимала участия.

Роль витамина С в организме
Аскорбиновая кислота в организме человека оказывает влияние на множество важнейших биологических процессов:

образование кортикостероидов (при стрессе в несколько раз возрастает уровень потребления витамина С тканями и органами) [20];
обмен тирозина (влияние на обмен гормонов щитовидной железы) [22];
трансформация дофамина в норадреналин [25];
превращение токсичных соединений ванадия в безвредные [23];
превращение фолиевой кислоты в ее активную форму — тетрагидрофолат [27];
активация мРНК ацетилхолинового рецептора [20];
образование активных форм витамина D (транспортной формы [25(OH)D] — в печени и активной гормональной формы [1,25(ОН)2D] — в почках), что служит основным фактором профилактики остеопороза [20];
потенцирование всасывания железа [24].

Распространенность дефицита витамина С в мире по разным данным составляет 20–40% [14, 15].

В последнее время много исследований посвящено аскорбиновой кислоте и ее биодоступности для кожи [9]. При недостатке витамина С в организме его нанесение на кожу не будет иметь ожидаемого эффекта, так как не сможет восполнить нутритивный дефицит. В ходе проведенных исследований выяснилось, что витамин С ускоряет заживление ран, участвует в активизации синтеза коллагена I типа (рис. 5) и снижении параметров окислительного стресса. Никаких значимых побочных эффектов при добавлении витамина С в питание в ходе проведенных исследований выявлено не было [5, 6].

Синтез коллагена зависит от гормонов, гормоны, в свою очередь, от присутствия металлов, усвоение металлов — от витаминов, и эту цепочку можно продолжать долго, тем более что она замкнутая.

Витамин D

Распространенность дефицита витамина D в российской популяции составляет более 90% (в мире 50–60%) [19]. Этот витамин стимулирует увеличение синтеза секретируемых белков TGF-β (регулируют деление
и дифференцировку различных типов клеток, включая фибробласты и кератиноциты) и их связывание с рецепторами на мембране клеток. Поэтому при его дефиците происходит нарушение активности сигнальных каскадов TGF-β, что ухудшает заживление кожи после любой травмы (включая косметологические манипуляции). Например, во время термолифтинга часть коллагеновых волокон дермы сжимается и уменьшается в объеме. Это приводит к повышению зернистости базального слоя и при достаточном количестве витамина D создает благоприятные условия для воздействия его активных форм на экспрессию TGF-β1, который и способствует обновлению соединительной ткани [11].

Выводы

Мы кратко обсудили лишь некоторые кофакторы, участвующие в синтезе коллагена. Но даже этот незначительный пласт информации позволяет судить о зависимости синтеза коллагена от нутритивного статуса организма, чем не следует пренебрегать, решая многие эстетические задачи. Изменение синтеза коллагена происходит постепенно и усугубляется нутритивным дефицитом [19].

Источник

МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ ОРГАНИЧЕСКИЙ МАТРИКС СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

Коллаген

Характерным компонентом структуры соединительной ткани являются коллагеновые волокна. Они построены в основном из своеобразного белкаи – коллагена. Коллаген составляет 25–33% от общего количества белка организма взрослого человека, или 6% от массы тела.

Видимые в оптическом микроскопе коллагеновые волокна состоят из различимых в электронном микроскопе фибрилл – вытянутых в длину белковых молекул, названных тропоколлагеном. Тропоколлаген – основная структурная единица коллагена (рис. 21.2). Необходимо четко разграничивать понятия «коллагеновые волокна» и «коллаген». Первое понятие по существу является морфологическим и не может быть сведено к биохимическим представлениям о коллагене как о белке. Коллагеновое волокно представляет собой гетерогенное образование и содержит, кроме белка коллагена, другие химические компоненты. Молекула тропоколла-гена – это белок коллаген. Одной из отличительных черт данного белка является то, что 1 /₃ всех его аминокислотных остатков составляет глицин, 1 /₃ – пролин и 4-гидроксипролин, около 1% – гидроксилизин; некоторые молекулярные формы коллагена содержат также 3-гидроксипролин, хотя и в весьма ограниченном количестве:

Молекулярная масса тропоколлагена около 285000. Тропоколлаген состоит из трех полипептидных цепей одинакового размера, которые сливаются в спиралевидный триплет. Тройная спираль стабилизируется многочисленными межцепочечными поперечными сшивками между лизи-новыми и гидроксилизиновыми остатками. Каждая полипептидная цепь тропоколлагена содержит около 1000 аминокислотных остатков. Таким образом, основная структурная единица коллагена имеет очень большие размеры, например в 10 раз больше, чем химотрипсин.

Изучение аминокислотного состава и последовательности чередования аминокислот в полипептидных цепях тропоколлагена показало, что существует два типа цепей – цепи α1 и α2, а также четыре разновидности цепи α1: α1 (I), α1 (II), α1 (III) и α1 (IV). В табл. 21.1 представлены данные о структуре коллагенов различных тканей.

