Видове колагенови влакна

Съединителната тъкан формира структурната опора на живите същества, особено гръбначните. Тъканите, отговарящи на това определение, изпълняват различни функции в тялото, а градивните елементи на много от тези съединителни тъкани са колагенови влакна. Колагенът е протеин - всъщност той е най-изобилният протеин, открит в природата. Следователно не трябва да е изненадващо, че към 2018 г. са идентифицирани около 40 подтипа.

Не всички видове колаген се оформят във влакна, изградени от фибрили (които са направени от групи тризнаци на отделни молекули колаген), но често се виждат три от петте основни типа колаген - етикетирани I, II, III, IV и V подреждане. Колагенът притежава благоприятната черта да се противопоставя на силите на опъване или опън. Поради огромното разпространение на колагена в организма, нарушенията, засягащи неговия синтез или биологичното производство, са многобройни и могат да бъдат тежки.

Собствена съединителна тъкан, което в превод означава приблизително „всичко, което не е костно, което повечето хора биха могли разпознава като съединителна тъкан, "включва хлабава съединителна тъкан, плътна съединителна тъкан и мастна тъкан. Други видове съединителна тъкан включват кръв и кръвотворна тъкан, лимфоидна тъкан, хрущял и кост.

Колагенът е форма на разхлабена съединителна тъкан. Този тип тъкан включва влакна, смляно вещество, базални мембрани и множество свободно съществуващи (например циркулиращи в кръвта) клетки на съединителната тъкан. В допълнение към колагеновите влакна, типът влакна на рохкава съединителна тъкан включва ретикуларни влакна и еластични влакна. Колагенът не се намира в смляното вещество, но той е компонент на определени базални мембрани, които са връзката между самата съединителна тъкан и която и да е тъкан, която поддържа.

Както беше отбелязано, колагенът е вид протеин и протеините се състоят от аминокиселини. Късите дължини на аминокиселините се наричат ​​пептиди, докато полипептидите са по-дълги, но не са пълноценни функционални протеини.

Както всички протеини, колагенът се произвежда върху повърхностите на рибозомите вътре в клетките. Те използват инструкции от рибонуклеинова киселина (РНК) за получаване на дълги полипептиди, наречени проколаген. Това вещество се модифицира в ендоплазмения ретикулум на клетките по различни начини. Към някои аминокиселини се добавят захарни молекули, хидроксилни групи и сулфидно-сулфидни връзки. Всяка колагенова молекула, предназначена за колагеново влакно, се навива в тройна спирала заедно с две други молекули, придавайки й структурна стабилност. Преди колагенът да стане напълно зрял, краищата му се изрязват, за да образуват протеин, наречен тропоколаген, което е просто друго име за колаген.

Въпреки че са идентифицирани над три дузини различни видове колаген, само малка част от тях са физиологично значими. Първите пет типа, използващи римски цифри I, II, III, IV и V, са преобладаващо най-често срещаните в тялото. Всъщност 90 процента от целия колаген се състои от тип I.

Колаген тип I (понякога наричан колаген I; тази схема, разбира се, се прилага за всички видове), съставлява колагенови влакна и се намира в кожата, сухожилията, вътрешните органи и органичната (тази, не минерална) част от костта. Тип II е основната съставка на хрущяла. Тип III е основният компонент на ретикуларните влакна, което е донякъде объркващо, тъй като те не се считат за „колагенови влакна“ като влакната, направени от тип I; типове I и III често се наблюдават заедно в тъканите. Тип IV се намира в сутеренните мембрани, докато тип V се наблюдава в косата и по повърхностите на клетките.

Тъй като колаген тип I е толкова широко разпространен, той е лесен за изолиране от околните тъкани и е първият тип колаген, който е официално описан. Протеиновата молекула от тип I се състои от три по-малки молекулни компонента, два от които са известни като α1 (I) вериги и един от които се нарича α2 (I) верига. Те са подредени под формата на дълга тройна спирала. Тези тройни спирали от своя страна са подредени една до друга, за да образуват фибрили, които от своя страна се обединяват в пълноценни колагенови влакна. Следователно йерархията от най-малката до най-голямата в колагена е α-верига, колагенова молекула, фибрил и фибри.

Тези влакна могат да се разтягат значително, без да се счупват. Това ги прави изключително ценни в сухожилията, които свързват мускулите с костите и следователно трябва да бъдат в състояние да толерира голяма сила, без да се счупи, като същевременно предлага много гъвкавост.

При заболяване, наречено osteogenesis imperfecta, или колагенът от тип I не се получава в достатъчно количество, или синтезираният колаген е дефектен в състава си. Това води до костна слабост и нередности в съединителната тъкан, което води до различна степен на физическа недостатъчност (в някои случаи може да бъде фатално).

Колагенът от тип II също образува влакна, но те не са добре организирани като колагеновите влакна от тип I. Те се намират главно в хрущялите. Фибрилите от тип II, вместо да бъдат добре успоредни, често са подредени в това, което е повече или по-малко бъркотия. Това се дава от факта, че хрущялът, макар и да е основният дом на колаген от тип II, е направен предимно от матрица, състояща се от протеогликани. Те се състоят от молекули, наречени гликозаминогликани, увити около цилиндрично протеиново ядро. Цялата подредба прави хрущяла сгъстим и "пружиниращ" качества, подходящи за основната работа на хрущяла за амортизиране на удара стрес върху стави като коленете и лактите.

Смята се, че нарушенията на образуването на хрущяли, засягащи скелета, известни като хондродисплазии, са причинени от мутация в гена в ДНК, който кодира с молекулата на колаген тип II.

Основната роля на тип III колаген е образуването на ретикуларни влакна. Тези влакна са много тесни и имат диаметър само около 0,5 до 2 милионни части от метър. Колагеновите фибрили, направени от колаген тип III, са по-разклонени, отколкото паралелни по ориентация.

Ретикуларните влакна се намират в изобилие в миелоидни (костен мозък) и лимфоидни тъкани, където служат като скеле за специализираните клетки, участващи в генерирането на нови кръвни клетки. Те се правят или от фибробласти, или от ретикуларни клетки, в зависимост от местоположението им. Те могат да бъдат разграничени от тип I колаген въз основа на това как се появяват след оцветяване с определени химически багрила.

Един от 10-те подвида на болестта, наречен синдром на Ehlers-Danlos, който може да доведе до фатално разкъсване на кръвоносните съдове, се причинява от мутация в гена, кодиращ колаген от тип III.

Колагенът от тип IV е основен компонент на базалната мембрана, както беше отбелязано. Той е организиран в обширни разклонителни мрежи. Този тип колаген няма това, което се нарича аксиална периодичност, което означава, че по дължината си той няма характерен повтарящ се модел и изобщо не образува влакна. Следователно този тип колаген може да се разглежда като най-случайният от основните типове колаген. Колагенът тип IV съставлява голяма част от най-вътрешния от трите слоя на базалната мембрана, наречен lamina densa („дебел слой“). От двете страни на lamina densa са lamina lucida и lamina fibroreticularis. Последният слой съдържа някакъв тип III колаген под формата на ретикуларни влакна, както и тип VI колаген, по-рядко срещан тип.