Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.21: Колаген

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5174

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Колагени - це нерозчинні, позаклітинні глікопротеїни, що містяться у всіх тварин. Вони є найбільш поширеними білками в організмі людини і є важливими структурними компонентами всіх сполучних тканин, таких як хрящі, кістки, сухожилля, зв'язки, фасції, шкіра. Желатин - це солюбілізірованний колаген. У людини виявлено 29 типів колагену, і основними з них є:

    • Тип I. Головний компонент сухожиль, зв'язок і кісток.
    • Тип II. Являє собою більше 50% білка в хрящі і є основним компонентом склоподібного тіла ока. Він також використовується для побудови нотохорди ембріонів хребетних.
    • Тип III. Зміцнює стінки порожнистих структур, таких як артерії, кишечник і матка.
    • Тип IV. Утворює базальну пластинку епітелії. (Базальну пластинку часто називають базальною мембраною, але не пов'язана з ліпідними двошаровими мембранами.) Сітка колагенів IV типу забезпечує фільтр для кровоносних капілярів і клубочків нирок.

    Інші 25 типів, ймовірно, не менш важливі, але вони набагато менш рясні.

    Структура колагену

    Основною одиницею колагену є поліпептид, що складається з повторюваної послідовності.

    п

    де X часто пролін (Pro) і Y часто гідроксипролін (пролін, до якого додається група -OH після синтезу поліпептиду). Отримана молекула скручується в витягнуту ліву спіраль (НЕ альфа-спіраль).

    Одна молекула колагену, тропоколаген, використовується для складання більших агрегатів колагену, таких як фібрили. Він має довжину приблизно 300 нм і діаметром 1,5 нм, і він складається з трьох поліпептидних ниток (званих альфа-пептидами, див. Крок 2), кожна з яких має конформацію лівосторонньої спіралі (рис. 3.21.1). Ці три ліві спіралі скручені разом у праву потрійну спіраль або «супер спіраль», кооперативну четвертинну структуру, стабілізовану багатьма водневими зв'язками.

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Молекула тропоколагену: три лівосторонні проколагени (червоний, зелений, синій) приєднуються, утворюючи правосторонній потрійний спіральний тропоколаген. Зображення, що використовується з дозволом (CC-SA-BY-3.0: Vossman та JWSchmidt)

    При синтезі N- термінал і С- термінал поліпептиду мають кулясті домени, які зберігають молекулу розчинною. Коли вони проходять через ендоплазматичний ретикулум (ЕР) і апарат Гольджі,

    • Молекули глікозильовані.
    • До амінокислоті «Y» додають гідроксильні (-ОН) групи.
    • S-S зв'язки пов'язують три ланцюга ковалентно.
    • Три молекули скручуються разом, утворюючи потрійну спіраль.

    У деяких колагенах (наприклад, тип II) три молекули ідентичні (продукт одного гена). В інших колагенах (наприклад, тип I) два поліпептиди одного виду (генний продукт) збираються з другим, досить схожим, поліпептидом, тобто продуктом другого гена.

    альт
    Малюнок 3.21.2: Колаген люб'язно надано доктором Джеромом Гроссом

    Коли потрійна спіраль виділяється з клітини (зазвичай фібробластом), кульові кінці відколюються. Отримані лінійні нерозчинні молекули збираються в колагенові волокна. Вони збираються в шаховому порядку, що породжує смугасті, помічені на наведеній вище електронній мікрофотографії. Винятком є колагени IV типу; вони утворюють сітку, а не поперечно-смугасті волокна.

    Спадкові захворювання, спричинені генами мутантного колагену

    • Хвороба крихкої кістки («остеогенез недосконалість»): Викликається мутацією в тому чи іншому з двох генів, продукти яких використовуються для виготовлення колагену I типу. Як і всі успадковані колагенові захворювання, ця успадковується як домінуюча риса. Причина: хоча один колагеновий алель є нормальним, збірка нормального генного продукту з продуктом мутанта виробляє дефектні колагенові волокна. Стовбурові клітини кісткового мозку пацієнтів із цим захворюванням вибили мутантний ген шляхом націлювання на гени та отримали здатність виробляти хороший колаген та кістку (коли клітини поміщалися у імунодефіцитних мишей). Тож ця хвороба зараз здається перспективним кандидатом на генну терапію.
    • Форми карликовості: викликані мутаціями в гені колагену II типу.
    • Синдром гумової людини: викликаний мутаціями гену колагену I типу. Суб'єкт має гіперрозширювані суглоби, сухожилля та шкіру. (Це спадкове розлад являє собою один тип синдрому Елерса-Данлоса.)
    • Синдром Елерса-Данлоса: Він викликаний мутаціями в гені колагену III типу. Пацієнти схильні до ризику розриву магістральних артерій або кишечника.
    • Синдром Альпорта: Більшість випадків пов'язані з мутаціями гена на Х-хромосомі для одного з ланцюгів колагену IV типу. Таким чином, він показує типову закономірність X-зв'язаного успадкування. Інші випадки викликані двома мутантними аутосомними генами для іншого колагенових ланцюгів IV типу. Пацієнти зазвичай мають пошкодження клубочків, що призводить до крові в сечі і, часто, також стають глухими.
    • Грижа дисків між хребцями? : Дослідження в Фінляндії виявило, що деякі сім'ї, які мають тенденцію до розвитку грижі міжхребцевих дисків (що призводять до ішіасу) мають успадковану точкову мутацію в гені (COL9A2), що кодує один з альфа-ланцюгів в колагені IX. Цей колаген є одним з компонентів позаклітинного матриксу в прокладці (дисках) між нашими хребцями.

    Інші захворювання колагену

    • Цинга: Викликаний дефіцитом вітаміну С. Потерпілий не в змозі додати гідроксильні (-ОН) групи до проліну, щоб перетворити його в гідроксипролін.
    • Синдром Гудпастчера: Деякі люди виробляють антитіла проти епітопу на своїх молекулах колагену IV типу. Вони прикріплюються до базальної пластинки епітеліальних клітин і «фіксують» комплемент, який пошкоджує базальну пластинку. Так що синдром Гудпастчера є прикладом аутоімунного розладу.
    альт
    Малюнок 3.21.2: Синдром Гудпастчера люб'язно надано доктором Френком Дж. Діксоном

    Особливо схильні до ураження базальної пластинки легеневої епітелії і клубочки нирки. На цій фотографії (люб'язно доктора Френка Дж. Діксона) флуоресцентне антитіло проти людського IgG показує аутоантитіла, що покривають базальні мембрани клубочків у пацієнта з синдромом Гудпастчера.

    Автори та атрибуція