Коллаген

редактировать
Структурный белок Молекула тропоколлагена: три левых проколлагена (красный, зеленый, синий) соединяются, образуя правую тройку спиральный тропоколлаген.

Коллаген () является основным структурным белком во внеклеточном матриксе в различных соединительных тканях в теле. Как компонент соединительной ткани, это самый распространенный белок у млекопитающих, составляющий от 25% до 35% белка всего тела. Коллаген состоит из аминокислоты, связанной вместе с образованием тройной спирали удлиненной фибриллы, известной как спираль коллагена. В основном он встречается в соединительной ткани, такой как хрящ, кости, сухожилия, связки и <6.>кожа.

В зависимости от степени минерализации ткани коллагена могут быть жесткими (кость), эластичными (сухожилие) или иметь градиент от жесткого к эластичному (хрящ). Его также много в роговице, кровеносных сосудах, кишечнике, межпозвоночных дисках и дентине в зубах. В мышечной ткани он служит основным компонентом эндомизия. Коллаген составляет от одного до двух процентов мышечной ткани и составляет 6% веса сильных сухожильных мышц. фибробласт - наиболее распространенная клетка, вырабатывающая коллаген. Желатин, который используется в пище и промышленности, представляет собой коллаген, который необратимо гидролизован. Коллаген имеет множество медицинских применений при лечении заболеваний и кожи.

Название коллаген происходит от греческого κόλλα (kólla), что означает «клей », и суффикса -γέν, -gen, обозначающего «производящий». Это относится к раннему использованию соединения в процессе кипячения кожи и сухожилий лошадей и других животных для получения клея.

Содержание

  • 1 Типы
  • 2 Применение в медицине
    • 2.1 Кардиологические применения
    • 2.2 Косметическая хирургия
    • 2.3 Костные трансплантаты
    • 2.4 Регенерация ткани
    • 2.5 Реконструктивное хирургическое применение
    • 2.6 Заживление ран
  • 3 Фундаментальные исследования
  • 4 Химия
  • 5 Синтез
    • 5.1 Аминокислоты
    • 5.2 Образование коллагена I
    • 5.3 Синтетический патогенез
  • 6 Молекулярная структура
  • 7 Ассоциированные нарушения
  • 8 Заболевания
  • 9 Характеристики
    • 9.1 Использование
  • 10 Адаптация и диверсификация
  • 11 История
  • 12 См. Также
  • 13 Ссылки

Типы

Более 90% коллаген в человеческом теле представляет собой коллаген I типа. Однако по состоянию на 2011 год 30 типов коллагена были идентифицированы, модели и разделены на несколько групп в соответствии со стандартной системой, которые используют: Все используемые по образцу одну тройную спираль. Количество типов показывает разнообразную функциональность коллагена.

  • Фибриллярные (Тип I, II, III, V, XI)
  • Нефибриллярные
    • FACIT (Коллагены, ассоциированные с фибриллами, с прерывистыми тройными спиралями) (Тип IX, XII, XIV, XIX, XXI)
    • Короткая цепь (Тип VIII, X)
    • Базальная мембрана (Тип IV)
    • Мультиплексин (Множественные домены тройной спирали с прерываниями) (Тип XV, XVIII)
    • MACIT (Мембранно-ассоциированные коллагены с прерывистыми тройными спиралями) (Тип XIII, XVII)
    • Образование микрофибрилл (Тип VI)
    • Якорение фибриллы (Тип VII)

Пять наиболее распространенных типов:

Применение в медицине

Сердечные аппликации

Коллагеновые Каркас сердца, который включает четыре кольца сердечного клапана, гистологически, эластично и однозначно связано с сердечной мышцей. Каркас сердца также включает разделяющие перегородки камер сердца - межжелудочковую перегородку и атриовентрикулярную перегородку. Вклад коллагена в показателе сердечной деятельности в целом собой непрерывную крутящую силу, противоположную механику жидкости кровяного давления, исходящего из сердца. Коллагеновая структура, которая отделяет верхние камеры сердца от нижних камер, представляет собой непроницаемую мембрану, которая исключает как кровь, так и электрические импульсы с помощью обычных физиологических средств. При поддержке коллагена фибрилляция предсердий не перерастает в фибрилляцию желудочков. Коллаген из слоев большой плотности с гладкой мышечной массой. Масса, структура, и плотность коллагена - все это возраст обеспечивает податливости, необходимой для перемещения вперед и назад. Отдельные створки сердечных клапанов складываются в форму с помощью специального коллагена под переменным давлением. Постепенное отложение кальция в коллагене происходит как естественная функция старения. Кальцинированные точки в коллагеновых матрицах демонстрируют контраст в движущемся отображении крови и мышц, что позволяет методам технологии визуализации сердца достигли применения, по существующим на поступление крови (сердечное поступление ) и кровь на выходе ( сердечный выброс ). Патология коллагеновой основы сердца относится к категории заболевания соединительной ткани.

