Kolagen

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
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. V současnosti je známo nejméně 27 rozdílných typů kolagenů.

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

Struktura[editovat | editovat zdroj]

Aminokyselinové složení[editovat | editovat zdroj]

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. Je to základní jednotka kolagenu, dlouhá přibližně 256 nm.

Sekundární struktura[editovat | editovat zdroj]

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

Terciární struktura[editovat | editovat zdroj]

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

Kvarterní struktura (vlákno)[editovat | editovat zdroj]

Kolagenní vlákna jsou komplexní vláknitou strukturou. Vyskytují se ve všech typech pojivových tkání. 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. 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[editovat | editovat zdroj]

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. 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[editovat | editovat zdroj]

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[1]. 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[editovat | editovat zdroj]

Do této skupiny náleží typy IV, VIII a X[1]. Na rozdíl od předchozích je C-NC doména součástí suprastruktur. Krystalová struktura C-NC domén je známa, což poskytuje informaci pro pochopení mechanismu výběru řetězce.

FACIT[editovat | editovat zdroj]

FACIT (z angl. Fibril-associated collagens with interrupted triple helix, volně přeloženo jako Vlákno-asociované kolageny s přerušenou trojitou šroubovicí) [1] tvoří rodinu obsahující typ IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX, XXI a XXII. 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[editovat | editovat zdroj]

Transmembránové kolageny obsahují typy XIII, XVII, XXIII, XXV a další kolagenu-podobné proteiny jako např. makrofágový receptor MARCO. Jejích funkcí je podíl na buněčných povrchových receptorech a v matrixu[1]. α-řetězec každého typu obsahuje N-terminální NC doménu, která zahrnuje

  1. tři subdomény - intracelulární, transmembránovou a extracelulární juxtamembránovou spojovací subdoménu
  2. 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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

Tropokolagen - spirálovité vlákno kolagenu
Typ Poznámky Gen resp. geny Poruchy
I Tento typ je nejdůležitějším a nejrozšířenějším typem kolagenu, který má i široké průmyslové využití. Je základem např. hemostatické plsti, chirurgických nití, kolagenových membrán, dále pak je součástí řady potravinových doplňků či kosmetických přípravků proti stárnutí pleti.

Kolagen typ I tvoří typická 1-20 µm dlouhá kolagenní vlákna.

Hlavní výskyt v lidském těle[2]: arachnoidea, Bowmannova membrána rohovky, bubínek, choroidea, kost, kůra vaječníku, pleura, perineurium, subserosa žlučníku, tuková tkáň, tunica adventitia cév (i kapilár), vazivová chrupavka, závěsný aparát zubu.

COL1A1

COL1A2

osteogenesis imperfecta, Ehlers-Danlosův syndrom
II Jsou 20 nm dlouhé fibrily (neagregují ve vlákna).

Hlavní výskyt v lidském těle: arachnoidea, bazální membrána lamina reticularis, papilaris, endoneurium, hyalinní a elastická chrupavka (i vazivová), kůra vaječníku, lamina propria endometria, mezenchymové vazivo, okolo hladkých svalových buněk, opora sacculi alveolares a alveolů, pars distalis adenohypofýzy, perineurium (s kolagenem I), pouzdro Langerhansových ostrůvků, retikulární vazivo, rosolovité vazivo (Warthonův rosol - pupečník), stroma kostní dřeně (s retikulárním vazivem), stroma glandulae parathyreoideales, stroma jater, stroma lymfatického uzlíku, stroma lymfatických uzlin, stroma nadledvin, stroma periferních lymfatických orgánů, stroma sleziny, stroma štítné žlázy, stroma tonzily, tuková tkáň (s kolagenem I), tunica media (okolo hladkých svalových buněk)

COL2A1 -
III Výskyt podobný jako typ I. Dříve se nazýval retikulín. COL3A1 Ehlers-Danlosův syndrom
IV Jde o nepolymerizovaný tropokolagen.

