Функции коллагена – Коллаген для суставов, кожи, волос. На сколько полезен коллаген

— простые белки — Биохимия

Структура простых белков представлена только полипептидной цепью (альбумин, инсулин). Однако необходимо понимать, что многие простые белки (например, альбумин) не существуют в «чистом» виде, они всегда связаны с какими-либо небелковыми веществами. Их относят к простым белкам только по той причине, что связи с небелковой группой слабые и при выделении in vitro они оказываются свободным от других молекул — простым белком.

Альбумины 

Альбумины – это группа схожих белков плазмы крови с молекулярной массой 69 кДа, содержат много глутаминовой кислоты и поэтому имеют кислые свойства и высокий отрицательный заряд при физиологических рН. Легко адсорбируют полярные и неполярные молекулы, являются белком-транспортером в крови для многих веществ, в первую очередь для билирубина и длинноцепочечных жирных кислот.

В природе альбумины входят в состав не только плазмы крови (сывороточные альбумины), но и яичного белка (овальбумин), молока (лактальбумин), являются запасными белками семян высших растений.

Глобулины

Группа разнообразных белков плазмы крови с молекулярной массой до 100 кДа, слабокислые или нейтральные. Они слабо гидратированы, по сравнению с альбуминами меньше устойчивы в растворе и легче осаждаются, что используется в клинической диагностике в «осадочных» пробах (тимоловая, Вельтмана). Несмотря на то, что их относят к простым, часто содержат углеводные компоненты.

При электрофорезе глобулины сыворотки крови разделяются, как минимум, на 4 фракции – α₁-глобулины, α₂-глобулины, β-глобулины и γ-глобулины.

Картина электрофореграммы (вверху) белков сыворотки крови
и полученной на ее основе протеинограммы (внизу) 

Так как глобулины включают в себя разнообразные белки, то их функции разнообразны: 

Часть α-глобулинов обладает антипротеазной активностью, что защищает белки крови и межклеточного матрикса от преждевременного разрушения, например, α

1-антитрипсин, α₁-антихимотрипсин, α₂-макроглобулин.

Некоторые глобулины способны к связыванию определенных веществ: трансферрин (переносит ионы железа), церулоплазмин (содержит ионы меди), гаптоглобин (переносчик гемоглобина), гемопексин (транспорт гема).

γ-Глобулины являются антителами и обеспечивают иммунную защиту организма.

Гистоны

Взаимодействие гистонов и ДНК

Гистоны – внутриядерные белки массой около 24 кДа. Обладают выраженными основными свойствами, поэтому при физиологических значениях рН заряжены положительно и связываются с дезоксирибо-нуклеиновой кислотой (ДНК), образуя дезоксирибо-нуклеопротеины. Существуют 5 типов гистонов – очень богатый лизином (29%) гистон Н1, другие гистоны Н2а, h3b, НЗ, Н4 богаты лизином и аргинином (в сумме до 25%).

Радикалы аминокислот в составе гистонов могут быть метилированы, ацетилированы или фосфорилированы. Это изменяет суммарный заряд и другие свойства белков.

Можно выделить две функции гистонов:

1. Регуляция активности генома, а именно – они препятствуют транскрипции.

2. Структурная – стабилизируют пространственную структуру ДНК.

Гистоны в комплексе с ДНК образуют нуклеосомы – октаэдрические структуры, составленные из гистонов Н2а, h3b, НЗ, Н4. Гистон h2 связан с молекулой ДНК, не позволяя ей «соскользнуть» с гистонового октамера. ДНК обвивает нуклеосому 2,5 раза после чего обвивает следующую нуклеосому. Благодаря такой укладке достигается уменьшение размеров ДНК в 7 раз.

Далее такие «бусы» нуклеосом могут складываться в суперспираль и в более сложную структуру нуклеопротеина.

Благодаря гистонам и формированию более сложных структур размеры ДНК, в конечном итоге, уменьшаются в тысячи раз: на самом деле длина ДНК достигает 6-9 см (10^–1)

, а размеры хромосом – всего несколько микрометров (10^–6).

Протамины

Это белки массой от 4 кДа до 12 кДа, имеются в ядрах сперматозоидов многих организмов, в сперме рыб они составляют основную массу белка. Протамины являются заменителями гистонов и служат для организации хроматина в спермиях. По сравнению с гистонами протамины отличаются резко увеличенным содержанием аргинина (до 80%). Также, в отличие от гистонов, протамины обладают только структурной функцией, регулирующей функции у них нет, хроматин в сперматозоидах неактивен.

Коллаген

Коллаген – фибриллярный белок с уникальной структурой, составляет основу межклеточного вещества соединительной ткани сухожилий, кости, хряща, кожи, но имеется, конечно, и в других тканях.

Полипептидная цепь коллагена включает 1000 аминокислот и носит название α-цепь. Насчитывается около 30 вариантов α-цепи коллагена, но все они обладают одним общим признаком – в большей или меньшей степени включают повторяющийся триплет [

Гли-Х-Y], где X и Y – любые, кроме глицина, аминокислоты. В положении X чаще находится пролин или, гораздо реже, 3-оксипролин, в положении Y встречается пролин и 4-оксипролин. Также в положении Y часто находится аланин, лизин и 5-оксилизин. На другие аминокислоты приходится около трети от всего количества аминокислот.

Жесткая циклическая структура пролина и оксипролина не позволяет образовать правозакрученную α-спираль, но образует т.н. «пролиновый излом». Благодаря такому излому формируется левозакрученная спираль, где на один виток приходится 3 аминокислотных остатка. 

При синтезе коллагена первостепенное значение имеет гидроксилирование лизина и пролина, включенных в состав первичной цепи, осуществляемое при участии аскорбиновой кислоты. Также коллаген обычно содержит моносахаридные (галактоза) и дисахаридные (глюкоза-галактоза) молекулы, связанные с ОН-группами некоторых остатков оксилизина.

Этапы синтеза молекулы коллагена

Синтезированная молекула коллагена построена из 3 полипептидных цепей, сплетенных между собой в плотный жгут – тропоколлаген (длина 300 нм, диаметр 1,6 нм). Полипептидные цепи прочно связаны между собой через ε-аминогруппы остатков лизина. Тропоколлаген формирует крупные коллагеновые фибриллы диаметром 10-300 нм. Поперечная исчерченность фибриллы обусловлена смещением молекул тропоколлагена друг относительно друга на 1/4 их длины.

Фибриллы коллагена очень прочны, они прочнее стальной проволоки равного сечения. В коже фибриллы образуют нерегулярно сплетенную и очень густую сеть. Например, выделанная кожа представляет собой почти чистый коллаген.

Гидроксилирование пролина осуществляет

железо-содержащий фермент пролилгидроксилаза для которого необходим витамин С (аскорбиновая кислота). Аскорбиновая кислота предохраняет от инактивации пролилгидроксилазу, поддерживая восстановленное состояние атома железа в ферменте. Коллаген, синтезированный в отсутствии аскорбиновой кислоты, оказывается недостаточно гидроксилированным и не может образовывать нормальные по структуре волокна, что приводит к поражению кожи и ломкости сосудов, и проявляется как цинга.

Гидроксилирование лизина осуществляет фермент лизилгидроксилаза. Она чувствительна к влиянию гомогентизиновой кислоты (метаболит тирозина), при накоплении которой (заболевания алкаптонурия) нарушается синтез коллагена, и развиваются артрозы.

Время полужизни коллагена исчисляется неделями и месяцами. Ключевую роль в его обмене играет коллагеназа, расщепляющая тропоколлаген на 1/4 расстояния с С-конца между глицином и лейцином.

По мере старения организма в тропоколлагене образуется все большее число поперечных связей, что делает фибриллы коллагена в соединительной ткани более жесткими и хрупкими. Это ведет к повышенной ломкости кости и снижению прозрачности роговицы глаза в старческом возрасте.

В результате распада коллагена образуется гидроксипролин. При поражении соединительной ткани (болезнь Пейджета, гиперпаратиреоидизм) экскреция гидроксипролина возрастает и имеет диагностическое значение.

Эластин

Строение десмозина

По строению в общих чертах эластин схож с коллагеном. Находится в связках, эластичном слое сосудов. Структурной единицей является тропоэластин с молекулярной массой 72 кДа и длиной 800 аминокислотных остатков. В нем гораздо больше лизина, валина, аланина и меньше гидроксипролина. Отсутствие пролина обусловливает наличие спиральных эластичных участков.

Характерной особенностью эластина является наличие своеобразной структуры – десмозина, который своими 4-мя группами объединяет белковые цепи в системы, способные растягиваться во всех направлениях.

α-Аминогруппы и α-карбоксильные группы десмозина включаются в пептидные связи одной или нескольких белковых цепей.

Роль десмозина в соединении белков

biokhimija.ru

Структура и свойства коллагена.