косметической хирургии

Коллаген широко используется в косметической хирургии в качестве лечебного средства для ожоговых пациентов для восстановления костей и широкий спектр стоматологических, ортопедических и хирургических целей. Коллаген человека и крупного рогатого скота широко используется в качестве кожных наполнителей для лечения морщин и старения кожи. Вот некоторые интересные моменты:

  1. При использовании вероятности в косметических целях используются дополнительные эффекты, вызывающее продолжительное покраснение; однако это может быть практически устранено простым и незаметным тестированием пластыря перед использованием в косметических целях.
  2. Большая часть медицинского коллагена получена из молодняка крупного рогатого скота (крупного рогатого скота) от сертифицированного BSE -бесплатные животные. Большинство производителей используют животных-доноров либо из «закрытых стадий», либо из стран, в которых никогда не регистрировались случаи BSE, таких как Австралия, Бразилия и Новая Зеландия.

Костные трансплантаты

даже скелет формируетение тела, жизненно важно, чтобы оно сохраняло свою силу после переломов и травм. Коллаген используется при трансплантации костей, поскольку он имеет тройную спиральную структуру, что делает его очень прочной молекулыой. Он идеально подходит для лечения костей, так как не нарушает структурную целостность скелета. Тройная спиральная структура коллагена предотвращает его расщепление ферментами, обеспечивает адгезию клеток и важна для правильной сборки внеклеточного матрикса.

Регенерация тканей

Коллагеновые каркасы - это используется для регенерации тканей в губках, тонкихах или гелях. Коллаген обладает необходимыми свойствами для регенерации тканей, такими как структура, проницаемость, гидрофильность и стабильность in vivo. Коллагеновые каркасы также идеально подходят для отложения клеток, таких остеобласты и фибробласты, и после их введения в ткани может продолжаться в нормальном режиме.

Реконструктивно хирургическое применение

Коллагены широко используются при создании заменителей искусственной кожи, используемых при лечении тяжелых ожогов и ран. Эти коллагены могут быть получены из коровьего, конского, свиного или даже человеческого происхождения; и иногда используются в сочетании с силиконами, гликозаминогликанами, фибробластами, факторами роста и другими веществами.

Заживление ран

Коллаген - один из ключевых ресурсов организма и компонент кожной ткани, который может принести пользу на всех этапах заживления ран. Когда коллаген становится доступным для ложа раны, может произойти закрытие. Таким образом, можно избежать ухудшения состояний раны, иногда могут следовать такие процедуры, как ампутация.

Коллаген - это натуральный продукт, поэтому он используется в качестве натуральной повязки для ран и способностей, нет у искусственных повязок. Он устойчив к бактериям, что имеет жизненно важное значение для перевязки ран. Это помогает сохранить стерильность раны своей естественной способности бороться с инфекциями. Когда коллаген используется в качестве ожоговой повязки, здоровая грануляционная ткань может очень быстро образовываться над ожогом, помогая ему быстро зажить.

На протяжении 4 фаз заживления коллагена следующие функции заживления ран:

  • Направляющая функция: коллагеновые волокна для направления фибробластов. Фибробласты мигрируют по матрице соединительной ткани.
  • Хемотаксические свойства: большая площадь поверхности коллагеновых волокон может привлекать фиброгенные клетки, которые обеспечивают в заживлении.
  • Зарождение: вызывая образование фибриллярных структур. Коллагеновая повязка на рану может служить ориентиром для определения новых требований коллагена и роста капилляров.
  • Гемостатические свойства: кровь тромбоциты взаимодействуют с коллагеном, образуя гемостатическую пробку.

Базовые исследования

Коллаген используется в лабораторных исследований для клеточной культуры, изучая поведение клеток и клеточные взаимодействия с внеклеточной средой.

