Druhy kolagenových vláken

Pojivová tkáň tvoří strukturální podporu živých věcí, zejména obratlovců. Tkáně splňující tuto definici slouží celé řadě funkcí v celém těle a stavebními kameny mnoha z těchto pojivových tkání jsou kolagenová vlákna. Kolagen je bílkovina - ve skutečnosti je to nejhojnější bílkovina v přírodě. Nemělo by proto být překvapením, že od roku 2018 bylo identifikováno přibližně 40 podtypů.

Ne všechny typy kolagenu jsou formovány do vláken, které jsou tvořeny vlákny (které jsou samy o sobě tvořeny skupinami trojic jednotlivých molekuly kolagenu), ale tři z pěti hlavních typů kolagenu - označené I, II, III, IV a V - jsou v tomto dohoda. Kolagen má výhodnou vlastnost odolávat protahovacím nebo tahovým silám. Vzhledem k naprosté prevalenci kolagenu v těle jsou poruchy ovlivňující jeho syntézu nebo biologickou výrobu četné a mohou být závažné.

Správná pojivová tkáň, což se zhruba promítá do „všeho, co není kost, co by většina lidí mohla rozpoznat jako pojivovou tkáň, “zahrnuje volnou pojivovou tkáň, hustou pojivovou tkáň a tuk tkáň. Mezi další typy pojivové tkáně patří krev a tkáň vytvářející krev, lymfoidní tkáň, chrupavka a kost.

Kolagen je forma volné pojivové tkáně. Tento typ tkáně zahrnuje vlákna, rozemletou látku, bazální membrány a řadu volně existujících (např. Cirkulujících v krvi) buněk pojivové tkáně. Kromě kolagenových vláken zahrnuje vláknitý typ volné pojivové tkáně retikulární vlákna a elastická vlákna. Kolagen se nenachází v základní látce, ale je to součást určitých bazálních membrán, které tvoří rozhraní mezi pojivovou tkání samotnou a jakoukoli tkání, kterou podporuje.

Jak již bylo uvedeno, kolagen je druh proteinu a proteiny se skládají z aminokyselin. Krátké délky aminokyselin se nazývají peptidy, zatímco polypeptidy jsou delší, ale chybí jim plnohodnotné funkční proteiny.

Stejně jako všechny bílkoviny se i kolagen vytváří na povrchu ribozomů uvnitř buněk. Tyto používají pokyny z ribonukleové kyseliny (RNA) k výrobě dlouhých polypeptidů nazývaných prokolagen. Tato látka je modifikována v endoplazmatickém retikulu buněk různými způsoby. K některým aminokyselinám se přidávají molekuly cukru, hydroxylové skupiny a sulfid-sulfidové vazby. Každá kolagenová molekula určená pro kolagenové vlákno je navinuta do trojité šroubovice spolu s dalšími dvěma molekulami, což jí dává strukturální stabilitu. Než může kolagen úplně dospět, jsou jeho konce ořezány, aby se vytvořil protein zvaný tropocollagen, což je prostě jiný název pro kolagen.

Ačkoli bylo identifikováno více než tři desítky odlišných druhů kolagenu, pouze malá část z nich je fyziologicky významná. Prvních pět typů používajících římské číslice I, II, III, IV a V je v těle převážně nejčastější. Ve skutečnosti 90 procent veškerého kolagenu tvoří typ I.

Kolagen typu I (někdy nazývaný kolagen I; toto schéma samozřejmě platí pro všechny typy) tvoří kolagenová vlákna a nachází se v kůži, šlachách, vnitřních orgánech a organické (to je, neminerální) části kosti. Typ II je primární složkou chrupavky. Typ III je hlavní složkou retikulárních vláken, což je poněkud matoucí, protože se nepovažují za „kolagenová vlákna“, jako jsou vlákna vyrobená z typu I; typy I a III jsou často vidět společně v tkáních. Typ IV se nachází v bazálních membránách, zatímco typ V je vidět ve vlasech a na povrchu buněk.