ТОП 10:

Структура и свойства коллагена. Коллаге́н — фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, дерма и т. п.) и обеспечивающий её прочность и эластичность. Коллаген обнаружен у многоклеточных животных; отсутствует у растений, бактерий, вирусов, простейших и грибов. Это основной компонент соединительной ткани и самый распространённый белок у млекопитающих, составляющий от 25% до 35% белков во всём теле. Свойства. Продуктом денатурации коллагена является желатин. Температура денатурации макромолекулы коллагена близка к температуре фибриллогенеза. Это свойство молекулы коллагена делает её максимально чувствительной к мутационным заменам. Структура. Молекула коллагена представляет собой правозакрученную спираль из трёх α-цепей. Такое образование известно под названием тропоколлаген. Один виток спирали α-цепи содержит три аминокислотных остатка. Молекулярная масса коллагена около 300 кДа, длина 300 нм, толщина 1,5 нм. Для первичной структуры белка характерно высокое содержание глицина, низкое содержание серосодержащих аминокислот и отсутствие триптофана. Коллаген относится к тем немногим белкам животного происхождения, которые содержат остатки нестандартных аминокислот: около 21 % от общего числа остатков приходится на 3-гидроксипролин, 4-гидроксипролин и 5-гидроксилизин[4]. Каждая из α-цепей состоит из триад аминокислот. В триадах третья аминокислота всегда глицин, вторая — пролин или лизин, первая — любая другая аминокислота, кроме трёх перечисленных[3]. Коллаген существует в нескольких формах. Основная структура всех типов коллагена является схожей. Коллагеновые волокна образуются путём агрегации микрофибрилл, имеют розовый цвет при окраске гематоксилином и эозином и голубой или зелёный при различных треххромных окрасках, при импрегнации серебром окрашиваются в буро-жёлтый цвет. Фибриллярная структура Тропоколлагены (структурные единицы коллагена) спонтанно объединяются, прикрепляясь друг к другу смещенными на определённое расстояние концами, образуя в межклеточном веществе более крупные структуры. В фибриллярных коллагенах молекулы смещены относительно друг друга примерно на 67нм (единица, которая обозначается буквой «D» и меняется в зависимости от состояния гидратации вещества). В целом каждый D-период содержит четыре целых и часть пятой молекулы коллагена. Величина 300 нм, поделенная на 67 нм (300:67) не дают целого числа и длина молекулы коллагена разделена на непостоянные по величине отрезки D. Следовательно, в разрезе каждого повтора D-периода микрофибриллы есть часть, состоящая из пяти молекул, называемая «перекрытие», и часть, состоящая из четырёх молекул — «разрыв». Тропоколлагены к тому же скомпонованы в шестиугольную или псевдошестиугольную (в поперечном разрезе) конструкцию, в каждой области «перекрытия» и «разрыва». Внутри тропоколлагенов существует ковалентная связь между цепями, а также некоторое непостоянное количество данных связей между самими тропоколагеновыми спиралями, образующими хорошо организованные структуры (например, фибриллы). Более толстые пучки фибрилл формируются с помощью белков нескольких других классов, включая другие типы коллагенов, гликопротеины, протеогликаны, использующихся для формирования различных типов тканей из разных комбинаций одних и тех же основных белков. Нерастворимость коллагена была препятствием к изучению мономера коллагена, до того момента как было обнаружено, что возможно извлечь тропоколлаген молодого животного, поскольку он ещё не образовал сильных связей с другими субъединицами фибриллы. Тем не менее, усовершенствование микроскопов и рентгеновских аппаратов облегчили исследования, появлялось все больше подробных изображений структуры молекулы коллагена. Эти поздние открытия очень важны для лучшего понимания того, как структура коллагена влияет на связи между клетками и межклеточным веществом, как ткани меняются во время роста и регенерации, как они меняются во время эмбрионального развития и при патологии. Коллагеновая фибрилла — это полукристаллическая структурная единица коллагена. Коллагеновые волокна — это пучки фибрилл.   2.Цинга. Процессы гидроксилированияпролина и лизина, их роль в возникновении цинги. Цинга́ — болезнь, вызываемая острым недостатком витамина C (аскорбиновая кислота), который приводит к нарушению синтеза коллагена, и соединительная ткань теряет свою прочность. Гидроксилированиепролина и лизина начинается в период трансляции коллагеновой мРНК на рибосомах и продолжается на растущей полипептидной цепи вплоть до её отделения от рибосом. После образования тройной спирали дальнейшее гидроксилированиепролиловых и лизиловых остатков прекращается. Реакции гидроксилирования катализируют ок-сигеназы, связанные с мембранами микросом. Пролиловые и лизиловые остатки в Y-положении пептида (Гли-х-у)n подвергаются действию, соответственно, пролил-4-гидроксилазы и лизил-5-гидроксилазы. Пролил-3-гидроксилаза действует на некоторые остатки пролина в Х-положениях. Необходимыми компонентами этой реакции являются оскетоглутарат, О2 и витамин С (аскорбиновая кислота). Донором атома кислорода, который присоединяется к С-4 пролина, является молекула О2, второй атом О2 включается в сукцинат, который образуется при декарбоксилировании α-кетоглутарата, а из карбоксильной группы а-кетоглутарата образуется СО2 (см. схему А на с. 691). Гидроксилазыпролина и лизина содержат в активном центре атом железа Fe2+. Для сохранения атома железа в ферроформе необходим восстанавливающий агент. Роль этого агента выполняет кофермент гидроксилаз — аскорбиновая кислота, которая легко окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. Обратное превращение происходит в ферментативном процессе за счёт восстановленного глутатиона (см. схему Б на с. 691). Гидроксилированиепролина необходимо для стабилизации тройной спирали коллагена, ОН-группыгидроксипролина (Hyp) участвуют в образовании водородных связей. А гидроксилирование лизина очень важно для последующего образования ковалентных связей между молекулами коллагена при сборке коллагеновых фибрилл. При цинге — заболевании, вызванном недостатком витамина С, нарушается гидроксилирование остатков пролина и лизина. В результате этого образуются менее прочные и стабильные коллагеновые волокна, что приводит к большой хрупкости и ломкости кровеносных сосудов с развитием цинги. Клиническая картина цинги характеризуется возникновением множественных точечных кровоизлияний под кожу и слизистые оболочки, кровоточивостью дёсен, выпадением зубов, анемией.   Биохимия мукополисахаридов. Мукополисахариды, полимерные углевод-белковые комплексы с преимущественным содержанием углеводной части (70-80%). Наиболее изучены кислые Мукополисахариды различных видов соединительной ткани и некоторых жидкостей организма (синовиальная жидкость суставов, стекловидное тело глаза). Основные представители Мукополисахариды: гиалуроновая кислота, гепарин, хондроитинсерные кислоты, кератосульфат (входит в состав хрящей и роговицы глаза). Углеводная часть кислых Мукополисахариды — линейный полисахарид с периодически повторяющимся звеном, состоящим из остатка N-сульфо- или N-ацетиламиносахара (D-глюкозамина или D-галактозамина) и уроновой кислоты. Остатки серной кислоты в составе сульфатированных Мукополисахариды связаны с гидроксильными группами моносахаридных компонентов. Кислые Мукополисахариды сильно различаются по молекулярной массе, прочности связывания компонентов и по функциональным свойствам. Благодаря способности связывать и удерживать воду кислые Мукополисахариды служат природным смазочным материалом суставов и определяют эластичность соединительной ткани; входя в состав хрящей и связок, Мукополисахариды выполняют опорно-двигательные функции. Мукополисахариды обладают бактерицидными свойствами. Состав Мукополисахариды соединительной ткани меняется при старении. Нарушения обмена Мукополисахариды вызывают изменение состава соединительной ткани и жидкостей организма и приводят к ряду заболеваний (коллагенозы, мукополисахаридозы, ревматизм и др.).   Химический состав слюны. Слюна обладает pH от 5,6 до 7,6. На 98,5 % и более состоит из воды, содержит соли различных кислот, микроэлементы и катионы некоторых щелочных металлов, лизоцим и другие ферменты, некоторые витамины. Основными органическими веществами слюны являются белки, синтезируемые в слюнных железах (некоторые ферменты, гликопротеиды, муцины, иммуноглобулины класса А) и вне их. Часть белков слюны имеет сывороточное происхождение (некоторые ферменты, альбумины, β-липопротеиды, иммуноглобулины классов G и М и др.). Химический состав слюны подвержен суточным колебаниям, он также зависит от возраста (у пожилых людей, например, значительно повышается количество кальция, что имеет значение для образования зубного и слюнного камня). Изменения в составе слюны могут быть связаны с приемом лекарственных веществ и интоксикациями. Состав слюны меняется также при ряде патологических состояний и заболеваний. Так, при обезвоживании организма происходит резкое снижение слюноотделения; при сахарном диабете в слюне увеличивается количество глюкозы; при уремии в слюне значительно возрастает содержание остаточного азота. Уменьшение слюноотделения и изменения в составе слюны приводят к нарушениям пищеварения, заболеваниям зубов.   11-12. основные черты механизма секреции слюны. Функции слюнных желез. Определение скорости секреции слюны. Возрастные изменения скорости секреции слюны. . Регуляция слюноотделения преимущественно осуществляется нервными механизмами. Вне пищеварения в основном функционируют мелкие железы. В пищеварительный период секреция слюны значительно возрастает. Регуляция пищеварительной секреции осуществляется условно – и безусловнорефлекторными механизмами. Безусловнорефлекторное слюноотделение возникает при раздражении первоначально тактильных, а затем температурных и вкусовых рецепторов полости рта. Но основную роль играют вкусовые. Нервные импульсы от них по афферентным нервным волокнам язычного, языкоглоточного и верхнегортанного нервов поступают в слюноотделительный центр продолговатого мозга. Он находится в области ядер лицевого и языкоглоточного нервов. От центра импульсы по эфферентным нервам идут к слюнным железам. К околоушной железе эффернтные парасимпатические волокна идут от нижнего слюноотделительного ядра в составе нерва Якобсона, а затем ушно-височных нервов. Парасимпатические нервы, иннервирующие серозные клетки подчелюстных и подъязычных желез начинаются от верхнего слюноотделительного ядра, идут в составе лицевого нерва, а затем барабанной струны. Симпатические нервы иннервирующие железы идут от слюннотделительных ядер II – VI грудных сегментов, прерываются в шейном ганглии, а затем их постганглионарные волокна идут к слизистым клеткам. Поэтому раздражение парасимпатических нервов ведет к выделению большого количества жидкой слюны, а симпатических – небольшого объема слизистой. Условно-рефлекторное слюноотделение начинается раньше безусловно рефлекторного. Оно возникает на запах, вид пищи, звуки предшествующие кормлению. Условно-рефлекторные механизмы секреции обеспечиваются корой больших полушарий, которая через нисходящие пути стимулирует центр слюноотделения. Функции слюнных желез.экзокринная — секреция белковых и слизистых компонентов слюны; эндокринная — секреция гормоноподобных веществ; фильтрационная — фильтрация жидкостных компонентов плазмы крови из капилляров в состав слюны; экскреторная — выделение конечных продуктов метаболизма.   13. Структура и формирование кости.Все кости скелета человека образованы пористой тканью, покрытой твердым материалом, преимущественно кальцием и фосфором, которые и придают костям нужную форму и обеспечивают их прочность.Кости и зубы содержат более 90 % кальция, имеющегося в организме человека. Каждая кость скелета — это живая, активно функционирующая и непрерывно обновляющаяся структура.