Химия

Белок коллагена состоит из тройной спирали, которая обычно состоит из двух идентичных цепей (α1) и дополнительной цепи, которая немного отличается по своему химическому составу (α2). Аминокислотный состав коллагена нетипичен для белков, особенно в отношении высокого содержания в нем гидроксипролина. Наиболее распространенными мотивами в аминокислотной последовательности являются пролин -X и глицин-X-гидроксипролин, где X представляет собой любую аминокислоту, отличную от глицина, пролина или гидроксипролина. Приведен средний аминокислотный состав кожи рыб и млекопитающих.

АминокислотаСодержание в коже млекопитающих. (остатков / 1000)Содержание в Кожа рыб. (остатки / 1000)
Глицин 329339
Пролин 126108
Аланин 109114
Гидроксипролин 9567
Глутаминовая кислота 7476
Аргинин 4952
Аспарагиновая кислота 4747
Серин 3646
Лизин 2926
Лейцин 2423
Валин 2221
Треонин 1926
Фенилаланин 1314
Изолейцин 1111
Гидроксилизин 68
Метионин 613
Гистидин 57
Тирозин 33
Цистеин 11
Триптофан 00

Синтез

Первая трехмерная цепочечная структура с аминокислотами глицином и пролин как его основные компоненты. Это еще не коллаген, а его предшественник проколлаген. Затем проколлаген модифицируют путем добавления гидроксильных групп к аминокислотам пролин и лизин. Этот этап важен для более позднего гликозилирования и образования тройной спиральной структуры коллагена. Предлагаемые нами ферменты гидроксилазы, которые производят эти реакции, требуют витамина C в качестве кофактора, длительный дефицит этого витамина приводит к нарушению синтеза коллагена и цинге. Эти реакции гидроксилирования катализируются двумя ферментами: пролил-4-гидроксилазой и лизилгидроксилазой. Реакция потребляет одну молекулу аскорбата на гидроксилирование. Синтез коллагена происходит внутри и вне клетки. Здесь обсуждается коллагена, в результате которого образуется фибриллярный коллаген (наиболее распространенная форма). Сетчатый коллаген, который часто участвует в формировании систем фильтрации, является другим образцом коллагена. Все типы коллагенов предоставляют собой тройные спирали, и заключаются в составе альфа-пептидов, созданных на этапе 2.

  1. Транскрипция мРНК : с образованием коллагена связаны примерно 34 гена, каждый из которых кодирует последовательность мРНК и обычно имеют префикс «COL». Начало синтеза коллагена начинается с включения генов, которые связаны с определенным уровнем альфа-пептида (обычно альфа 1, 2 или 3).
  2. Образование пре-пропептида : как только последняя мРНК выходит из ядра клеток и попадает в цитоплазму, связывается с рибосомными субъединицами и происходит процесс трансляции. Ранняя / первая часть нового пептида известна как сигнальная последовательность. Сигнальная последовательность на N-конце пептида распознается частицей распознавания сигнала на эндоплазматическом ретикулуме, которая будет отвечать за направление пре-пропептида в эндоплазматический ретикулум. Следовательно, как только синтез нового пептида завершается, он попадает непосредственно в эндоплазматический ретикулум для посттрансляционного процесса. Теперь он известен как препроколлаген.
  3. Пре-пропептид на проколлаген : существуют три модификации пре-пропептида, ведущие к образованию альфа-пептида:
    1. Сигнал пептид на N-конце удаляется, и эта молекула теперь известна как пропептид (не проколлаген).
    2. Гидроксилирование лизинов и пролинов на пропептиде ферментами «пролилгидроксилаза» и «лизилгидроксилаза» (для получения гидроксипролин и гидроксилизин) способствует сшиванию альфа-пептидов. Эта ферментативная стадия требует витамина C в качестве кофактора. При цинге отсутствие гидроксилирования пролинов и лизинов вызывает более рыхлую тройную спираль (которая образована тремя альфа-пептидами).
    3. Гликозилирование происходит путем добавления мономеров глюкозы или галактозы к гидроксилу. группы, которые были помещены на лизины, но не на пролины.
    4. После того, как эти модификации произошли, три из гидроксилированных и гликозилированных пропептидов скручиваются в тройную спираль, образуя проколлаген. У проколлагена еще есть раскрученные концы, которые позже будут обрезаны. На этом этапе проколлаген упаковывается везикулу переноса, предназначенную для аппарата Гольджи.
  4. Модификация аппарата Гольджи : В аппарате Гольджи проколлаген проходит последнюю посттрансляционную модификацию перед тем, как секретироваться из клетки.. На этом этапе добавляются олигосахариды (а не моносахариды, как на этапе 3), а затем проколлаген упаковывается в секреторный пузырь, предназначенный для внеклеточного пространства.
  5. Образование тропоколлагена : находясь вне клетки, мембраносвязанные ферменты, известные как коллагеновые пептидазы, удаляют «свободные концы» молекулы проколлагена. То, что осталось, известно как тропоколлаген. Дефекты на этом выполняют одну из многих коллагенопатий, известных как синдром Элерса-Данлоса. Эта стадия отсутствует при синтезе типа III, типа фибриллярного коллагена.
  6. Образование фибриллы коллагена : лизилоксидаза, внеклеточный медьзависимый фермент, производит заключительный этап в пути синтеза коллагена. Этот фермент действует на лизины и гидроксилизины, продуцируя альдегидные группы, которые в конечном итоге претерпевают ковалентную связь между молекулами тропоколлагена. Этот полимер троплогоколена известен как фибрилла коллагена.
Действие лизилоксидазы