Как и все белки, коллаген синтезируется клетками из свободных аминокислотных остатков. Аминокислотные остатки, специфичные для молекулы коллагена, гидроксипролин и гидроксилизин не образуются из соответствующих свободных аминокислот. Эти аминокислотные остатки появляются после включения пролина и лизина в полипептидную цепь с участием ферментов пролилгидроксилазы или лизилгидроксилазы и кофактора – аскорбиновой кислоты.

Учитывая наличие разных молекулярных форм в пределах одного типа (например, коллаген типа 1 имеет состав [α1 (I)]₂ α2 либо [α1 (I)]₃, есть основание считать, что существует по крайней мере не менее 10 молекулярных форм коллагена (Е.С. Северин).

Напомним, что коллаген – внеклеточный белок, но он синтезируется в виде внутриклеточной молекулы-предшественника, которая перед образованием фибрилл зрелого коллагена подвергается посттрансляционной модификации. Предшественник коллагена (сначала препроколлаген, а затем проколлаген) претерпевает процессинг в ходе прохождения через эндо-плазматический ретикулум и комплекс Гольджи до появления во внеклеточном пространстве. Внеклеточные амино- и карбоксипротеаза проколлагена удаляют соответственно аминоконцевой и карбоксиконцевой про-пептиды. Вновь образованные молекулы коллагена спонтанно собираются в коллагеновые фибриллы. В результате перекрестного связывания цепей и спиральных молекул фибрилл через основания Шиффа и альдольную конденсацию (т.е. перекрестное связывание их рядом ковалентных связей) образовавшиеся фибриллы приобретают силу напряжения зрелых колла-геновых фибрилл.

Источник

Витамин C

История открытия

В 1535 г. к берегу далекого в те времена Ньюфаундленда, что расположен в Северной Америке, медленно приближался парусник. На нем находились участники экспедиции Жака Картье, точнее остатки бравой команды. За время плавания по Атлантике большинство членов экипажа умерли от цинги. Оставшиеся в живых моряки в ожидании близкой гибели воздвигли на берегу изображение Христа и исступленно молили о чуде. Чудо пришло, но не с неба, а в облике индейца, напоившего ослабленных, погибающих путешественников отваром коры одного из местных деревьев. Так европейцы впервые познакомились с чудесным действием одного из важнейших витаминов — аскорбиновой кислоты.

Биологическая роль витамина C обусловлена его участием во многих окислительно‑восстановительных реакциях, а также в биосинтезе специальных белков соединительной ткани: коллагена и эластина — опорных компонентов хрящей, костей, стенок сосудов.

При отсутствии витамина C стенки сосудов, особенно мелких, становятся хрупкими. Ломкость капилляров приводит к кровоточивости, в коже легко возникают многочисленные кровоизлияния, «привычные» синяки. Постепенно дефицит достигает угрожающих размеров и может стать причиной гибели человека.

За последние годы открыты новые грани участия аскорбиновой кислоты в обмене веществ и поддержании здоровья человека. Предполагается, что этот витамин участвует в окислении и выведении из организма холестерина и тем самым играет важную роль в предупреждении нарушений липидного обмена, ведущих к развитию одного из наиболее грозных заболеваний современного человека — атеросклероза.

Доказано также, что витамин C предотвращает образование в организме нитрозаминов — веществ, обладающих мощным канцерогенным действием, то есть способностью вызывать развитие раковых заболеваний.

Аскорбиновая кислота облегчает всасывание в кишечнике и усвоение организмом железа. Этот элемент весьма дефицитен, особенно у обильно менструирующих женщин, что, в свою очередь, ведет к так называемой железодефицитной анемии (малокровию). Вот почему при профилактике и лечении анемии, наряду с препаратами железа, назначают аскорбиновую кислоту и советуют употреблять больше свежих овощей, фруктов, всяческой зелени.

Аскорбиновая кислота (витамин C) относится к водорастворимым витаминам. Это незаменимый для человека витамин; он не синтезируется в организме человека, а поступает только с пищей; в больших количествах в организме не накапливается.

Молекула витамина C настолько проста, что может проникать в кровь уже в слизистой оболочке рта во время еды, поскольку дефицит витамина C в клетках должен быть немедленно восполнен. То, что это вещество без промедления вступает в процессы обмена, делает человека невосприимчиивым к возбудителям болезней и обостряет его разум, защищая от опасностей. Поступающий с пищей витамин C начинает всасываться уже в полости рта и желудке, но основное его количество усваивается в тонкой кишке.

Витамин C легко проникает в лейкоциты, тромбоциты, а затем — во все ткани; наибольшая концентрация достигается в железистых органах, лейкоцитах, печени и хрусталике глаза; депонируется в задней доле гипофиза, коре надпочечников, глазном эпителии, межуточных клетках семенных желёз, яичниках, печени, селезёнке, поджелудочной железе, лёгких, почках, стенке кишечника, сердце, мышцах, щитовидной железе; проникает через плаценту. Концентрация аскорбиновой кислоты в лейкоцитах и тромбоцитах выше, чем в эритроцитах и в плазме.