Для сохранения твердости кости нуждаются в регулярной нагрузке, а в случае её недостатка, кости подвергаются патологическим изменениям («кальций вымывается из кости»). Этот быстротекущий процесс можно наблюдать, например, на загипсованной в течение месяца ноге.Содержание кальция в костях уменьшается и с возрастом, при этом отмечается их хрупкость. У пожилых людей даже при незначительных травмах и ушибах часто случаются переломы костей. Недостаток кальция, и как следствие этого остеопороз, возникают почти у каждого человека в связи со старением организма и поэтому могут рассматриваться как естественное явление.К декальцинации организма в целом и костей скелета в частности могут привести ряд заболеваний кишечника, связанных с пониженной способностью организма получать кальций из пищи; заболевания почек, выделяющих ненормально большое количество кальция. Употребление некоторых медикаментозных препаратов, например, гормональных, также влияет на содержание кальция в костях и может способствовать его излишнему выведению.Кроме структурно-опорной функции (в составе костной ткани)кальций участвует в проведении нервного импульса, в нервно-мышечном сокращении, в работе системы свёртывания крови, тканевом дыхании, активирует ряд ферментов, обладает десенсибилизирующим (антигистаминным) действием.Необходим кальций и для восстановления клеток всего организма. Если в рационе питания отсутствует органический кальций, то от этого будут страдать не только кости, но и другие части тела.В естественных минералах нуждаются не только позвоночник и кости, но и спинной мозг. Наиболее характерным признаком недостатка кальция в крови является повышенная нервная возбудимость(нервные волокна не проводят соответствующие сигналы, тело не расслабляется). У детей такое состояние сопровождается капризным поведением, вспышками раздражения, могут появиться мышечные судороги, спазмы.Суточная потребность в кальции — 800 — 1100 мг.Больше всего кальция содержится в молоке и молочных продуктах, а также в овощах с зелёными листьями, в кочанной капусте, черносливе, крапиве, красном перце, петрушке, мяте перечной, подорожнике, в блюдах из овсянки и плодах шиповника.   14. Факторы, влияющие на метаболизм кости. К факторам, влияющим на метаболизм костной ткани, прежде всего следует отнести гормоны, ферменты и витамины. Многие аспекты данной проблемы уже рассматривались в предыдущих главах. В данном разделе будут приведены лишь краткие сведения.Известно, что минеральные компоненты костной ткани находятся практически в состоянии химического равновесия с ионами кальция и фосфата сыворотки крови. Поступление, депонирование и выделение кальция и фосфата регулируются весьма сложной системой, в которой среди других факторов важная роль принадлежит паратгормону (гормон околощитовидных желез) и кальцитонину (гормон щитовидной железы). При уменьшении концентрации ионов Са2+ в сыворотке крови возрастает секреция паратгормона (см. гл. 8). Непосредственно под влиянием этого гормона в костной ткани активируются клеточные системы, участвующие в резорбции кости (увеличение числа остеокластов и их метаболической активности), т.е. остеокласты способствуют повышенному растворению содержащихся в костях минеральных соединений. Заметим, что паратгор-мон увеличивает также реабсорбцию ионов Са2+ в почечных канальцах. Суммарный эффект проявляется в повышении уровня кальция в сыворотке крови.В свою очередь при увеличении содержания ионов Са2+ в сыворотке крови секретируется гормон кальцитонин, действие которого состоит в снижении концентрации ионов Са2+ за счет отложения его в костной ткани. Иными словами, кальцитонин повышает минерализацию кости и уменьшает число остеокластов в зоне действия, т.е. угнетает процесс костной резорбции. Все это увеличивает скорость формирования кости.В регуляции содержания ионов Са2+ важная роль принадлежит витамину D, который участвует в биосинтезе Са2+-связывающих белков. Эти белки необходимы для всасывания ионов Са2+ в кишечнике, реабсорбции их в почках и мобилизации кальция из костей. Поступление в организм оптимальных количеств витамина D является необходимым условием для нормального течения процессов кальцификации костной ткани. При недостаточности витамина D эти процессы нарушаются. Прием в течение длительного времени избыточных количеств витамина D приводит к деминерализации костей.На развитие кости влияет также витамин А. Прекращение роста костей является ранним проявлением недостаточности витамина А. Считают, что данный факт обусловлен нарушением синтеза хондроитинсуль-фата. Показано также, что при введении животным высоких доз витамина А, превышающих физиологическую потребность и вызывающих развитие гипервитаминоза А, наблюдается резорбция кости, что может приводить к переломам.Для нормального развития костной ткани необходим витамин С. Действие витамина С не метаболизм костной ткани обусловлено прежде всего влиянием на процессе биосинтеза коллагена. Аскорбиновая кислота необходима для осуществления реакции гидроксилированияпролина и лизина. При недостаточности витамина С остеобласты не синтезируют «нормальный» коллаген, что приводит к нарушениям процессов обызвествления костной ткани. Недостаток витамина С вызывает также изменения в синтезе гликозаминогликанов: содержание гиалуроновой кислоты в костной ткани увеличивается в несколько раз, тогда как биосинтез хондроитин-сульфатов замедляется.   Структура и свойства коллагена. Коллаге́н — фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, дерма и т. п.) и обеспечивающий её прочность и эластичность. Коллаген обнаружен у многоклеточных животных; отсутствует у растений, бактерий, вирусов, простейших и грибов. Это основной компонент соединительной ткани и самый распространённый белок у млекопитающих, составляющий от 25% до 35% белков во всём теле. Свойства. Продуктом денатурации коллагена является желатин. Температура денатурации макромолекулы коллагена близка к температуре фибриллогенеза. Это свойство молекулы коллагена делает её максимально чувствительной к мутационным заменам. Структура. Молекула коллагена представляет собой правозакрученную спираль из трёх α-цепей. Такое образование известно под названием тропоколлаген. Один виток спирали α-цепи содержит три аминокислотных остатка. Молекулярная масса коллагена около 300 кДа, длина 300 нм, толщина 1,5 нм. Для первичной структуры белка характерно высокое содержание глицина, низкое содержание серосодержащих аминокислот и отсутствие триптофана. Коллаген относится к тем немногим белкам животного происхождения, которые содержат остатки нестандартных аминокислот: около 21 % от общего числа остатков приходится на 3-гидроксипролин, 4-гидроксипролин и 5-гидроксилизин[4]. Каждая из α-цепей состоит из триад аминокислот. В триадах третья аминокислота всегда глицин, вторая — пролин или лизин, первая — любая другая аминокислота, кроме трёх перечисленных[3]. Коллаген существует в нескольких формах. Основная структура всех типов коллагена является схожей. Коллагеновые волокна образуются путём агрегации микрофибрилл, имеют розовый цвет при окраске гематоксилином и эозином и голубой или зелёный при различных треххромных окрасках, при импрегнации серебром окрашиваются в буро-жёлтый цвет. Фибриллярная структура Тропоколлагены (структурные единицы коллагена) спонтанно объединяются, прикрепляясь друг к другу смещенными на определённое расстояние концами, образуя в межклеточном веществе более крупные структуры. В фибриллярных коллагенах молекулы смещены относительно друг друга примерно на 67нм (единица, которая обозначается буквой «D» и меняется в зависимости от состояния гидратации вещества). В целом каждый D-период содержит четыре целых и часть пятой молекулы коллагена. Величина 300 нм, поделенная на 67 нм (300:67) не дают целого числа и длина молекулы коллагена разделена на непостоянные по величине отрезки D. Следовательно, в разрезе каждого повтора D-периода микрофибриллы есть часть, состоящая из пяти молекул, называемая «перекрытие», и часть, состоящая из четырёх молекул — «разрыв». Тропоколлагены к тому же скомпонованы в шестиугольную или псевдошестиугольную (в поперечном разрезе) конструкцию, в каждой области «перекрытия» и «разрыва». Внутри тропоколлагенов существует ковалентная связь между цепями, а также некоторое непостоянное количество данных связей между самими тропоколагеновыми спиралями, образующими хорошо организованные структуры (например, фибриллы). Более толстые пучки фибрилл формируются с помощью белков нескольких других классов, включая другие типы коллагенов, гликопротеины, протеогликаны, использующихся для формирования различных типов тканей из разных комбинаций одних и тех же основных белков. Нерастворимость коллагена была препятствием к изучению мономера коллагена, до того момента как было обнаружено, что возможно извлечь тропоколлаген молодого животного, поскольку он ещё не образовал сильных связей с другими субъединицами фибриллы. Тем не менее, усовершенствование микроскопов и рентгеновских аппаратов облегчили исследования, появлялось все больше подробных изображений структуры молекулы коллагена. Эти поздние открытия очень важны для лучшего понимания того, как структура коллагена влияет на связи между клетками и межклеточным веществом, как ткани меняются во время роста и регенерации, как они меняются во время эмбрионального развития и при патологии. Коллагеновая фибрилла — это полукристаллическая структурная единица коллагена. Коллагеновые волокна — это пучки фибрилл.   2.Цинга. Процессы гидроксилированияпролина и лизина, их роль в возникновении цинги. Цинга́ — болезнь, вызываемая острым недостатком витамина C (аскорбиновая кислота), который приводит к нарушению синтеза коллагена, и соединительная ткань теряет свою прочность. Гидроксилированиепролина и лизина начинается в период трансляции коллагеновой мРНК на рибосомах и продолжается на растущей полипептидной цепи вплоть до её отделения от рибосом. После образования тройной спирали дальнейшее гидроксилированиепролиловых и лизиловых остатков прекращается. Реакции гидроксилирования катализируют ок-сигеназы, связанные с мембранами микросом. Пролиловые и лизиловые остатки в Y-положении пептида (Гли-х-у)n подвергаются действию, соответственно, пролил-4-гидроксилазы и лизил-5-гидроксилазы. Пролил-3-гидроксилаза действует на некоторые остатки пролина в Х-положениях. Необходимыми компонентами этой реакции являются оскетоглутарат, О2 и витамин С (аскорбиновая кислота). Донором атома кислорода, который присоединяется к С-4 пролина, является молекула О2, второй атом О2 включается в сукцинат, который образуется при декарбоксилировании α-кетоглутарата, а из карбоксильной группы а-кетоглутарата образуется СО2 (см. схему А на с. 691). Гидроксилазыпролина и лизина содержат в активном центре атом железа Fe2+. Для сохранения атома железа в ферроформе необходим восстанавливающий агент. Роль этого агента выполняет кофермент гидроксилаз — аскорбиновая кислота, которая легко окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. Обратное превращение происходит в ферментативном процессе за счёт восстановленного глутатиона (см. схему Б на с. 691). Гидроксилированиепролина необходимо для стабилизации тройной спирали коллагена, ОН-группыгидроксипролина (Hyp) участвуют в образовании водородных связей. А гидроксилирование лизина очень важно для последующего образования ковалентных связей между молекулами коллагена при сборке коллагеновых фибрилл. При цинге — заболевании, вызванном недостатком витамина С, нарушается гидроксилирование остатков пролина и лизина. В результате этого образуются менее прочные и стабильные коллагеновые волокна, что приводит к большой хрупкости и ломкости кровеносных сосудов с развитием цинги. Клиническая картина цинги характеризуется возникновением множественных точечных кровоизлияний под кожу и слизистые оболочки, кровоточивостью дёсен, выпадением зубов, анемией.   