Аминокислоты

Коллаген имеет необычный аминокислотный состав и последовательность:

  • Глицин обнаружен почти в каждом третьем остатке.
  • Пролин составляет около 17% коллагена.
  • Коллаген содержит две необычные производные аминокислоты, которые не вставлены непосредственно во время перевод. Эти аминокислоты в определенных местах относительно глицина и посттрансляционно модифицирующие различные ферментами, оба из которых требуют витамина C в качестве кофактора.

Кортизол стимулирует расщепление коллагена (кожи) на аминокислоты.

Образование коллагена I

Большинство коллагена формируется аналогичным образом, но процесс типично для типа I:

  1. Внутри клетки
    1. Два типа альфа-цепей - альфа-1 и альфа 2, образуются во время трансляции на рибосомах вдоль грубого эндоплазматического ретикулума (RER). Эти пептидные цепи, известные как препроколлаген, имеют регистрирующие пептиды на каждом конце, и сигнальный пептид.
    2. Полипептидные цепи высвобождаются в просвет RER.
    3. Сигнальные пептиды расщепляются внутри RER и цепей теперь известны как про-альфа-цепи.
    4. Гидроксилирование аминокислот лизин и пролин происходит внутри просвета. Этот процесс зависит от аскорбиновой кислоты (витамин C) в качестве кофактора.
    5. и требует его потребления. Происходит гликозилирование определенных остатков гидроксилизина.
    6. Формируется тройная альфа-спиральная структура внутри эндоплазматического ретикулума из двух цепей альфа-1 и одной цепи альфа-2.
    7. Проколлаген отправляется в аппарат Гольджи, где он упаковывается и секретируется посредством экзоцитоза.
  2. Вне клетки
    1. Регистрационные пептиды расщепляются, и тропоколлаген образуется проколлагеновой пептидазой.
    2. Множественные молекулы тропоколлагена образуют фибриллы коллагена посредством ковалентного сшивания (альдольная реакция ) посредством лизилоксидаза, которая связывает остатки гидроксилизина и лизина. Множественные коллагеновые фибриллы образуют коллагеновые волокна.
    3. Коллаген может прикрепляться к клеточным мембранам через несколько типов белков, включая фибронектин, ламинин, фибулин и интегрин.

Синтетический патогенез

Дефицит витамина C вызывает цингу, серьезное и болезненное заболевание, при котором дефектный коллаген препятствует образованию прочной соединительной ткани. Десны ухудшаются и кровоточат, с потерей зубов; обесцвечивание кожи и раны не заживают. До 18 века это состояние было печально известно среди длительных военных, особенно военно-морских, экспедиций, во время которых участники лишались продуктов, содержащих витамин С.

аутоиммунное заболевание, такое как красная волчанка или ревматоидный артрит может поражать здоровые волокна коллагена.

Многие бактерии и вирусы выделяют факторы вирулентности, такие как фермент коллагеназа, который разрушает коллаген или препятствует его производству.

