Kolagen

kolagenová vlákna typu I v transmisním elektronovém mikroskopu Model krystalové struktury trojité šroubovice kolagenu Pro-Pro-Gly103

Kolagen je skleroprotein, extracelulární, ve vodě nerozpustná bílkovina, která je základní stavební hmotou pojivových tkání. Tvoří 25-30 % všech proteinů v těle savců, ve formě kolagenních vláken je složkou mezibuněčné hmoty. +more V současnosti je známo nejméně 27 rozdílných typů kolagenů.

Kolagenové choroby, tj. choroby charakteristické patologickými či degradačními formami kolagenu, postihují např. +more srdce, cévy, svaly a kůži. Samotný kolagen hraje důležitou roli i při stárnutí organismu.

Struktura

Aminokyselinové složení

Molekula kolagenu je tvořena hlavně aminokyselinami glycinem, prolinem, hydroxyprolinem a hydroxylysinem. Poslední dva vznikají posttranslační modifikací prolinu a lysinu za účasti kyseliny askorbové - vitaminu C.

Kolagen se skládá z řetězců alfa 1 a alfa 2, které se jen málo liší pořadím aminokyselin. Řetězce tvoří trojitou spirálu, která se označuje jako tropokolagen. +more Je to základní jednotka kolagenu, dlouhá přibližně 256 nm.

Sekundární struktura

Levotočivá šroubovice protáhlého typu, kde závity mají stoupání 0,95 nm a jednotlivé peptidy jsou vzdálené o 0,286 nm.

Terciární struktura

Terciární strukturu kolagenu tvoří 3 řetězce, které se vzájemně ovíjejí za vzniku pravotočivé trojšroubovice se společnou osou. Výsledné tyčinkovité uspořádání je dlouhé cca 290 nm o průměru 1,4 nm a nazývá se tropokolagen.

Kvarterní struktura (vlákno)

Kolagenní vlákna jsou komplexní vláknitou strukturou. Vyskytují se ve všech typech pojivových tkání. +more Jsou měkká, ohebná, nepružná a vysoce pevná v tahu. Uvádí se, že 1 mm2 kolagenních vláken udrží 50 kg. Ve svazcích mají bílou barvu. Ve tkáních mohou být uspořádány do řídkých sítí nebo uspořádaných svazků (šlachy). Tloušťka kolagenního vlákna se pohybuje mezi 1-20 μm, délka může být různá. Při větším zvětšení se přestanou jevit jako homogenní struktura a lze vidět podélné pruhování.

Nejtenčí struktura ještě rozlišitelná světelným mikroskopem se nazývá fibrila. Je tlustá 0,3-0,5 μm. +more Ovšem i fibrily samotné se skládají z menších jednotek, mikrofibril, které jsou pozorovatelné pouze pod elektronovým mikroskopem případně v AFM. Průměr mikrofibril se pohybuje mezi 20-100 nm, v průměru asi 75 nm. Nově vytvořené mikrofibrily měří cca 20 nm, s přibývajícím věkem se jejich tloušťka zvětšuje. Pro mikrofibrily je charakteristické příčné pruhování v intervalu 64 nm. Molekuly tropokolagenu, uspořádané v mikrofibrile v paralelních řadách, se totiž přesahují o 1/4 své délky. Místo přesahu se tak v elektronovém mikroskopu jeví tmavší.

Typy kolagenu

Existuje celá řada typů, nejdůležitější je kolagen typu I, II, III, IV, a V. Nejrozšířenější je typ I, představuje 90 % kolagenu v organismech, je přítomen v pokožce, šlachách, kostech a zubech. +more Typ II se vyskytuje v chrupavkách. Typ III je kolagen embryonálního vývoje, později je nahrazen typem I. Typ IV se vyskytuje v bazální membráně epitelů. Kolagen typu V je charakteristický pro stěnu krevních cév.

Kolageny tvořící vlákna

Mezi tyto typy patří široce rozšířené kolageny typu I, II, III, V, XI, nově objevené XXIV a XXVII. Všech 12 vlákna-tvořících α-řetězců sdílí dlouhou nepřerušovanou kolagenní doménu ukončenou N- a C- terminálními propeptidy. +more α-řetězce vytváří nejméně 12 specifických protomerů charakterizovaných jako homo- a heterotrimery. Terminální propeptidy jsou později v procesu oligomerizace a tvoření fibril odstraněny specifickými proteázami.

Kolageny tvořící sítě

Do této skupiny náleží typy IV, VIII a X. Na rozdíl od předchozích je C-NC doména součástí suprastruktur. +more Krystalová struktura C-NC domén je známa, což poskytuje informaci pro pochopení mechanismu výběru řetězce.