infopedia.su

Типы коллагенов, их локализация

Тип	Локализация
I	Кожа, кости, сухожилия, суставы, фасции, связки, дентин
II	Хрящевая ткань, связочный аппарат
III	Кожа, стенки сосудов, пищеварительного тракта, эмбриональные ткани
IV	Базальные мембраны
V	Хрящевая и мышечная ткани
VI	Повсеместно
VII	Якорные фибриллы
VIII	Эндотелий сосудов
IX	Хрящевая ткань
XII	Хрящевая ткань
XIII	Повсеместно, включая эпидермис
XIV	Кожа, роговица, хрящевая ткань
XV	Повсеместно
XVII	Кожа, роговица, слизистые оболочки
XVIII	Эндотелий сосудов, роговица
XIX	Эпидермис

Мутация в генах коллагена приводит к развитию различных болезней (несовершенного остеогенеза, синдромов Элерсо–Данло, ахондроплазии).

Коллагеновые волокна окружают многие клетки, обеспечивая их связи между собой или за счет наличия рецепторов в их мембранах, или через белки-посредники (Табл. 1.2).

Второй вид волокон – эластические, присутствуют в эластическом хряще, коже, легких, сосудах, включают эластин – гликопротеин с молекулярной массой 70 кД. Он, как и коллаген, содержит много глицина и пролина. В создании эластических структур также принимают участие фибриллины, которые формируют микрофибриллярный каркас.

Таблица 1.2

Связывающие молекулы между коллагеном и различными типами клеток

Тип коллагена	Связывающий белок	Тип клеток
I	Фибронектин	Различные
II	Хондронектин	Хондроциты
III	Фибронектин	Ретикулярные клетки
IV	Ламинин	Эпителиальные клетки

После синтеза и созревания белки упаковываются в секреторные гранулы, выделяемые во внеклеточную среду. Особая роль в посттрансляционной модификации принадлежит лизилоксидазе, с помощью которой путем окислительного дезаминирования ε-аминогруппы в остатках лизина между четырьмя отдельными цепями формируются поперечные связи, обусловливающие образование резиноподобных структур, способных после деформации восстановить исходную форму.

Последний вид волокон – ретикулиновые – тонкие нити, состоящие из коллагена III типа, связанного с гликопротеинами и протеогликанами. Компоненты этих волокон синтезируются ретикулиновыми клетками, разновидностями фибробластов.

Таким образом, коллагеновые волокна придают СТ прочность и позволяют растягиваться, а эластические волокна – возвращают ткань в исходное положение после ее растяжения.

2. Клетки соединительной ткани

Соединительная ткань характеризуется следующим разнообразием клеток: фибробласты, фиброциты, хондробласты, хондроциты, остеобласты, остеоциты, макрофаги, лейкоциты, перициты, адипоциты, тучные клетки. Они занимают меньший объем, чем экстрацеллюлярный матрикс этих тканей, и выполняют самые разнообразные функции.

Наиболее распространены фибробласты, которые синтезируют компоненты межклеточного вещества (коллаген, эластин, фибронектин, ГАГи, протеогликаны и др.), активные участники заживления ран, способны к пролиферации и миграции.

Особую роль в осуществлении защитной функции играют мобильные макрофаги, способные синтезировать более 60 биологически активных веществ. При фагоцитозе выделяется содержимое лизосом, включающие различные гидролазы, АФК (О₂˙^־, НО˙, Н₂О₂), обладающие высоким антибактериальным эффектом. В активированных макрофагах интенсивно осуществляется окисление арахидоновой кислоты с образованием простагландинов, лейкотриенов, тромбоксана. Кроме того, в этих клетках синтезируются ферменты, разрушающие внеклеточный матрикс: эластаз, коллагеназ, протеиназ, гиалуронидаз. Макрофаги участвуют в заживлении ран, захватывают из крови денатурированные белки, обломки клеток, состарившиеся эритроциты, пылевые частицы, запускают иммунные реакции, проявляют противоопухолевую активность.

Тучные клетки участвуют в воспалительных и аллергических реакциях, продуцируют БАВ: гистамин, гепарин, протеазы, кислые гидролазы, простагландины, лейкотриены и тромбоксаны; их содержание в различных органах подвержено значительным индивидуальным и возрастным колебаниям. Гепарин запасается исключительно тучными клетками, попадая в кровь, связывает антитромбин III, усиливая его антисвертывающую активность. Последний фактор имеет значение и вцелом для соединительнотканных структур. По мере их старения снижается тургор, формируются морщины и т.д. При этом регистрируется обеднение тканей ГАГами, а отсюда – водой с параллельным накоплением грубоволокнистых коллагеновых образований. По мнению отдельных исследователей, в соединительных тканях заложена программа старения организма.