Молекулярная структура

Одна молекула коллагена, тропоколлаген, используется для образования более крупных агрегатов коллагена, таких как фибриллы. Он составляет примерно 300 нм в длину и 1,5 нм в диаметре и состоит из трех цепей полипептида (называемых альфа-пептидами, см. Этап 2), каждая из которых имеет конформацию левосторонняя спираль - ее не следует путать с правосторонней альфа-спиралью. Эти три левые спирали скручены вместе в правую тройную спираль или «суперспираль», кооперативную четвертичную структуру, стабилизированную множеством водородных связей. С коллагеном I типа и, возможно, всемифибрилными коллагенами, если не всеми коллагенами, каждая тройная спираль объединяется в правостороннюю суперспираль, называемую микрофибриллами коллагена. Каждая микрофибрилла пересекается с соседними микрофибриллами до такой степени, что можно предположить, что они индивидуально нестабильны, хотя внутри коллагеновых фибрилл они упорядочены, которые являются кристаллическими.

Три полипептида скручиваются с тропоколлагена. Затем многие троплагены связываются вместе, образуя фибриллы.

Отличительной особенностью коллагена является регулярное расположение аминокислот в каждой из трех цепей этих субъединиц коллагена.. Последовательность часто следует схеме Gly - Pro -X или Gly-X- Hyp, где X может быть любым из других аминокислотных остатков. Пролин или гидроксипролин составляют около 1/6 всей продукции. С учетом глицина, производящего 1/3, это означает, что примерно первая коллагена является глицином, пролином или гидроксипролином, факт, который часто упускается из виду из-за отвлечения внимания необычным характером GX 1X2альфа-пептидов коллагена. Высокое содержание глицина в коллагене важно для стабилизации коллагеновой спирали, поскольку это позволяет очень тесную ассоциацию коллагеновых волокон внутри молекулы, облегчая водородные связи и образование межмолекулярных поперечных связей. Такой тип регулярного повторения и высокое содержание глицина обнаруживается только в нескольких других волокнистых белках, таких как шелк фиброин.

Коллаген - это не только структурный белок. Из-за своей ключевой роли в определении клеточного фенотипа, клеточной адгезии, регуляции тканей и многих участков его небогатых пролиномных функций роль ассоциации / регуляции клеток или матрикса играют роль ассоциации / регуляции клеток или матрикса. Относительно высокое содержание пролиновых и гидроксипролиновых колец с их геометрически ограниченными карбоксильными и (вторичными) амино группами, а также большое количество глицина объясняют тенденцию отдельных полипептидов нити спонтанно образуют левые спирали без какой-либо внутрицепочечной водородной связи.

глицин является самой маленькой аминокислотой без боковой цепи. В коллагене Gly требуется в каждой третьей позиции, потому что сборка тройной спирали помещает этот остаток во внутреннюю часть (ось) спирали, где нет места для большей боковой группы, чем единственный атом водорода <39 глицина.>. По той же причине кольца Pro и Hyp должны быть задействованы наружу. Эти две аминокислоты помогают стабилизировать тройную спираль - Hyp даже больше, чем Pro; Более их более требуется потребление у таких животных, как рыбы, у которых температура тела ниже, чем у таких животных. Более низкое содержание пролина и гидроксипролина характерно для холодноводных, но не для теплопроводных рыб; Как правило, имеют такое же содержание пролина и гидроксипролина, что и млекопитающие. Более низкое содержание пролина и гидрокспролина у холодноводных рыб и других пойкилотермных животных приводит к тому, что их коллаген имеет более низкую термостабильность, чем коллаген млекопитающих. Эта более низкая термостойкость означает, что желатин, полученный из рыбного коллагена, не подходит для многих пищевых и промышленных применений.

Субъединицы тропоколлагена спонтанно организуются регулярно смещенными концами в еще более крупные массивы во внеклеточных пространствах тканей. Дополнительную сборку фибрилл направляют фибробласты, которые откладывают полностью сформированные фибриллы из фибрипозиторов. В фибриллярных коллагенах молекулы смещены относительно соседних молекул примерно на 67 нм (единица, которая обозначается как «D» и изменяется в зависимости от состояния гидратации агрегата). В каждом повторении D-периода микрофибриллы есть часть, содержащая пять молекул в поперечном сечении, называемая «перекрытием», и часть, содержащая только четыре молекулы, называемая «разрывом». Эти области перекрытия и зазора сохраняются, когда микрофибриллы собираются в фибриллы, и, таким образом, их можно увидеть с помощью электронной микроскопии. Тройные спиральные тропоколлагены в микрофибриллах расположены в виде квазигексагональной упаковки.

D-период коллагеновых фибрилл дает видимые полосы 67 нм при наблюдении с электронной микроскопии.

