Коллаген-  гликопротеин, фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, дерма и т. п.) и обеспечивающий её прочность и эластичность.

СТРУКТУРА

Молекула коллагена представляет собой левозакрученную спираль из трёх α-цепей. Такое образование известно под названием тропоколлаген. Один виток спирали α-цепи содержит три аминокислотных остатка. 

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.

ФИБРИЛЛЯРНАЯ СТРУКТУРА

Тропоколлагены (структурные единицы коллагена) спонтанно объединяются, прикрепляясь друг к другу смещёнными на определённое расстояние концами, образуя в межклеточном веществе более крупные структуры. В фибриллярных коллагенах молекулы смещены относительно друг друга примерно на 67 нм (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, поделённая на 67 нм (300:67), не даёт 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».

ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ КОЛЛАГЕНОВЫХ БЕЛКОВ

Молекулы коллагенов имеют общий принцип организации: суперспираль, полученная при скручивании трех полипептидных α – цепей, где отдельные цепи связаны водородными связями. Количество аминокислот в каждой из α – цепей около 1000.

ОСОБЕННОСТИ АМИНОКИСЛОТНОГО СОСТАВА

---

Полипептидная α - цепь коллагена состоит из повторяющихся триплетов: [Гли-Х-Y], где Гли – глицин, Х и Y могут быть любыми аминокислотами, но чаще всего: Х –пролин или аланин Y - гидроксипролин или гидроксилизин. Коллаген содержит 33% глицина.

Схематически цепь коллагена может быть представлена следующим образом: Гли- Х- ГиПро – Гли- Про – ГиЛиз – Гли- X- ГиПро… Коллаген содержит в основном заменимые аминокислоты и очень мало метионина, тирозина и гистидина. Коллаген почти не содержит цистеина и триптофана. Изгибы α - цепи вызывает аминокислотный остаток пролина. Глицин обеспечивает плотность укладки трех полипептидных цепей т.к. не имеет радикала и может находится внутри тройной спирали.

СИНТЕЗ КОЛЛАГЕНА

Коллаген синтезируется в основном внутри фибробластов - клеток соединительной ткани в виде препроколлагена, содержащего на N – конце сигнальную последовательность из 100 аминокислотных остатков, облегчающих перемещение α – цепей в просвет ЭПР (эндоплазматический ретикулум).

СОЗРЕВАНИЕ КОЛЛАГЕНА

После синтеза цепи коллагена следует сложный многоступенчатый процесс - созревания коллагена. Включает 2 этапа: I - внутриклеточный II – внеклеточный. На I этапе происходит пострансляционная модификация полипептидных цепей препроколлагена. На II этапе образуются зрелые коллагеновые волокна.

I этап

Внутриклеточный этап включает ряд последовательных изменений цепи препроколлагена:

1) Отщепление сигнальной последовательности от N-конца препроколлагена и образование проколлагена.

2) Гидроксилирование пролина и лизина проколлагена гидроксилазами в полости ЭПР.

Гидроксипролин участвует в образовании водородных связей в тройной спирали коллагена. Гидроксилизин подвергается гликозилированию и образуется аллизин, который участвует в образовании сшивок между молекулами коллагена при сборке фибрилл.

Гидроксилазы содержат в активном центре атом Fe2+, в качестве кофермента выступает витамин С. Источником атома кислорода в реакциях гидроксилирования является молекула кислорода.

3) Гликозилирование (присоединение остатков сахаров) гидроксилизина под действием гликозилтрансфераз.

Углеводные компоненты связываются с ОН - группами гидроксилизина О - гликозидными связями с образованием аллизина. Чаще всего углеводными компонентами являются глюкоза или дисахарид галактозилглюкоза.

---

4) Формирование тройной спирали проколлагена, который затем секретируется из клетки.