Уникальность структуры и функций СТ создает условия для возникновения огромного числа ее аномалий. В настоящее время известно многообразие генетических дефектов, способных привести к появлению признаков повреждений мезенхимальных структур. Они могут происходить вследствие:

• нарушений синтеза или сборки коллагена;

• генеза аномального коллагена:

• ускоренной деградации коллагена;

• недостаточной прочности поперечных сшивок;

• аналогичных аномалий в эластиновых волокнах;

• разрушения тканей посредством аутоиммунных реакций.

В группу наследственных коллагенопатий включают синдромы Элерса–Данло, Марфана, Альпорта, несовершенный остеогенез.

studfiles.net

Белок молодости: коллаген для кожи незаменим

Каждый человек внешне неповторим, имеет свой тип кожи, индивидуальные линии и черты лица. Как случилось так, что у кого-то пышные щёки и пухлые губы, у другого человека – тонкие губы и впалые щёки, у третьего – более выражены скулы, а у четвертого – широкий лоб. В процессе наполненности клеток кожного покрова играет немаловажную роль коллаген. Вырабатывается этот белок клетками фибробластами, которые по мере старения всего организма прекращают секретировать коллаген и сопутствующие вещества, обеспечивающие молодой внешний вид. После 30 лет фибробласты постепенно прекращают вырабатывать коллаген и запускается процесс старения тканей. Зачем нужен коллаген для кожи и какова его роль в сохранении молодости, рассмотрим в этой статье.

Фибробласты и коллаген: соединительная ткань и матрикс

50% от массы тела человека составляет соединительная ткань. Для обеспечения функционирования всех органов и систем необходимо межклеточное вещество, заполняющее пространство между органами, клетками, костями, связками. Межклеточное вещество – это матрикс (основа), обеспечивает сохранность форм клеток и структур.

Соединительная ткань на львиную долю состоит из коллагена – волокон белка, вырабатываемого фибробластами. Кроме коллагена, фибробласты продуцируют гиалуроновую кислоту, эластин, фибрин, протеогликаны и другие вещества, необходимые для поддержания структуры соединительной ткани.

Фибробласты – это производные стволовых клеток мезенхимы – зародышевой ткани живых существ. Именно клетки фибробласты производят матрикс – основу соединительной ткани. Располагаются фибробласты в дерме, среднем слое кожи.

Коллаген для кожи играет важную роль, потому что обеспечивает упругость, тонус и прочность тканей. Благодаря коллагеновым волокнам отсутствуют морщины, кожа имеет ровный тон, ткани не опускаются.

По мере насыщения кожи свободными радикалами и при внутренних процессах старения клетки фибробласты перестают вырабатывать природный коллаген. Белок расщепляется под действием фермента коллагеназы.

Читайте также: Применение коллагена в косметике: действительно ли это работает

Как происходит диссимиляция коллагена

1. Фибробласты в процессе жизнедеятельности поглощают остатки расщепленных волокон коллагена и вырабатывают коллагеназу.
2. Коллагеназа и эластаза расщепляют волокна коллагена на составные части, разрушая связи на молекулярном уровне.
3. Частицы уже расщеплённого коллагена поглощают макрофаги.

Цикл выработки и разрушения коллагена не прекращается в молодом возрасте и составляет 1 месяц. За 1 год в организме человека происходит обмен коллагеновых волокон общей массой 6 кг. После 30 лет синтез коллагена уменьшается, превалирует процесс разрушения, и при достижении 40-45 лет круговорот коллагена за год может достигать только 3 кг. 

По мере снижения синтеза коллагена ткани становятся тонкими и дряблыми, появляются пятна на коже, она теряет упругость и эластичность, начинается птоз тканей, белок не может больше удерживать молекулы воды и увеличивается сухость кожного покрова.

Зачем коллаген для кожи: основные функции

Крупномолекулярные спирали белка коллагена сохраняют ткани в тонусе, они прочные и почти не растягиваются.

Функции коллагена для кожи:

• опорная – скрепляет органы и формирует пространство для них;
• защитная – обеспечивает прочность и плотность тканей для защиты от повреждений;
• вместе с эластином обеспечивает пластичность тканей – эластичность и способность растягиваться и возвращаться на место;
• восстанавливающая – обеспечивает регенерацию клеток;
• профилактика меланом – препятствует развитию раковых клеток;
• стимулирует формирование оболочек клеток.

Что влияет на выработку коллагена фибробластами

На количество вырабатываемого коллагена фибробластами влияет не только естественный процесс старения организма, но и другие факторы:

• вредные привычки, особенно курение – под действием никотина мелкие сосуды сужаются, замедляется кровоток, быстрее накапливаются свободные радикалы, которые непосредственно влияют на распад белка;
• негативное воздействие ультрафиолетового излучения – под воздействием обезвоживания тканей, быстрее запускается процесс распада коллагена;
• чрезмерное увлечение алкоголем – посредством обезвоживания органы и клетки страдают от дефицита кислорода и жидкости;
• нерациональное питание, ведущее к дефициту микроэлементов и витаминов;
• постоянные стрессы в жизни ускоряют старение клеток;
• наличие системных заболеваний соединительной ткани – ревматизм, красная волчанка, дерматомиозит, склеродермия.

Чтобы приостановить разрушение коллагеновых волокон используются множество методов для возобновления дефицита белка в тканях. В косметологии используются кремы с содержанием коллагена, биодобавки, коллагеновые маски или гели. Также для частичного возобновления молодого вида кожи используются филлеры с коллагеном, которые используются для контурной пластики. Коллаген в виде филлеров применяется для восстановления внешнего вида губ, овала лица, замедления старения тканей на коже.  

estet-portal.com

Коллаген что это такое и в чем содержиться

В организме каждого человека есть ткань, которая обнаруживается практически везде — в сосудах, сердце, легких, печени, почках, диафрагме, сухожилиях, мышцах, связках .

В одних органах она рыхлая, в других — плотная, где-то ее меньше, где-то больше, но она есть везде. И называется она соединительной тканью.

Соединительная ткань — это сложнейшая структурная и многофункциональная система, которая объединяет в единое целое различные органы и ткани организма и составляет примерно 50% от массы тела (рис.1). В ее состав входят межклеточный матрикс и различные клетки (фибробласты, хондробласты, остеобласты и др.). В свою очередь межклеточный матрикс в организме выполняет множество функций:

• формирует каркас тканей и органов;
• служит  для клеток своеобразным «биологическим клеем» ;
• участвует в регуляции водно-солевого обмена;
• формирует высокоспециализированные структуры – зубы, сухожилия, хрящи, базальные мембраны и др.

Рис. 1 Соединительная ткань

Коллаген — что это?

Основой межклеточного матрикса является коллаген — белок, на долю которого приходится около трети всех белков организма человека (примерно 6% массы тела). Около 40% коллагена содержится в коже, примерно 50% — в тканях скелета и  лишь 10% — в строме внутренних органов.              

Рис. 2.  Коллаген: аминокислотные остатки глицина окрашены в черный цвет, а  других аминокислот – в белый.

Сегодня термин «коллаген» известен каждой девушке и женщине. Коллаген – это, тот самый, чудодейственный белок, от которого зависит молодость кожи – упругость,  эластичность, шелковистость.

Как часто мы слышали, что именно коллаген, включенный в состав современных кремов или в виде инъекций, способен продлить нашу молодость и даже вернуть утраченную красоту! Но действительно ли это так? Почему коллаген так значим? И почему его снижение так разительно сказывается на состоянии лица и порой вызывает у нас отчаяние? И можно ли избежать этого? И если невозможно, то как минимизировать его потери? Какие средства наиболее эффективны?

Попытаемся ответить на эти и другие вопросы….   Но прежде всего познакомимся с коллагеном поближе. Итак,

Какую роль коллаген он играет в жизни человека?

Своим названием коллаген обязан древне-греческим словам «клей» (colla) и «происхождение» (genesis). Он  «склеивает»,  а вернее — скрепляет ткани организма. Коллаген имеется у любого живого существа Земли — от вирусов и простейших до многоклеточных, в т. ч. и человека. Коллаген не обнаружен только у растений.

Описано около 25 типов коллагена. Причем более 90% всего коллагена приходится на  коллагены I, II, III и IV типов. Первый тип входит в состав сухожилий, кожи, костной ткани; второй – в хрящевую ткань; третий  формирует сосудистую стенку, ткани плода; четвертый  является обязательным компонентом базальных мембран и капсулы хрусталика.

Присутствуя практически во всех тканях и органах нашего организма, коллаген проявляет различные свойства. Он обеспечивает

• крепость, жесткость, сопротивление растяжению костей;
• эластичность и сопротивление сдавливанию хрящевой ткани;
• проницаемость  мембран;
• эластичность и упругость кожи;
• гибкость и растяжимость (во всех направлениях) сосудов.

Такое разнообразие его свойств во многом зависит от разумного сплетения волокон коллагена и последовательности аминокислот в его цепочках. Помимо этого, крепость и жесткость костей обеспечивается за счет включения в коллаген минералов, а волос и ногтей – кератина.