При дефицитных состояниях концентрация в лейкоцитах снижается позднее и более медленно и рассматривается как лучший критерий оценки дефицита, чем концентрация в плазме.

Излишки витамина C выводятся почками, через кишечник, с потом, грудным молоком в виде неизменённого аскорбата и метаболитов. Выводится при гемодиализе. При назначении высоких доз скорость выведения резко усиливается.

Что делает витамин C?

Витамин C выполняет в организме две важные задачи: обеспечение иммунной защиты и стабилизация психики.

Стимулируя синтез интерферона, витамин повышает количество антител в крови и стимулирует выделение гормонов зобной железы, которая представляет собой «штаб‑квартиру» иммунной системы, укрепляет иммунную систему организма, повышает его сопротивляемость инфекциям; является незаменимым помощником в лечении простудных заболеваний, ОРВИ, гриппа, активно используется для профилактики этих болезней.

Аскорбиновая кислота является злейшим врагом всех возбудителей болезней, паразитов, вирусов, микробов и в первую очередь — свободных радикалов. Поскольку они несут человеку старость и, в конечном итоге, смерть, витамин C представляет собой лучшее средство для сохранения жизненной силы. Хотя витамин C защищает нас от свободных радикалов, но сам повреждается при соприкосновении с ними. Биофлавины защищают витамин C от преждевременного разрушения и в 20 раз повышают его действенность.

В нашей психической сфере витамин C стимулирует выработку гормонов, нейропептидов и, прежде всего, нейротрансмиттеров (нервных возбуждающих веществ), с помощью которых передаются все наши ощущения. Подобно тому, как здоровые клетки тела всегда молоды, ощущения при здоровой гормональной структуре практически всегда положительны. Значительную, а может быть и главную роль в формировании приподнятого настроения человека играет витамин C.

В процессе творческого познания мира активно участвует витамин C.

Витамин C имеет самое прямое отношение и к эмоциональной сфере: без него невозможно проявление восторга.

У витамина C в нашем организме есть еще одна важная вспомогательная задача. Он укрепляет соединительные ткани, разглаживает стенки сосудов, начиная от толстых вен и кончая микроскопическими капиллярами. Витамин C помогает при варикозном расширении вен и геморрое, устраняет складки и морщины. Повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов. Имеет жизненно важное значение для функционирования белых кровяных клеток.

Участвуя в биосинтезе эластина кровеносных сосудов, аскорбиновая кислота поддерживает их в здоровом состоянии, укрепляет стенки сосудов, обеспечивает нормальную проницаемость капилляров.

Поддерживает коллоидное состояние межклеточного вещества и нормальную проницаемость капилляров.

Ускоряет заживление ран, ожогов, кровоточащих десен. Интересное открытие сделали недавно ученые. Оказалось, что в центре свежей раны всегда собирается большое количество витамина C.

Аскорбиновая кислота играет фундаментальную биохимическую и физиологическую роль в нормальном развитии и регенерации соединительной ткани. Витамин С участвует в биосинтезе основного белка соединительной ткани — коллагена, в образовании поперечных сшивок между волокнами этих белков, которые стабилизируют сетеобразную трехмерную белковую структуру.

Витамин C — это здоровые десны и крепкие зубы.

Особенно ярко этот процесс проявляется в деснах и челюстных альвеолах, которые отличаются от всех других костей организма самым высоким содержанием кальция. Здесь крепятся наши зубы, которым при откусывании пищи приходится выдерживать большие нагрузки. Повышенные дозы витамина C в мгновение ока могут устранить кровоточивость десен, так как он способен буквально за полчаса укрепить бесчисленные мелкие сосуды в тканях десен.

Кальций в одиночку слишком медленно проходит путь до клеток тела, особенно когда его требуется много. С витамином C он образует химические комплексы, так называемые хелаты, и с их помощью доставляется в нужное место поистине с курьерской скоростью. Это особенно заметно при снабжении кальцием дентина. Без витамина C кальций лишается половины своих полезных качеств.

Витамин C стабилизирует вес тела

Витамин C принимает участие в синтезе карнитина из аминокислоты лизина. Это имеет первостепенное значение для всех тучных людей. Карнитин подхватывает из крови молекулы жира и доставляет их внутрь клеток для окисления и получения энергии. Поскольку именно витамин C обеспечивает производство гормонов стресса, превращающих жир в усвояемую форму, он более чем кто‑либо заботится о стройности нашей фигуры.

Сколько витамина C вам необходимо?

Профилактические дозы устанавливают исходя из суточной потребности организма человека в витаминах. Для витамина C она в среднем составляет 100 мг в сутки.

Где вы можете найти витамин C?

Больше всего витамина C содержат свежие фрукты, овощи, зелень. Шиповник, облепиха, черная смородина, красный перец — настоящие кладовые этого витамина. Продукты животного происхождения практически его не содержат.

Источник