Hlavní výskyt v lidském těle: bazální lamina, capsula lentis.

COL4A1

COL4A2 COL4A3 COL4A4 COL4A5 COL4A6

Alportův syndrom
V Hlavní výskyt v lidském těle: zevní laminy svalových elementů, glií, adipocytů. COL5A1

COL5A2 COL5A3

-
VI Je příbuzný kolagenu IV.

Výskyt:V intersiciální tkáni.

COL6A1

COL6A2 COL6A3

kongenitální myopatie[3]
VII V tkáních epitelu. COL7A1 epidermolysis bullosa
VIII Výskyt: V některých buňkách endotelu. COL8A1

COL8A2

-
IX FACIT.

Výskyt: V chrupavkách společně s typem II.

COL9A1

COL9A2 COL9A3

-
X Výskyt:Je součástí hypetrofických a mineralizujících chrupavek. COL10A1 -
XI Výskyt: V chrupavce. COL11A1

COL11A2

-
XII FACIT.

Výskyt:Vyskytuje se společně s typy I a II.

COL12A1 -
XIII transmembránový kolagen COL13A1 -
XIV FACIT COL14A1 -
XV - COL15A1 -
XVI FACIT COL16A1 -
XVII transmembranový kolagen COL17A1 bulózní pemfigoitida a jisté formy epidermolysis bullosa
XVIII COL18A1 -
XIX FACIT COL19A1 -
XX FACIT COL20A1 -
XXI FACIT COL21A1 -
XXII FACIT COL22A1 -
XXIII transmembránový kolagen COL23A1 -
XXIV - COL24A1 -
XXV transmembránový kolagen COL25A1 -
XXVII - COL27A1 -
XXVIII - COL28A1 -

Metabolismus kolagenu[editovat | editovat zdroj]

Souhrnné schéma syntézy kolagenu

Syntéza[editovat | editovat zdroj]

Kolagen je produkován především vazivovými buňkami (fibroblasty), buňkami chrupavky (chondroblasty), kostí (osteoblasty), ale i epitelovými buňkami. Syntéza zčásti probíhá uvnitř buňky, částečně extracelulárně. 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 ně patří i hydroxylace, kdy se hydroxylová skupina váže s četností jedna ku tisíci aminokyselinových molekul kolagenu. Přesto je hydroxylace pro správnou funkci kolagenu nenahraditelná, jak dokazuje výzkum choroby osteogenesis imperfecta neboli nemoci "křehkých kostí".[4]

Rozklad[editovat | editovat zdroj]

Rozklad kolagenu v mezibuněčných prostorách umožňují zejména tzv. kolagenázy.

Využití[editovat | editovat zdroj]

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[5] a v kosmetice.

Stanovení obsahu kolagenu v mase[editovat | editovat zdroj]

Obsahem kolagenu se rozumí obsah hydroxyprolinu vynásobený koeficientem 8[6]. Obsah hydroxyprolinu je nutno stanovit metodou ISO 3496-1978.

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. a b c d [1] J. Biol. Chem., Vol. 281, Issue 50, 38117-38121, December 15, 2006, Molecular Recognition in the Assembly of Collagens: Terminal Noncollagenous Domains Are Key Recognition Modules in the Formation of Triple Helical Protomers, Jamshid Khoshnoodi{ddagger}1, Jean-Philippe Cartailler§1, Keith Alvares¶, Arthur Veis¶, and Billy G. Hudson
  2. histologická wiki
  3. BETHLEM MYOPATHY, MYOPATHY, BENIGN CONGENITAL, WITH CONTRACTURES MUSCULAR DYSTROPHY, BENIGN CONGENITAL
  4. http://www.osel.cz/index.php?clanek=2203
  5. Umělá mízní uzlina – základním stavebním kamenem je kolagen
  6. Nařízení Komise (ES) č. 2331/97 o zvláštních podmínkách pro poskytování vývozních náhrad pro některé výrobky z vepřového masa

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]