Доказано, что коллаген вместе с эластином и кератинами составляют основу кожи, образуя ее каркас. По интернету «гуляет» образное описание структуры кожи, которое наглядно демонстрирует роль коллагена в поддержании тонуса кожи. Авторы этого сравнения предлагают следующее: представить матрас, где его верхняя часть  — это кожа, а нижняя – мышцы. Металлические пружины, соединяющие эту конструкцию и обеспечивающие упругость –  соединительная ткань, которая состоит из белков (коллагена и эластина). Функционируя как пружины, коллагеновые волокна поддерживают тонус кожи, не давая ей обвиснуть. Доказано, что  гладкость и упругость кожи достигается благодаря способности коллагеновых волокон растягиваться и снова возвращать изначальную форму. По мере старения «каркас» теряет прочность, кожа истончается, «провисает», становится вялой и покрывается морщинками.

Как образуется коллаген? Как он устроен?

Коллаген синтезируется фибробластами — клетками соединительной ткани. Причем размеры молекулы коллагена огромны (вспомним об этом, когда будем рассматривать эффективность применения коллагеносодержащих косметологических средств!). Основная масса коллагена  кожи — это коллаген I типа, который представляет собой волокна, сплетенные из множества еще более мелких нитей — фибрилл. В процессе синтеза вначале образуются одиночные нити коллагена, представляющие собой цепочки, причем каждая из них состоит примерно из 1000 аминокислот. В последующем эти нити сплетаются в спирали, которые состоят из трех нитей, закрученных друг вокруг друга. Прочность спирали обеспечивается последовательностью трех аминокислот, первая из которых всегда глицин, две других могут быть любыми другими аминокислотами, чаще всего это пролин /аланин или же гидроксипролин/гидроксилизин.

Глицин – это маленькая аминокислота, которая образует первый изгиб спирали. Затем идет гидроксипролин, который формирует второй изгиб, и, последняя  аминокислота — пролин, благодаря которому формируется последний изгиб. На последнем этапе тройные спирали (проколлаген) выходят из фибробластов в межклеточное вещество дермы.  Именно здесь они сплетаются в более толстые нити – коллагеновые волокна (рис.3).

Рис. 3 Коллагеновые волокна

Последние достаточно прочны, и выдерживает нагрузку до 600 кг/см², что примерно в 10 000 раз превышает его собственный вес. Толстый слой коллагена обеспечивает коже   эластичность и стойкость. Коллаген присутствует как на поверхности клеток кожи, так и в межклеточном пространстве. Благодаря своему строению коллаген способен значительно растягиваться. В молодом возрасте коллагеновые волокна кожи упруги и эластичны, однако в процессе старения коллаген теряет свои качества, прежде всего это касается области лица (зоны вокруг рта, глаз и лба). Потеря коллагеновых волокон приводит к снижению влажности, углублению морщин, сморщиванию кожи.

Аминокислоты в составе коллагена

Нельзя недооценивать значимость аминокислот, входящих в состав коллагена. На долю глицина приходится около 20% всех аминокислот организма. Именно глицин — самая востребованная аминокислота коллагена, т.к. каждая третья аминокислота коллагена представлена глицином. Его содержание в коллагене достигает 33,5%. Глицин необходим организму не только для синтеза коллагена, но и для передачи нервного импульса. Он регулирует обмен веществ, восстанавливает и улучшает в центральной нервной системе процессы защитного торможения, снижает психоэмоциональное напряжение, повышает умственную работоспособность.

При дефиците глицина организм извлекает его прежде всего из того места, где его много, т.е. коллагена. Способствует этому гидрокортизон — гормон стресса, запускающий механизм разрушения коллагена. Именно так происходит при стрессе, и чем сильнее и длительнее стресс, тем быстрее истощаются запасы глицина, т.к. организм начинает восполнять его дефицит, извлекая глицин из коллагена путем разрушения последнего. Результатом этого является снижение эластичности кожи, образование ранних и глубоких морщин, истончение сосудистой стенки, повышение риска разрыва сосудов, увеличение числа атеросклеротических бляшек, ухудшение состояния суставных хрящей, возникновение проблем с пищеварением, ухудшение зрения и др.

Рис.4 Аминокислоты коллагена

Но список аминокислот коллагена одним глицином не ограничивается. Есть еще 2 аминокислоты, которые присутствуют в большом количестве в коллагене — это пролин и гидроксипролин (рис.4). Пролин положительно влияет на структуру кожи, он необходим для функционирования сухожилий и суставов, укрепляет мышцу сердца, является источником энергии для мышц и печени. Применение пролина значительно повышает эффективность обучения. Он является основой для создания нейролептиков, применяемых при инсультах,  нарушении памяти и умственной отсталости. Гидроксипролин в свою очередь играет главную роль в обеспечении стабильности коллагена.

Следует понимать, что эти аминокислоты в достаточном количестве в пище, употребляемой ежедневно, не присутствуют.

Синтез коллагена

Синтез коллагена — сложный ферментативный процесс, обеспечиваемый  витаминами и минеральными веществами. Одним из самых важных стимуляторов синтеза коллагена, а также роста фибробластов  является аскорбиновая кислота.  Ее дефицит приводит к синтезу дефектного более рыхлого коллагена.

Синтез коллагена регулируется многими веществами. Интересно, что сам коллаген и N-npoпептиды после своего отщепления тормозят передачу коллагена по принципу отрицательной обратной связи. 

В регуляции синтеза коллагена особую роль играют гормоны. Они тормозят синтез коллагена путём снижения уровня проколлагена, а также за счет угнетения активности специфических ферментов. Незавершенное гидроксилирование остатков лизина и пролина вызывает повышение чувствительности коллагена к действию неспецифических протеаз и коллагеназы. Результатом угнетающего действия глюкокортикоидов на синтез коллагена является уменьшение толщины дермы, а также атрофия кожи в местах длительного парентерального  их введения.

На синтез коллагена также оказывают влияние половые гормоны, рецепторы к которым выявляются не только в строме половых органов, но и в фибробластах других органов и тканей. Известно, что обмен коллагена в матке контролируется половыми гормонами. В тоже время синтез коллагена кожи зависим от содержания эстрогенов, что подтверждается тем фактом, что в менопаузе у женщин  содержание коллагена в дерме снижается.

Коллаген на протяжении всей жизни человека остается главным участником обмена веществ и присутствует во всех тканях и органах. При этом скорость его обновления в различных тканях разная: быстрее всего (за месяц) этот незаменимый строительный белок обновляется в печени, медленнее всего  — в костной ткани и суставах, где процесс обновления длится примерно год-полтора.

Обсуждая важную роль коллагена в организме человека, не следует забывать и о другом важном белке – эластине (рис.5). Эластин — белок, обеспечивающий эластичность и восстановление тканей, например, при повреждениях кожи. Содержится в больших количествах в тканях, которые обладают значительной эластичностью — кровеносные сосуды, легкие, связки, кожа. Особенно богаты эластином шейные связки, стенки аорты; в ткани лёгких количество эластина с возрастом увеличивается. Эластичность проявляются высокой растяжимостью этих тканей и быстрым восстановлением исходной формы и размера  после снятия нагрузки.

Рис.5 Эластин

И коллаген, и эластин — спутники повреждений. После травм, ожогов, ранений образуются рубцы. Плотная ткань рубцов состоит в основном из этих белков. Рубцы могут появляться не только на кожных покровах, но и на внутренних органах, в месте их повреждений, обусловленных различными причинами. Общими для эластина и коллагена являются большое содержание глицина и пролина.

Редакция рекомендует:

Смотри также:

Часть 2: Глубокое увлажнение кожи лица в домашних условиях – возможно или нет? Как правильно увлажнять кожу в домашних условиях: рецепты увлажняющих масок и тоников в домашних условиях. Подборка лучших растительных масел для увлажнения кожи Часть1: Глубокое увлажнение кожи лица в домашних условиях – возможно или нет? Узнайте что является причиной сухости кожи, как правильно увлажнять кожу в зависимости от типа кожи. Какие ингредиенты для увлажнения вредные? Нормальный тип кожи — это не нормально? Мнение Джули Габриель Поспорим, что ваш тип кожи — жирный, сухой, комбинированный, только не нормальный. Нормальной кожи больше не существует? — спрашивает Джули Габриель

www.naturalrating.ru

Коллаген — это… Что такое Коллаген?

Коллаге́н — фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, дерма и т. п.) и обеспечивающий её прочность и эластичность. Коллаген обнаружен у многоклеточных животных; отсутствует у растений, бактерий, вирусов, простейших и грибов.^[1] Это основной компонент соединительной ткани и самый распространённый протеин у млекопитающих,^[2] составляющий от 25% до 35% протеинов во всём теле.

История исследования

Учёные десятилетиями не могли понять молекулярное строение коллагена. Первое доказательство того, что коллаген имеет постоянную структуру на молекулярном уровне, было представлено в середине 30-х годов прошлого века. С того времени много выдающихся учёных, включая Нобелевских лауреатов, таких как Фрэнсис Крик, Лайнус Полинг, Александр Рич, Ада Йонат, Хелен Берман, Вилеайнур Рамачандран работали над строением мономера коллагена.