Имеется количество ковалентное сшивание. внутри тройных спиралей и различное количество ковалентных сшивок между спиралями тропоколлагена, образующими хорошо организованные агрегаты (такие как фибриллы). Более крупные фибриллярные пучки формируются с помощью нескольких разных классов белков (включая разные типы коллагена), гликопротеинов и протеогликанов, чтобы сформировать разные типы зрелых тканей из альтернативных комбинаций одних и тех же ключевых игроков. Нерастворимость коллагена была препятствием для изучения мономерного коллагена, пока не было обнаружено, что тропоколлаген из молодых животных может быть извлечен, поскольку он еще не полностью сшит. Однако достижения в области методов микроскопии (например, электронная микроскопия (ЭМ) и атомно-силовой микроскопии (АСМ)) и дифракции рентгеновских лучей позволили исследователям получать все более подробные изображения структуры коллагена in situ. Эти более поздние достижения особенно важны для лучшего понимания того, каким образом структура коллагена влияет на коммуникацию клетка-клетка и клетка-матрица и как ткани строятся в процессе роста и восстановления и изменяются в процессе развития и болезни. Например, с помощью наноиндентирования на основе АСМ было показано, что отдельная коллагеновая фибрил представляет собой гетерогенный материал в осевом направлении со различными механическими свойствами в областях зазора и перекрытия, что коррелирует с его другой молекулярной организацией в этих двух областях.

Фибриллы / агрегаты коллагена в различных комбинациях и компонентах в различных тканях для различных свойств ткани. В кости целые тройные спирали коллагена лежат в параллельном шахматном. Зазоры в 40 нм между концами субъединиц тропоколена (примерно равные области зазора), вероятно, центрами зародышеобразования для осаждения длинных, твердых, мелких кристаллов минерального компонента, являющегося гидроксилапатит (приблизительно) Ca 10 (OH) 2 (PO 4)6. Коллаген типа I придает кости его прочность на разрыв.

Сопутствующие расстройства

Заболевания, связанные с коллагеном, чаще всего из-за генетических дефектов или дефицит питательных веществ, влияющих на биосинтез, сборку, посттрансляционную модификацию, секрецию или другие процессы, участвующие в нормальном производстве коллагена.

Генетические дефекты генов коллагена
ТипПримечанияГен (ы)Заболевания
I Это самый распространенный коллаген в организме человека. Он присутствует в рубцовой ткани, конечной продукте, когда ткань заживает путём восстановления.Он обнаружен в сухож, кожа, стенки артерий, ро говица, эндомизий, окружающие мышечные волокна, фиброзный хрящ и органическая часть костейCOL1A1, COL1A2 Несовершенный остеогенез, синдром Элерса - Данлоса, инфантильный кортикальный гиперостоз он же Болезнь Каффи
II Гиалиновый хрящ составляет 50% всего хрящевого белка. Стекловидное тело глаза.COL2A1 Коллагенопатия, типы II и XI
III Это коллаген грануляционной ткани, быстро вырабатываемый молодой фибробласты до того, как синтезируется более жесткий коллаген I типа. Ретикулярное волокно. Также обнаруживается в стенках артерий, коже, кишечнике и маткеCOL3A1 синдром Элерса - Данлоса, контрактура Дюпюитрена
IV базальная пластинка ; линза глаза. Также служат частью системы фильтрации в капиллярах и клубочках нефрона в почке.COL4A1, COL4A2, COL4A3, COL4A4, COL4A5, COL4A6 синдром Альпорта, синдром Гудпастура
VНаиболее интерстициальная ткань, ассоциированная. с типом I, с плацентой COL5A1, COL5A2, COL5A3 синдромом Элерса-Данлоса (классический)
VIБольшая часть интерстициальной ткани, доц. с типом ICOL6A1, COL6A2, COL6A3, COL6A5 миопатия Ульриха, миопатия Бетлема, атопический дерматит
VIIФормы закрепляющие фибриллы в дермоэпидермальных соединений COL7A1 дистрофический буллезный эпидермолиз
VIIIНекоторые эндотелиальные клеткиCOL8A1, COL8A2 Задняя полиморфная дистрофия роговицы 2
IXколлаген FACIT, хрящ, соед. с фибриллами типа II и XICOL9A1, COL9A2, COL9A3 EDM2 и EDM3
XГипертрофическая и минерализация хрящCOL10A1 метафизарная дисплазия Шмида
XIХрящCOL11A1, COL11A2 Коллагенопатия, Тип II и XI
XIIFACIT collagen, взаимодействует с типом I, содержащим фибриллы, декорин и гликозаминогликаныCOL12A1
XIIIТрансмембранный коллаген, взаимодействует с интегрином a1b1, фибронектином и компонентами базальные мембраны, такие как нидоген и перлекан.COL13A1
XIVколлаген FACIT, также известный как ундулинCOL14A1
XVCOL15A1
XVICOL16A1
XVII Трансмембранный коллаген, также известный как BP180, белок 180 кДаCOL17A1 Буллезный пемфигоид и некоторые формы узлового буллезного эпидермолиза
XVIII Источник эндостатина COL18A1
XIXколлаген FACIT COL19A1
XXCO L20A1
XXIколлаген FACIT COL21A1
XXIICOL22A1
XXIII Коллаген MACITCOL23A1
XXIVCOL24A1
XXVCOL25A1
XXVIEMID2
XXVIICOL27A1
XXVIIICOL28A1
XXIXЭпидермальный коллагенCOL29A1 Атопический дерматит