FACIT

FACIT (z angl. Fibril-associated collagens with interrupted triple helix, volně přeloženo jako s vláknem asociované kolageny s přerušenou trojitou šroubovicí) tvoří rodinu obsahující typ IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX, XXI a XXII. +more Kolagen IX je tvořen 3 α-řetězci a všechny ostatní jedním α-řetězcem. Charakteristikou je krátká kolagenní doména přerušovaná několika NC doménami. Protomer kolagenu IX je heterotrimer, zatímco ostatní jsou homotrimery. Na rozdíl od kolagenů tvořících vlákna FACITy mají významně kratší C-NC domény: 75 reziduí u kolagenu XII a méně než 30 reziduí u kolagenu IX, zatímco kolageny tvořící vlákna mají cca 260 reziduí.

Transmembránové kolageny

Transmembránové kolageny obsahují typy XIII, XVII, XXIII, XXV a další kolagenu-podobné proteiny jako např. makrofágový receptor MARCO. +more Jejích funkcí je podíl na buněčných povrchových receptorech a v matrixu. α-řetězec každého typu obsahuje N-terminální NC doménu, která zahrnuje # tři subdomény - intracelulární, transmembránovou a extracelulární juxtamembránovou spojovací subdoménu # velkou extracelulární doménu sestávající z několika kolagenních domén přerušených NC doménami. Protomer každého α-řetězce je homotrimer. Extracelulární spojovací doména obsahuje α-helikální coiled coil strukturu.

Ostatní kolageny

Jen velmi málo je známo o kolagenu XV, XVIII a nově objeveném XXVI a XXVIII. Každý typ sestává z jediného α-řetězce, který obsahuje kolagenní doménu obklopenou N-CN a C-NC doménami.

Přehled

Tropokolagen - spirálovité vlákno kolagenu

Metabolismus kolagenu

Souhrnné schéma syntézy kolagenu

Syntéza

Kolagen je produkován především vazivovými buňkami (fibroblasty), buňkami chrupavky (chondroblasty), kostí (osteoblasty), ale i epitelovými buňkami. Syntéza zčásti probíhá uvnitř buňky, částečně extracelulárně. +more Polypeptidové řetězce jsou syntetizovány na hrubém endoplazmatickém retikulu buňky. Vzniklý prokolagen je vyloučen do extracelulárního prostoru, kde z něj enzym prokolagenpeptidáza odštěpí tropokolagen. Ten reaguje s ostatními molekulami tropokolagenu a za přítomnosti katalyzátoru, kterým je enzym lysyloxidáza, vytváří mikrofibrily.

Následně po syntéze procházejí molekuly kolagenu posttranslační modifikaci, která bílkovině zajistí plnou funkčnost. Mezi tyto modifikace patří i hydroxylace, kdy se hydroxylová skupina váže s četností jedna ku tisíci aminokyselinových molekul kolagenu. +more Přesto je hydroxylace pro správnou funkci kolagenu nenahraditelná, jak dokazuje výzkum choroby osteogenesis imperfecta neboli nemoci „křehkých kostí“.

Rozklad

Rozklad kolagenu v mezibuněčných prostorách umožňují zejména tzv. kolagenázy.

Využití

Kolagen se používá k výrobě želatiny, klihu, jako materiál pro výrobu chirurgických vláken, na úpravu cévních protéz a na obaly uzenin (střívka). Své využití našel také v plastické chirurgii, orgánovém inženýrství a v kosmetice.

Stanovení obsahu kolagenu v mase

Obsahem kolagenu se rozumí obsah hydroxyprolinu vynásobený koeficientem 8. Obsah hydroxyprolinu je nutno stanovit metodou ISO 3496-1978.

Pravěký kolagen

Od roku 2005 se objevují zprávy o izolování původních proteinů (včetně kolagenu) z výborně dochovaných fosilií druhohorních dinosaurů (např. rodů Tyrannosaurus nebo Brachylophosaurus). +more Tímto výzkumem se dlouhodobě zabývá například molekulární paleontoložka Mary Higby Schweitzerová ze Státní univerzity v Severní Karolíně. V roce 2017 bylo novými metodami zjištěno, že původní peptidy a proteiny se za určitých podmínek skutečně mohou zachovat i ve fosiliích starých desítky milionů let.

V roce 2019 byla publikována studie týmu vědců, kteří údajně přímo prokázali přítomnost kolagenu typu I ve vzorcích tyranosaura zvaného „Wankel-Rex“ (MOR 555, později USNM 555000), objeveného roku 1988 ve východní Montaně.

Odkazy

Reference

Externí odkazy

Kategorie:Skleroproteiny Kategorie:Pojivová tkáň