Protože kolagen typu I je tak rozšířený, je snadné ho izolovat od okolních tkání a byl prvním typem kolagenu, který byl formálně popsán. Molekula proteinu typu I se skládá ze tří menších molekulárních složek, z nichž dvě jsou známé jako α1 (I) řetězce a jedna z nich se nazývá α2 (I) řetězec. Ty jsou uspořádány ve formě dlouhé trojité šroubovice. Tyto trojité šroubovice jsou zase stohovány vedle sebe a vytvářejí fibrily, které jsou zase svázány do plnohodnotných kolagenových vláken. Hierarchie od nejmenší po největší v kolagenu je proto α-řetězec, molekula kolagenu, vláknina a vláknina.

Tato vlákna jsou schopna se značně protáhnout bez přetržení. Díky tomu jsou nesmírně cenné pro šlachy, které spojují svaly s kostmi, a proto musí být schopen tolerovat velkou sílu bez zlomení, zatímco stále nabízí velkou dávku flexibilita.

U nemoci zvané osteogenesis imperfecta se buď kolagen typu I nevyrábí v dostatečném množství, nebo syntetizovaný kolagen má vadné složení. To má za následek slabost kostí a nepravidelnosti v pojivové tkáni, což vede k různým stupňům fyzické slabosti (může to být v některých případech smrtelné).

Kolagen typu II také tvoří vlákna, ale nejsou tak dobře organizovaná jako kolagenová vlákna typu I. Ty se nacházejí hlavně v chrupavce. Vlákna typu II, spíše než úhledně paralelní, jsou často uspořádána do podoby víceméně podoby. To je umožněno skutečností, že chrupavka, i když je hlavním domovem kolagenu typu II, je vyrobena převážně z matrice sestávající z proteoglykanů. Jsou tvořeny molekulami zvanými glykosaminoglykany obalené kolem válcového proteinového jádra. Celé uspořádání činí chrupavku stlačitelnou a „pružnou“, což je vlastnosti vhodné pro hlavní úkol chrupavky tlumit rázové namáhání kloubů, jako jsou kolena a lokty.

Předpokládá se, že poruchy tvorby chrupavky ovlivňující kostru známé jako chondrodysplazie jsou způsobeny mutací genu v DNA, který kóduje molekulu kolagenu typu II.

Hlavní rolí kolagenu typu III je tvorba retikulárních vláken. Tato vlákna jsou velmi úzká a mají průměr jen asi 0,5 až 2 miliontiny metru. Kolagenové fibrily vyrobené z kolagenu typu III jsou více rozvětvené než paralelně orientované.

Retikulární vlákna se hojně vyskytují v myeloidních (kostní dřeni) a lymfoidních tkáních, kde slouží jako lešení pro specializované buňky podílející se na tvorbě nových krevních buněk. Jsou vyrobeny buď fibroblasty nebo retikulárními buňkami, v závislosti na jejich poloze. Lze je odlišit od kolagenu typu I na základě toho, jak vypadají po obarvení určitými chemickými barvivy.

Jeden z asi 10 podtypů onemocnění zvaného Ehlers-Danlosův syndrom, který může vést k smrtelnému prasknutí cév, je způsoben mutací genu, který kóduje kolagen typu III.

Kolagen typu IV je hlavní složkou bazální membrány, jak je uvedeno. Je organizována do rozsáhlých větvících sítí. Tento typ kolagenu nemá to, co se nazývá axiální periodicita, což znamená, že po své délce nemá charakteristický opakující se vzorec a vůbec netvoří vlákna. Tento typ kolagenu lze proto považovat za nejšťastnější z hlavních typů kolagenu. Kolagen typu IV tvoří většinu nejvnitřnějších tří vrstev bazální membrány, které se nazývají lamina densa („silná vrstva“). Na obou stranách lamina densa jsou lamina lucida a lamina fibroreticularis. Druhá vrstva obsahuje určitý kolagen typu III ve formě retikulárních vláken a také kolagen typu VI, méně často se vyskytující typ.