أنواع ألياف الكولاجين

يشكل النسيج الضام الدعم الهيكلي للكائنات الحية ، وخاصة الفقاريات. الأنسجة التي تلبي هذا التعريف تخدم مجموعة متنوعة من الوظائف في جميع أنحاء الجسم ، واللبنات الأساسية للعديد من هذه الأنسجة الضامة هي ألياف الكولاجين. الكولاجين هو بروتين - في الواقع ، هو البروتين الأكثر وفرة في الطبيعة. لذلك لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أنه تم تحديد حوالي 40 نوعًا فرعيًا اعتبارًا من عام 2018.

لا تتشكل جميع أنواع الكولاجين في ألياف ، تتكون من ألياف (والتي هي نفسها مصنوعة من مجموعات من ثلاثة توائم من الأفراد جزيئات الكولاجين) ، ولكن غالبًا ما تُرى ثلاثة من الأنواع الخمسة الرئيسية للكولاجين - المسمى الأول والثاني والثالث والرابع والخامس - في هذا ترتيب. يمتلك الكولاجين السمة المفيدة لمقاومة قوى الشد أو التمدد. بسبب الانتشار الهائل للكولاجين في الجسم ، فإن الاضطرابات التي تؤثر على تركيبته ، أو تصنيعه البيولوجي ، عديدة ويمكن أن تكون شديدة.

النسيج الضام الصحيح ، والذي يترجم تقريبًا إلى "أي شيء غير العظم كما قد يفعله معظم الناس يتعرف على أنه نسيج ضام ، "يشمل النسيج الضام الرخو والنسيج الضام الكثيف والدهون الانسجة. تشمل الأنواع الأخرى من الأنسجة الضامة الدم والأنسجة المكونة للدم والأنسجة اللمفاوية والغضاريف والعظام.

الكولاجين هو شكل من أشكال النسيج الضام الرخو. يشمل هذا النوع من الأنسجة الألياف ، والمادة الأرضية ، والأغشية السفلية ، ومجموعة متنوعة من خلايا النسيج الضام الموجودة (على سبيل المثال ، المنتشرة في الدم). بالإضافة إلى ألياف الكولاجين ، يشتمل نوع الألياف من الأنسجة الضامة الرخوة على ألياف شبكية وألياف مرنة. لا يوجد الكولاجين في مادة الأرض ، ولكنه مكون من أغشية قاعدية معينة ، وهي الواجهة بين النسيج الضام نفسه وأي نسيج يدعمه.

كما لوحظ ، الكولاجين هو نوع من البروتين ، والبروتينات تتكون من الأحماض الأمينية. تسمى الأطوال القصيرة من الأحماض الأمينية الببتيدات ، في حين أن عديد الببتيدات أطول ولكنها تفتقر إلى كونها بروتينات وظيفية كاملة.

مثل جميع البروتينات ، يتكون الكولاجين على أسطح الريبوسومات داخل الخلايا. تستخدم هذه التعليمات من الحمض النووي الريبي (RNA) لصنع عديد ببتيدات طويلة تسمى procollagen. يتم تعديل هذه المادة في الشبكة الإندوبلازمية للخلايا بطرق مختلفة. تضاف جزيئات السكر ومجموعات الهيدروكسيل وروابط الكبريتيد إلى بعض الأحماض الأمينية. يتم جرح كل جزيء كولاجين مخصص لألياف الكولاجين في حلزون ثلاثي مع جزيئين آخرين ، مما يمنحه الاستقرار الهيكلي. قبل أن يصبح الكولاجين ناضجًا تمامًا ، يتم قطع نهاياته لتشكيل بروتين يسمى تروبوكولاجين ، وهو ببساطة اسم آخر للكولاجين.

على الرغم من أنه تم تحديد أكثر من ثلاثين نوعًا متميزًا من الكولاجين ، إلا أن جزءًا صغيرًا منها فقط له أهمية فسيولوجية. الأنواع الخمسة الأولى ، باستخدام الأرقام الرومانية الأول والثاني والثالث والرابع والخامس ، هي الأكثر شيوعًا في الجسم. في الواقع ، 90٪ من الكولاجين يتكون من النوع الأول.

النوع الأول من الكولاجين (يسمى أحيانًا الكولاجين الأول ؛ هذا المخطط بالطبع ينطبق على جميع الأنواع) يشكل ألياف الكولاجين ، ويوجد في الجلد والأوتار والأعضاء الداخلية والجزء العضوي (غير المعدني) من العظام. النوع الثاني هو المكون الأساسي للغضروف. النوع الثالث هو المكون الرئيسي للألياف الشبكية ، وهو أمر محير إلى حد ما لأن هذه الألياف لا تعتبر "ألياف كولاجين" مثل الألياف المصنوعة من النوع الأول ؛ غالبًا ما يُرى النوعان الأول والثالث معًا في الأنسجة. يوجد النوع الرابع في الأغشية السفلية ، بينما يظهر النوع الخامس في الشعر وعلى أسطح الخلايا.