В дополнение к вышеупомянутым нарушениям при склеродермии происходит избыточное отложение коллагена.

Болезни

Выявлена ​​тысяча мутаций в 12 из более чем 20 типов коллагена. Эти мутации могут приводить к различным заболеваниям на тканевом уровне.

Несовершенный остеогенез - вызвано мутацией в коллагене 1 типа, доминантное аутосомное заболевание, приводит к ослаблению костей и неправильной соединительной ткани, в некоторых случаях могут быть легкими, а другими могут быть летальными. В легких случаях уровень коллагена 1 типа снижен, в тяжелых случаях - структурные дефекты коллагена.

Хондродисплазии - скелета, которое, как считается, вызвано мутацией в коллагене 2 типа, проведено дальнейшие исследования, чтобы подтвердить это.

Синдром Элерса-Данлоса - Известно тринадцать различных типов расстройств, которые приводят к деформациям соединительной ткани. Некоторые из более редких типов привести к летальному исходу и привести к разрыву артерий. Каждый синдром вызван разными мутациями. Например, сосудистый тип (vEDS) этого расстройства вызван мутацией в коллагене 3 типа .

синдром Альпорта - может передаваться генетически, обычно как Х-сцепленный доминантный, но также и как оба аутосомно-доминантное и аутосомно-рецессивное заболевание, у больных есть проблемы с почками и глазами, потеря слуха также может развиться в детстве или подростковом возрасте.

Синдром Кноблоха - вызван мутацией в COL18A1 ген, кодирующий выработку коллагена XVIII. Пациенты обращаются с выпячиванием ткани мозга и дегенерацией сетчатки; человек, у которого есть члены семьи, страдающие этим заболеванием, подвергается повышенному риску его развития, поскольку существует наследственная связь.

Характеристики

Коллаген является одним из длинных, волокнистых структурные белки, функции которых существенно отличаются от функций глобулярных белков, таких как ферменты. Плотные пучки коллагена, называемые коллагеновыми волокнами, являются основным компонентом внеклеточного матрикса, который поддерживает большинство тканей и придает клеточную структуру извне, но коллаген также находится внутри некоторых клеток. Коллаген имеет большую прочность на разрыв и является основным компонентом фасции, хряща, связок, сухожилий, кость и кожа. Наряду с эластином и мягким кератином он отвечает за прочность и эластичность кожи, а его разрушение приводит к морщинам, которые сопровождают старение. Он укрепляет кровеносные сосуды и играет роль в развитии ткани. Он присутствует в роговице и хрусталике глаза в кристаллической форме. Это может быть один из наиболее распространенных белков в летописи окаменелостей, учитывая, что он, по-видимому, часто окаменелость, даже в костях из мезозоя и палеозоя.

Использует

салями и коллагеновая оболочка (внизу), в которой он появился

Коллаген находит широкое применение, от пищевых продуктов до медицинских. Например, он используется в косметической хирургии и хирургии ожогов. Он широко используется в виде коллагеновых оболочек для колбас.

Если коллаген подвержен достаточной денатурации, например при нагревании три цепи тропоколлагена частично или полностью разделяются на глобулярные домены, содержащие вторичную структуру, отличную от нормальной полипролина коллагена II (PPII), например случайные катушки. Этот процесс описывает образование желатина, который используется во многих пищевых продуктах, включая ароматизированные желатиновые десерты. Помимо продуктов питания, желатин используется в фармацевтической, косметической и фотографической промышленности. Он также используется как пищевая добавка.