Несколько противоречащих друг другу моделей (несмотря на известную структуру каждой отдельной пептидной цепи) дали дорогу для создания троично-спиральной модели, объяснившей четвертичную структуру молекулы коллагена.

Свойства

Продуктом денатурации коллагена является желатин. Температура денатурации макромолекулы коллагена близка к температуре фибриллогенеза. Это свойство молекулы коллагена делает её максимально чувствительной к мутационным заменам.

Структура

Молекула коллагена представляет собой правозакрученную спираль из трёх α-цепей. Такое образование известно под названием тропоколлаген^[3]. Один виток спирали α-цепи содержит три аминокислотных остатка. Молекулярная масса коллагена около 300 кДа, длина 300 нм, толщина 1,5 нм.

Для первичной структуры белка характерно высокое содержание глицина, низкое содержание серосодержащих аминокислот и отсутствие триптофана. Коллаген относится к тем немногим белкам животного происхождения, которые содержат остатки нестандартных аминокислот: около 21 % от общего числа остатков приходится на 3-гидроксипролин, 4-гидроксипролин и 5-гидроксилизин^[4]. Каждая из α-цепей состоит из триад аминокислот. В триадах третья аминокислота всегда глицин, вторая — пролин или лизин, первая — любая другая аминокислота, кроме трёх перечисленных^[3].

Коллаген существует в нескольких формах. Основная структура всех типов коллагена является схожей. Коллагеновые волокна образуются путём агрегации микрофибрилл, имеют розовый цвет при окраске гематоксилином и эозином и голубой или зелёный при различных треххромных окрасках, при импрегнации серебром окрашиваются в буро-жёлтый цвет.

Фибриллярная структура

Тропоколлаген (структурные единицы коллагена) спонтанно объединяются, прикрепляясь друг к другу смещенными на определённое расстояние концами, образуя в межклеточном веществе более крупные структуры. В фибриллярных коллагенах молекулы смещены относительно друг друга примерно на 67нм (единица, которая обозначается буквой «D» и меняется в зависимости от состояния гидратации вещества). В целом каждый D -период содержит четыре целых и часть пятой молекулы коллагена. Величина 300 нм, поделенная на 67 нм (300:67) не дают целого числа и длина молекулы коллагена разделена на непостоянные по величине отрезки D. Следовательно, в разрезе каждого повтора D -периода микрофибриллы есть часть, состоящая из пяти молекул называемая «перекрытие», и часть, состоящая из четырёх молекул — «разрыв». Тропоколлагены к тому же скомпонованы в шестиугольную или псевдошестиугольную (в поперечном разрезе) конструкцию, в каждой области «перекрытия» и «разрыва».

Внутри тропоколлагенов существует ковалентная связь между цепями, а также некоторое непостоянное количество данных связей между самими тропоколагеновыми спиралями, образующими хорошо организованные структуры (например, фибриллы). Более толстые пучки фибрилл формируются с помощью белков нескольких других классов, включая другие типы коллагенов, гликопротеины, протеогликаны, использующихся для формирования различных типов тканей из разных комбинаций одних и тех же основных белков. Нерастворимость коллагена была препятствием к изучению мономера коллагена, до того момента как было обнаружено, что возможно извлечь тропоколлаген молодого животного, поскольку он ещё не образовал сильных связей с другими субъединицами фибриллы. Тем не менее, усовершествование микроскопов и рентгеновских аппаратов облегчили исследования, появлялось все больше подробных изображений структуры молекулы коллагена. Эти поздние открытия очень важны для лучшего понимания того, как структура коллагена влияет на связи между клетками и межклеточным веществом, как ткани меняются во время роста и регенерации, как они меняются во время эмбрионального развития и при патологии.

Коллагеновая фибрилла — это полукристаллическая структурная единица коллагена. Коллагеновые волокна — это пучки фибрилл.

Использование

Пищевая промышленность

С точки зрения питания, коллаген и желатин являются белками низкого качества, так как они не содержат всех незаменимых аминокислот, необходимых человеку — это неполноценные белки. Производители основанных на коллагене пищевых добавок утверждают, что их продукты могут улучшить качество кожи и ногтей, а также здоровье суставов.^{[источник не указан 928 дней]}

Относительно дешёвые, часто предлагаемые сегодня на рынке под видом источника свободных аминокислот гидролизаты коллагена не всегда способны удовлетворить потребности человека в свободных аминокислотах, так как эти продукты не содержат готовые к усвоению аминокислоты, а является лишь частично “переваренными” экстрактами суставных тканей млекопитающих, птиц или обитателей моря. Например, гидролизаты коллагена почти полностью лишены аминокислоты L-глютамина, не отличающейся стойкостью к термическому воздействию и долгому хранению сырья, большая часть глютамина и разрушается уже на первых этапах хранения и переработки сырья, имеющийся небольшой остаток практически полностью распадается во время термической экстракции хрящевой ткани.

Наиболее качественными источниками аминокислот являются препараты, содержащие так называемые “свободные аминокислоты”. Так как именно свободные аминокислоты являются практически готовыми к усвоению, организму принимающего человека не нужно тратить время, пищеварительные ферменты и энергию на их переваривание. Они способны в кратчайшие сроки поступить в кровь, и будучи доставленными ею к местам, нуждающимся в дополнительном синтезе коллагена, тут же включаются в его формирование.^{[источник не указан 664 дня]}

Косметические средства

Коллаген входит в состав косметических средств для :

1. Образования воздухопроницаемого, влагоудерживающго слоя на поверхности кожи, обладающего пластифицирующими (разглаживающими) свойствами, со свойствами влажного компресса;
2. Пролонгирования действия экстрактов, масел и др. в составе косметических композиций;
3. Придания блеска волосам, создания коллагенового (защитного) слоя на поверхности волос.

Научные исследования

В 2005 году учёным удалось выделить коллаген из сохранившихся мягких тканей тираннозавра^[5] и использовать его химический состав как ещё одно доказательство родства динозавров с современными птицами^[6].

Научные исследования в медицине

Синтез коллагена — сложный ферментативный многостадийный процесс, который должен быть обеспечен достаточным количеством витаминов и минеральных элементов. Синтез протекает в фибробласте и ряд стадий вне фибробласта. Важный момент в синтезе — реакции гидроксилирования, которые открывают путь дальнейшим модификациям, необходимым для созревания коллагена. Катализируют реакции гидроксилирования специфические ферменты. Так, образование 4-оксипролина катализирует пролингидроксилаза, в активном центре которой находится железо. Фермент активен в том случае, если железо находится в двухвалентной форме, что обеспечивается аскорбиновой кислотой (витамин С). Дефицит аскорбиновой кислоты нарушает процесс гидроксилирования, что влияет на дальнейшие стадии синтеза коллагена- гликозилирование, отщепление N- и С-концевых пептидов и др. В результате синтезируется аномальный коллаген, более рыхлый. Эти изменения лежат в основе развития цинги.

Типы коллагена

В настоящее время описано 28 типов коллагена, которые кодируются более чем 40 генами. Они отличаются друг от друга по аминокислотной последовательности, а также по степени модификации — интенсивности гидроксилирования или гликозилирования. Общим для всех коллагенов является существование 1 или более доменов, содержащих тройную спираль и присутствие их во внеклеточном матриксе. Более 90 % всего коллагена высших организмов приходится на коллагены I, II,III и IV типов.

Разновидности коллагена	Типы
Фибриллярные коллагены	I, II, III, V, XI, XXIV, XXVII
Фибрилл-ассоциированные коллагены (FACIT)	IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX, XXI, XXII
Коллагены, формирующие филаменты- бусины (beaded filament forming)	VI
Сетеобразующие коллагены	IV, VIII, X
Коллаген, формирующий якорные фибриллы	VII
Трансмембранные коллагены	XIII, XVII, XXIII, XXV/CLAC-P
Другие коллагены	XXVIII, XV, XVIII

Кроме белков коллагенов существует множество белков, содержащих в своей структуре домен с тройной коллагеновой спиралью^[7][8]. И, тем не менее, они не позиционируются как коллагены, а только как «коллагено-подобные». К большой группе коллагено-подобных белков относятся подкомпонент C1q комплемента, C1q подобный фактор, адипонектин, колектины и фиколины, концевая структура ацетилхолинестаразы, три макрофаговых рецептора, эктодисплазин и EMILIN. Эти белки, так же как и коллагены, играют структурную и регуляторную роль.
 Коллаген первого типа, самый архетипичный, является тримерным белком, собирающимся в тройные спирали без разрывов, самособирающимся в фибриллы и обладающим наибольшей механической прочностью. Между тем, все остальные коллагены отличаются от него в одном или нескольких аспектах. Некоторые коллагены имеют разрывы в тройной спирали и не обязательно собираются в фибриллы.