نظرًا لانتشار الكولاجين من النوع الأول على نطاق واسع ، فمن السهل عزله عن الأنسجة المحيطة وكان أول نوع من الكولاجين يتم وصفه رسميًا. يتكون جزيء البروتين من النوع الأول من ثلاثة مكونات جزيئية أصغر ، اثنان منها معروفان باسم سلاسل α1 (I) وواحد منها يسمى سلسلة α2 (I). يتم ترتيبها على شكل حلزون ثلاثي طويل. يتم تكديس هذه الحلزونات الثلاثية بدورها جنبًا إلى جنب لتشكيل ألياف ليفية ، والتي بدورها يتم تجميعها في ألياف كولاجين كاملة. وبالتالي فإن التسلسل الهرمي من الأصغر إلى الأكبر في الكولاجين هو سلسلة ألفا وجزيء الكولاجين والليف والألياف.

هذه الألياف قادرة على التمدد بشكل كبير دون أن تنكسر. هذا يجعلها ذات قيمة كبيرة في الأوتار ، التي تربط العضلات بالعظام وبالتالي يجب أن تكون كذلك قادر على تحمل قدر كبير من القوة دون كسر مع الاستمرار في تقديم قدر كبير من المرونة.

في مرض يسمى تكوّن العظم الناقص ، لا يتم إنتاج الكولاجين من النوع الأول بكميات كافية أو أن الكولاجين الذي يتم تصنيعه يكون معيبًا في تركيبته. يؤدي هذا إلى ضعف العظام وعدم انتظامها في النسيج الضام ، مما يؤدي إلى درجات مختلفة من الضعف الجسدي (يمكن أن يكون قاتلاً في بعض الحالات).

يشكل الكولاجين من النوع الثاني أيضًا أليافًا ، ولكنها ليست منظمة بشكل جيد مثل ألياف الكولاجين من النوع الأول. توجد هذه بشكل رئيسي في الغضروف. غالبًا ما يتم ترتيب الألياف في النوع الثاني ، بدلاً من أن تكون متوازية بدقة ، في ما هو إلى حد ما خليط. يتم توفير ذلك من خلال حقيقة أن الغضروف ، على الرغم من كونه الموطن الرئيسي للكولاجين من النوع الثاني ، يتكون في الغالب من مصفوفة تتكون من البروتيوغليكان. تتكون هذه الجزيئات من جزيئات تسمى glycosaminoglycans ملفوفة حول لب بروتين أسطواني. الترتيب الكامل يجعل الغضروف قابلًا للانضغاط و "نابضًا" ، وهي صفات مناسبة تمامًا للوظيفة الرئيسية للغضروف المتمثلة في تخفيف إجهاد الصدمات على المفاصل مثل الركبتين والمرفقين.

يُعتقد أن اضطرابات تكوين الغضاريف التي تؤثر على الهيكل العظمي المعروفة باسم خلل التنسج الغضروفي ناتجة عن طفرة في الجين في الحمض النووي الذي يرمز إلى جزيء الكولاجين من النوع الثاني.

يتمثل الدور الرئيسي للكولاجين من النوع الثالث في تكوين ألياف شبكية. هذه الألياف ضيقة جدًا ، حيث يبلغ قطرها حوالي 0.5 إلى 2 من المليون من المتر. ألياف الكولاجين المصنوعة من الكولاجين من النوع الثالث متفرعة أكثر من كونها متوازية في الاتجاه.

تم العثور على ألياف شبكية بكثرة في النخاع العظمي (نخاع العظم) والأنسجة اللمفاوية ، حيث تعمل كسقالات للخلايا المتخصصة المشاركة في توليد خلايا الدم الجديدة. يتم تصنيعها إما عن طريق الخلايا الليفية أو الخلايا الشبكية ، اعتمادًا على موقعها. يمكن تمييزها عن الكولاجين من النوع الأول على أساس كيفية ظهورها بعد تلطيخها بأصباغ كيميائية معينة.

أحد الأنواع الفرعية العشرة أو نحو ذلك من المرض المسمى بمتلازمة إهلرز دانلوس ، والذي يمكن أن يؤدي إلى تمزق قاتل في الأوعية الدموية ، يحدث بسبب طفرة في الجين الذي يرمز إلى النوع الثالث من الكولاجين.

يعد الكولاجين من النوع الرابع مكونًا رئيسيًا للغشاء القاعدي ، كما هو مذكور. يتم تنظيمه في شبكات متفرعة واسعة النطاق. لا يحتوي هذا النوع من الكولاجين على ما يسمى الدورية المحورية ، أي أنه على طول طوله ، لا يحتوي على نمط تكرار مميز ، ولا يشكل أليافًا على الإطلاق. لذلك قد يُنظر إلى هذا النوع من الكولاجين على أنه أكثر أنواع الكولاجين الرئيسية عشوائية. يصنع الكولاجين من النوع الرابع الجزء الأكبر من الطبقات الثلاث من الغشاء القاعدي ، والتي تسمى lamina densa ("الطبقة السميكة"). على جانبي الصفيحة densa توجد الصفيحة lucida والصفيحة الليفية lamina fibroreticularis. تحتوي الطبقة الأخيرة على بعض الكولاجين من النوع الثالث على شكل ألياف شبكية وكذلك كولاجين من النوع السادس ، وهو نوع أقل تكرارا.