Каждая α – цепь проколлагена соединяется водородными связями с двумя другими α – цепями проколлагена. Образуются дисульфидные связи внутри- и между полипептидными цепями. Дисульфидные связи внутри цепей возникают между остатками цистеина на С- и N- концах проколлагена (С- и N – пептиды). Дисульфидные связи на С- и N-концах проколлагена важны для предотвращения образования крупных фибрилл

II. Внеклеточный этап созревания включает ряд последовательных изменений:

1. Образование молекулы тропоколлагена после отщепления от проколлагена С – концевых пептидов.
Тропоколлаген – структурная единица фибрилл.

2) Формирование фибрилл коллагена

Из молекул тропоколлагена происходит сборка коллагеновых фибрилл, в которых одна нить тропоколлагена сдвинута по отношению к другой примерно на ¼ своей длины. На стыках молекулы тропоколлагена не примыкают друг другу вплотную, между ними остается просвет длиной в 35-40 нм. В твердых тканях эти просветы выполняют роль центров минерализации. Такое расположение повышает прочность фибрилл на растяжение.

3) Стабилизация и укрепление фибрилл коллагена и образование коллагеновых волокон.
Модифицированные аминокислоты - гидроксипролин и гидроксилизин играют важную роль в образовании фибрилл: ОН – группы гидроксипролина соседних цепей тропоколлагена образуют водородные связи, укрепляющие структуру фибрилл. Радикалы лизина и аллизина обеспечивают поперечные сшивки между молекулами тропоколлагена.

Возникшие альдегидные группы участвуют в образовании ковалентных связей в тропоколлагене, которые стабилизируют фибриллы:
1. Альдольная сшивка – аллизин + аллизин
2. Альдиминная сшивка – лизин + аллизин

ТИПЫ КОЛЛАГЕНА

Коллагены существуют во множественных формах, организованных в различные структуры.

Все белки семейства коллагенов характеризуются одним общим свойством: они собраны в тонкие (примерно 1,5 нм диаметром) тройные спиральные суперспирализованные структуры, состоящие из трех субъединиц коллагеновых белков, которые удерживаются вместе ковалентными и нековалентными связями.

---

Суперспирализованные структуры бывают трех типов — фибриллярные, слоистые и связанные с фибринами:
• В фибриллярных коллагенах суперспирализованные спирали организованы в фибриллы или «канаты», которые обеспечивают прочность структуры вдоль единственной оси (такая структура напоминает прочный стальной трос, образованный проволочными пучками). Когда эти фибриллы собраны в параллельно расположенные пучки, как в сухожилиях, они обеспечивают невероятную прочность структуры, которая способна противостоять усилиям, развиваемым мышцами, закрепленными на костях.
• Слоистые коллагены представляют собой сеть, состоящую из суперспирализованных спиральных структур. Они в меньшей степени устойчивы к мышечным усилиям, но гораздо лучше противостоят растяжению в нескольких направлениях. Сеть таких структур, например, характерна для кожи.
• Третий тип коллагена, известный как «фибриллярные связки», образует суперспирализованные спиральные структуры, связывающие коллагеновые фибриллы вместе.

Существует примерно 20 различных типов коллагена, большая часть которых может быть сгруппирована в четыре класса. Каждая из тройных спиралеобразных структур обозначается римской цифрой (I, II, III и т. д.). Каждая коллагеновая субъединица имеет обозначение как субъединица, а ее типу присвоен номер (а1, а2, а3 и т. д.), после которого римской цифрой обозначен тип, в котором она находится. Например, основной фибриллярный коллаген хвоста (и других тканей) крыс относится к типу I и состоит из двух копий субъединиц а1(1) и одной копии субъединицы а2 (I).

---

Смотрите также файлы

• Порядок выполнения расчетов 4 Приложения 7.docx

• Internet.rtf

• Межрайонная инспекция федеральной налоговой службы.docx

• Практическое занятие 8.rtf

• Организация производства сои в условиях кбр.rtf