От греческого слова «клей», kolla, слово «коллаген» означает «производитель клея » и относится к раннему процессу кипячения кожи и сухожилия лошадей и других животных для получения клея. Коллагеновый клей использовался египтянами около 4000 лет назад, а коренные американцы использовали его в луках около 1500 лет назад. Самый старый клей в мире, датированный углеродом, возраст которого превышает 8000 лет, оказался коллагеном - использовался в качестве защитной подкладки на веревочных корзинах и вышитых тканях и для удержания посуды вместе; также крест-накрест на человеческих черепах. Коллаген обычно превращается в желатин, но выживает в сухих условиях. Клеи животного происхождения - это термопласт, снова размягчающийся при повторном нагревании, их все еще используют при изготовлении музыкальных инструментов, таких как тонкие скрипки и гитары, которые, возможно, придется открыть для ремонта - несовместимо с прочными синтетическими пластиковыми адгезивами, которые являются прочными. Сухожилия и шкуры животных, в том числе кожа, тысячелетиями использовались для изготовления полезных изделий.

Желатин - резорцин - формальдегид клей (с заменой формальдегида менее токсичным пентандиалом и этандиалом ) использовался для заживления экспериментальных разрезов в кролика легких.

Адаптация и диверсификация

Эволюция коллагенов была фундаментальным шагом в эволюции животных, поддерживая многоклеточные формы животных. Коллагены наиболее распространенными белками у позвоночных, составляющих около 30% всех белков в организме человека. В зависимости от их молекулярных структур белки коллагены делятся на два основных класса - фибриллообразные, коллагены и нефибриллообразные (нефибриллярные) коллагены, которые также делятся на 28 различных типов (по состоянию на 2017 год), на основе основных структур и функций, которые белок в организме. Фибриллярный коллаген, производящий трехмерные каркасы в различных тканях и органах, произошел от одного общего предка во время эволюции. Нефибриллярный коллаген является основным поддерживающим компонентом внеклеточного матрикса.

. морфология фибриллярного и нефибриллярного типов коллагена стала дифференцированной во время дивергентной эволюции. Эти два типа коллагена возникли в результате различных событий мутации и дупликации гена, которые эволюционировали до нынешних 28 типов коллагеновых белков, обеспечивающих диверси поддерживающих коллагеновые структуры в организме, таких как скелет, который образован из альфа (обозначается как α) гена коллагена. Фибриллярный коллаген был заимствован во время эволюционной адаптации использования генов с помощью естественного отбора для создания новых структур органов и тканей, что сделало возможным появление эволюционирующих видов с улучшенными возможностями.

История

Молекулярные и упаковочные структуры коллагена ускользнули от ученых на протяжении десятилетий исследований. Первое свидетельство того, что он обладает регулярной структурой на молекулярном уровне, было представлено в середине 1930-х годов. С того времени исследования были сосредоточены на конформации мономера коллагена , в результате чего было получено несколько конкурирующих моделей, хотя и правильно учитываемых конформацией каждой отдельной пептидной цепи. Трехспиральная модель «Мадраса» предоставила точную модель четвертичной структуры в коллагене. Эта модель была подтверждена дальнейшими исследованиями, показавшими более высокое разрешение в конце 20-го века.

Структура упаковки коллагена не была определена в той же степени за пределами фибриллярных типов коллагена, хотя она давно известна, что он шестиугольный. Как и в его мономерной структуре, несколько противоречивых моделей утверждают, что либо молекулы коллагена «пластинчатая», либо микрофибриллярная. Микрофибриллярная структура коллагеновых фибрилл в сухожилиях, роговице и хрящах была визуализирована непосредственно с помощью электронной микроскопии в конце 20 века и начале 21 века. Микрофибриллярная структура сухожилия хвоста смоделирована как наиболее близкая к наблюдаемой структуре, хотя она слишком упрощала топологическую прогрессию соседних коллагена таким образом, не предсказывала правильную конформацию прерывистого D-периодического пентамерного расположения, называемого микрофибриллами.

См.

Ссылки

Викиск имеют носители, принадлежащие кладе Коллаген.
Последняя правка сделана 2021-05-15 14:44:57
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте