膠原蛋白結構 合成

通過對文章的分析可以了解，成骨不全可以通過常染色體顯性遺傳，也可以通過常染色體隱形遺傳，不管是I型膠原基因的突變還是涉及到修飾初始鏈、監(jiān)控分泌途徑、裝配三螺旋結構的相關基因的突變都是通過影響膠原蛋白的合成而影響其正常結構導致OI表型的。I型膠原蛋白的結構在分子結構上，原膠原蛋白是由平行線型鏈組成，每一線型鏈由三條扭曲左旋的a-肽鏈通過鏈間相互作用緊密結合而形成一極強的右旋三重螺旋 （triplehelix）結構（如圖1a所示），含有三種結構：螺旋區(qū)（由重復的 Gly-X-Y 三聯(lián)體序列構成），非螺旋區(qū)（在N端和C端的2個前肽形成非螺旋的結構域）及球形結構域（非螺旋結構域再進一步形成球形結構），后兩者即是原膠原蛋白與膠原蛋白的區(qū)別。膠原蛋白的三股螺旋由二條1（）鏈及一條2（）鏈構成。每條鏈約含1050個氨基酸殘基，由重復的 Gly-X-Y 三聯(lián)體序列構成。其中 X、Y是Gly之外的任何氨基酸殘基，但 X通常是 Pro（脯氨酸）,Y通常是不由DNA堿基密碼子編碼的羥基脯氨酸（Hyp），它是在蛋白質(zhì)一級結構序列形成之后由特定的酶脯氨酸-4-羥化酶 （P4H） 作用于序列中的Pro形成的；另外,還含有一定量的羥賴氨酸（Hyl），它具有與 Hyp相類似的作用。由于Pro和Hyp的側鏈是環(huán)形的它們的a-碳和酰胺氮之間的鍵不能旋轉 ，因此高含量的這些氨基酸殘基促進a-肽鏈螺旋結構的形成和穩(wěn)定。在三重螺旋結構中，Gly殘基位于螺旋形的中心，而其它具有側鏈的氨基酸殘基位于螺旋的外側 （如圖 1b 所示） 。由于三重螺旋結構是一種錯位的結構，來自三條肽鏈的 Gly殘基沿著螺旋的中心軸堆積。在三維空間上，一條鏈上的Gly處于和其它兩條鏈的 X 和 Y殘基相鄰的位置，如圖 1b中，A鏈上的Gly與 C 鏈上的X和 B鏈上的Y距離較近。因此，每個Gly殘基的N-H(氮氫鍵)就與相鄰的X殘基上的C=O形成氫鍵。由于Hyp殘基的羥基也參與鏈間氫鍵的形成，三重螺旋結構得到了穩(wěn)定和增強。對于膠原蛋白而言，真正可發(fā)揮其生物功能和力學性能的必須是由三條纏繞的直鏈組成，成為三重螺旋結構。膠原蛋白在生物體內(nèi)的合成與纖維的形成膠原蛋白在生物體內(nèi)的合成如圖2所示。I型膠原蛋白的基因長約40kb，包含了52個外顯子，編碼的單體a肽鏈包約含1050個氨基酸殘基。單體的原膠原多肽鏈由粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rER）上的核糖體所合成，其前體（pro）a 鏈上含有1 個 22 氨基酸殘基的信號肽序列，該信號肽序列為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ ER）膜上的信號肽受體所識別， 在一些移位子（translocator）的幫助下穿過ER的膜進入ER 腔中， 前體a鏈上的信號肽被 ER 腔中的信號肽酶切割形成原膠原的單體分子。原膠原分子在分泌出細胞之前， 在 ER中還要經(jīng)歷一系列翻譯后的修飾過程， 據(jù)報道新合成的原膠原多肽鏈進入ER腔以后至少受到 9 種分子伴侶與酶的作用。多肽鏈中的脯氨酸與賴氨酸要被脯氨酸3位羥化酶（P3H） 、 脯氨酸4位羥化酶（P4H） 及賴氨酸4位羥化酶（L4H）有選擇性地羥基化, 羥化作用對三股螺旋的堅固性有重要作用，羥化不足的鏈在體溫下不能形成堅固的三股螺旋，因而不能從細胞內(nèi)排出。多肽鏈還需經(jīng)糖基化作用形成三螺旋結構。之后三聚體的I型前膠原分子被轉運至高爾基體進行寡糖基修飾。糖基化的作用目前尚未完全闡明，研究發(fā)現(xiàn)這些糖基位于膠原纖維中原膠原的接頭處。推測糖基化與纖維的定向排列有關。不同于其他蛋白質(zhì)合成的特點是膠原蛋白三聚體的形成不是從N端開始而是從C端成核化（nucleation） 開始的， 然后類似拉鏈一樣形成膠原蛋白的三聚體結構。ER中的PPI（肽基脯氨酸順反異構酶）和原膠原特異分子伴侶蛋白Hsp47 則是原膠原三聚體正確構象形成的保證。小鼠的Hsp基因敲除實驗研究顯示， Hsp基因敲除后的小鼠發(fā)育嚴重受阻， 突變體小鼠平均在出生11.5d 內(nèi)死亡，剖檢發(fā)現(xiàn)其間充質(zhì)組織與基底膜組織中所含有的膠原蛋白分子結構嚴重異常，根本無法自組裝成膠原纖維。在這些突變的小鼠個體中，幾乎沒有檢測到基底膜組分，由此可見沒有Hsp47的協(xié)助，I型膠原蛋白無法自發(fā)形成一種剛性的三螺旋結構。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，Hsp47在幫助原膠原蛋白折疊成正確的構象之后， 一直結合在原膠原蛋白分子上，然后通過高爾基體順面成熟的方式而不是以分泌泡的形式進入高爾基體，接著Hsp47從原膠原三聚體的分子上解離下來，再返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，這個過程中Hsp47上一段叫做ER駐留信號。經(jīng)過ER中的伴侶蛋白及一些專一酶的處理， 具有正確構象的三股螺旋的原膠原分子在Hsp47的“ 護送” 下進入高爾基體， 排列整齊后以分泌小泡的形式分泌到細胞外空間。具體的Hsp47對三螺旋結構各種影響文獻中都有提及，不過大多都在研究過程中，具體機制尚不明了。原膠原蛋白分泌到胞外后，經(jīng)羧基肽酶和氨基肽酶的作用下，將 C-端和 N-端的球狀蛋白水解下來,從而形成膠原分子。膠原分子首尾相隨,平行排列而成纖維束，通過共