Тип коллагена	Гены	Молекулы	Органы	Ассоциированные болезни
I	COL1A1 COL1A2	α1(I)2α2(I), α1(I)3	Повсеместно в мягких и твёрдых тканях, в коже, костях	Синдром Элерса-Данлоса, остеогенез, ревматизм, синдром Марфана, дисплазии
II	COL2A1	α1(II)3 + см тип XI	Хрящи, стекловидное тело, межпозвоночные диски	Коллагенопатия II и XI типа, синдром Стиклера, ахондрогенез
III	COL3A1	α1(III)3	Мягкие ткани и полые органы	Синдром Элерса-Данлоса, фибромышечная дисплазия, аневризма аорты
IV	COL4A1 COL4A2 COL4A3 COL4A4 COL4A5 COL4A6	α1(IV)2α2(IV), другие непонятно	Базальные мембраны	Синдром Альпорта, синдроме Гудпасчера
V	COL5A1 COL5A2 COL5A3	α1(V)2α2(V), α1(V)α2(V)α3(V) + см тип XI	Мягкие ткани, плацента, сосуды, хорион	Синдром Элерса-Данлоса
VI	COL6A1 COL6A2 COL6A3 COL6A4 COL6A5 COL6A6	α1(VI)α2(VI)α3(VI)	Микрофибриллы в мягких тканях и хрящах	Миопатия Ульриха, миопатия Бэтлема, атопический дерматит
VII	COL7A1	α1(VII)3	Прикрепительные фибриллы в связке кожи и эпидермия	Буллезный эпидермолиз
VIII	COL8A1 COL8A2	α1(VIII)α2(VIII)	Роговица, эндотелий	Дистрофия роговицы
IX	COL9A1 COL9A2 COL9A3	α1(IX)α2(IX)α3(IX)	Хрящи, стекловидное тело	Синдром Стиклера, остеоартрит, эпифизарная дисплазия
X	COL10A1	α1(X)3	Гипертрофическая зона области роста	Метафизарная дисплазия Шмида
XI	COL11A1 COL11A2	α1(XI)α2(XI)α1(II), α1(XI)α2(V)α1(II)	Хрящи, стекловидно тело	Коллагенопатия II и XI типов, остеопороз
XII	COL12A1	α1(XII)3	Мягкие ткани	Повреждения сухожилий
XIII	COL13A1	α1(XIII)3	Поверхность клеток, эпительные клетки
XIV	COL14A1	α1(IV)3	Мягкие ткани
XV	COL15A1	α1(XV)3	Эндотелиальные клетки	карцинома
XVI	COL16A1	α1(XVI)3	Повсеместно
XVII	COL17A1	α1(XVII)3	Поверхность эпидермальных клеток	Буллезный эпидермиолиз, пузырчатка
XVIII	COL18A1	α1(XVIII)3	Эндотелиальные клетки
XIX	COL19A1	α1(XIX)3	Повсеместно	Меланома, карцинома
XX	COL20A1	α1(XX)3	Выделен из куриного эмбриона
XXI	COL21A1	α1(XXI)3	Кровеносные сосуды
XXII	COL22A1	α1(XXII)3	Только в местах мышечно-сухожильных соединений
XXIII	COL23A1	α1(XXIII)3	Опухолевые клетки
XXIV	COL24A1	α1(XXIV)3	Формирующиеся кости	Остеохондроз
XXV	COL25A1	α1(XXV)3	Атеросклеротические бляшки	Болезнь Альцгеймера
XXVI	COL26A1=EMID2	α1(XXVI)3	Половые органы
XXVII	COL27A1	α1(XXVII)3	Мягкие ткани
XXVIII	COL28A1	α1(XXVIII)3	Нервная система

Медицинские аспекты

Нарушения синтеза коллагена лежат в основе таких наследственных заболеваний, как дерматоспораксис у животных, латиризм (характерна разболтанность суставов, привычные вывихи), синдром Элерса-Данлоса (до 14 типов проявлений), несовершенный остеогенез (болезнь «стеклянного человека», врожденный рахит, врожденная ломкость костей), болезнь Марфана.

Характерным проявлением этих заболеваний является повреждение связочного аппарата, хрящей, костной системы, наличие пороков сердечных клапанов.

Болезни коллагена, в том числе так называемые коллагенозы, возникают из-за множества причин. Это может быть из-за мутации в гене, приводящей к изменению формы коллагеновой молекулы, или ошибки в пострансляционной модификации коллагена. Также болезни могут быть вызваны недостатком или «неправильной работой» ферментов, вовлеченных в биосинтез коллагена — дефицит ферментов гидроксилирования (пролин-, лизингидроксилазы), гликозилтрансфераз, N-проколлагеновой и С-проколлагеновой пептидаз, лизилоксидаз с последующим нарушением поперечных сшивок, дефицит меди, витаминов В6, C. При приобретённых болезнях, таких как цинга, восстановление баланса ферментов до нормального может привести к полному излечению.

Практически любая генная мутация, ведет к утрате или изменению функций коллагена, что, в свою очередь, отражается на свойствах тканей и органов. Генные мутации в коллагеновом домене могут привести к изменению формы тройной спирали, путём вставки/делеции аминокислоты или замены Gly на другое основание. Мутации в неколлагеновых доменах могут привести к неправильной сборке α-цепей в надмолекулярные структуры (фибриллы или сети), что также ведет к утрате функций. Мутантные a-цепи способны образовывать трех-спиральный комплекс с нормальными a-цепями. В большинстве случаев, такие комплексы не стабильны и быстро разрушаются, однако такая молекула может и нормально выполнять свою роль, если не затронуты функционально важные области. Большинство болезней, вызванных мутациями в коллагеновых генах, являются доминантными.

Примечания

Ссылки

dic.academic.ru

Какие функции коллагена в теле человека?

Коллаген играет важную роль в нашем организме. Он придает силу и прочность коже, костям, зубам, волосам. Также коллаген присутствует во всех тканях гладких мышц и кровеносных сосудов.

 

● Коллаген для кожи

Коллаген – это ключ к молодой и эластичной коже. Он находится в 75 % нашей соединительной ткани. Коллаген придает коже прочность, долговечность и отвечает за ее гладкость, упругость и здоровье. Уменьшение количества коллагена в организме снижает упругость кожи, что способствует образованию морщин и появлению признаков старения.

 

● Коллаген для суставов

Коллаген является основным белком соединительной ткани. Он является основой хрящей и сухожилий. Хрящ– твердый и одновременно эластичный материал, который покрывает крайние точки костей в суставах. Основная функция хряща заключается в том, чтобы уменьшить трение в суставах, а также служить в качестве «амортизатора» во время нагрузок. Амортизирующий эффект здорового хряща получаем благодаря его способности изменять форму при сжатии. Коллаген наделяет силой хрящ, и создает некую структуру, в которой сохраняются другие компоненты хряща. Снижение уровня коллагена в организме может увеличить трение в суставах, тем самым вызывая боль и дискомфорт во время движения.

 

● Коллаген для костей

Около 20% костной ткани состоит из органических соединений. А 80% органических соединений состоит из коллагена, остальное – это неколлагеновые белки. Коллаген представляет собой волокнистый белок, который обеспечивает мягкую структуру ткани, а фосфат кальция представляет собой минерал, который повышает ее прочность. Когда уровень коллагена высокий — наши кости и зубы будут крепкими и плотными. При снижении уровня коллагена, кости становятся хрупкими и возникает такое заболевание, как остеопороз.

 

● Коллаген для мышц

Коллаген — это основной белок соединительной ткани, который также является неотъемлемой составной частью мышц. Он позволяет сформировать четкую структуру мышц. Если уровень коллагена низкий, мышцы становятся дряблыми и слабыми.

 

● Коллаген для глаз

Коллаген является основным компонентом белой склеры и прозрачной роговицы, которые формируют внешний слой глазного яблока. Роговица, которая представляет собой сложную группу белков и клеток, имеет прозрачную структуру, и отвечает за преломления света, являясь начальной точкой визуального контакта. Наши глаза состоят как из волокнистых, так и из более водянистых желеобразных типов тканей, качество которых зависит от количества коллагена в организме. Если коллагена достаточно, то ткани будут прочными и увлажненными, если нет, то человек почувствует сухость в глазах.

 

● Коллаген для волос и ногтей

Рост здоровых и блестящих волос в основном наблюдается на здоровой коже. В дермальном слое кожи корни волос покрыты коллагеном, который поставляет необходимые питательные вещества для густых, блестящих и здоровых волос. Дефицит коллагена может привести к сухости и повреждению волос, а также ломкости ногтей.

 

● Коллаген для ран 

При порезе кровь контактирует с коллагеном и тем самым начинает создавать противовоспалительное воздействие. Тромбоциты из клеточных мембран выделяют липкие гликопротеины, которые образовывают сгусток крови, заживляя тем самым рану.  У людей с низким уровнем коллагена, кровь свертывается медленно, а рана долго не заживает.

 

● Коллаген для внутренних органов

Существуют различные типы коллагена в организме человека. Каждая группа коллагена играет жизненно важную роль в функционировании организма. Коллаген может как формировать, так и отвечать за работу внутренних органов. Коллаген помогает обеспечивать структурную целостность всех внутренних органов.

xn--80aaxicxqi.xn--j1amh

No related posts.