Τύποι ινών κολλαγόνου

Ο συνδετικός ιστός σχηματίζει τη δομική υποστήριξη των ζωντανών όντων, ιδίως των σπονδυλωτών. Οι ιστοί που πληρούν αυτόν τον ορισμό εξυπηρετούν μια ποικιλία λειτουργιών σε όλο το σώμα και τα δομικά στοιχεία πολλών από αυτούς τους συνδετικούς ιστούς είναι ίνες κολλαγόνου. Το κολλαγόνο είναι μια πρωτεΐνη - στην πραγματικότητα, είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη που βρίσκεται στη φύση. Επομένως, δεν πρέπει να προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι είχαν προσδιοριστεί περίπου 40 υπότυποι από το 2018.

Δεν διαμορφώνονται όλοι οι τύποι κολλαγόνου σε ίνες, που αποτελούνται από ινίδια (τα οποία είναι ίδια από ομάδες τριπλών μεμονωμένων μόρια κολλαγόνου), αλλά τρεις από τους πέντε κύριους τύπους κολλαγόνου - με την ένδειξη I, II, III, IV και V - εμφανίζονται συχνά σε αυτό συμφωνία. Το κολλαγόνο διαθέτει το πλεονέκτημα της αντοχής στις δυνάμεις τεντώματος ή εφελκυσμού. Λόγω της απόλυτης επικράτησης του κολλαγόνου στο σώμα, οι διαταραχές που επηρεάζουν τη σύνθεσή του ή η βιολογική παρασκευή του, είναι πολλές και μπορεί να είναι σοβαρές.

Ο συνδετικός ιστός είναι κατάλληλος, ο οποίος μεταφράζεται περίπου σε "οτιδήποτε δεν είναι οστό που θα μπορούσαν οι περισσότεροι άνθρωποι αναγνωρίστε ως συνδετικό ιστό, "περιλαμβάνει χαλαρό συνδετικό ιστό, πυκνό συνδετικό ιστό και λιπώδη ιστός. Άλλοι τύποι συνδετικού ιστού περιλαμβάνουν αίμα και ιστό σχηματισμού αίματος, λεμφοειδή ιστό, χόνδρο και οστό.

Το κολλαγόνο είναι μια μορφή χαλαρού συνδετικού ιστού. Αυτός ο τύπος ιστού περιλαμβάνει ίνες, αλεσμένη ουσία, βασικές μεμβράνες και μια ποικιλία κυττάρων συνδετικού ιστού (π.χ. κυκλοφορούν στο αίμα). Εκτός από τις ίνες κολλαγόνου, ο τύπος ινών χαλαρού συνδετικού ιστού περιλαμβάνει δικτυωτές ίνες και ελαστικές ίνες. Το κολλαγόνο δεν βρίσκεται στην αλεσμένη ουσία, αλλά αποτελεί συστατικό ορισμένων βασικών μεμβρανών, οι οποίες είναι η διασύνδεση μεταξύ του ίδιου του συνδετικού ιστού και με οποιονδήποτε ιστό υποστηρίζει.

Όπως σημειώθηκε, το κολλαγόνο είναι ένας τύπος πρωτεΐνης και οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αμινοξέα. Τα μικρά μήκη αμινοξέων ονομάζονται πεπτίδια, ενώ τα πολυπεπτίδια είναι μακρύτερα, αλλά δεν είναι πλήρεις λειτουργικές πρωτεΐνες.

Όπως όλες οι πρωτεΐνες, το κολλαγόνο παράγεται στις επιφάνειες των ριβοσωμάτων μέσα στα κύτταρα. Αυτές χρησιμοποιούν οδηγίες από το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) για την παραγωγή μακρών πολυπεπτιδίων που ονομάζονται προκολλαγόνο. Αυτή η ουσία τροποποιείται στο ενδοπλασματικό δίκτυο των κυττάρων με διάφορους τρόπους. Μόρια σακχάρου, υδροξυλομάδες και θειούχοι-σουλφιδικοί δεσμοί προστίθενται σε ορισμένα αμινοξέα. Κάθε μόριο κολλαγόνου που προορίζεται για μια ίνα κολλαγόνου τυλίγεται σε μια τριπλή έλικα μαζί με δύο άλλα μόρια, δίνοντάς του δομική σταθερότητα. Προτού το κολλαγόνο μπορεί να ωριμάσει τελείως, τα άκρα του κόβονται για να σχηματίσουν μια πρωτεΐνη που ονομάζεται tropocollagen, η οποία είναι απλά ένα άλλο όνομα για το κολλαγόνο.

Αν και έχουν αναγνωριστεί πάνω από τρεις δωδεκάδες διαφορετικά είδη κολλαγόνου, μόνο ένα μικρό μέρος αυτών είναι φυσιολογικά σημαντικό. Οι πρώτοι πέντε τύποι, χρησιμοποιώντας λατινικούς αριθμούς I, II, III, IV και V, είναι συντριπτικά οι πιο συνηθισμένοι στο σώμα. Στην πραγματικότητα, το 90% του συνόλου του κολλαγόνου αποτελείται από τον τύπο Ι.

Κολλαγόνο τύπου Ι (μερικές φορές ονομάζεται κολλαγόνο Ι · Αυτό το σχήμα ισχύει φυσικά για όλους τους τύπους) συνθέτει ίνες κολλαγόνου, και βρίσκεται στο δέρμα, τους τένοντες, τα εσωτερικά όργανα και το οργανικό (δηλαδή, μη ορυκτό) τμήμα των οστών. Ο τύπος II είναι το κύριο συστατικό του χόνδρου. Ο τύπος III είναι το κύριο συστατικό των δικτυωτών ινών, το οποίο είναι κάπως μπερδεμένο αφού δεν θεωρούνται "ίνες κολλαγόνου" όπως οι ίνες που κατασκευάζονται από τον τύπο Ι. Οι τύποι Ι και ΙΙΙ φαίνονται συχνά μαζί σε ιστούς. Ο τύπος IV βρίσκεται στις βασικές μεμβράνες, ενώ ο τύπος V εμφανίζεται στα μαλλιά και στις επιφάνειες των κυττάρων.

Επειδή το κολλαγόνο τύπου Ι είναι τόσο διαδεδομένο, είναι εύκολο να απομονωθεί από τους περιβάλλοντες ιστούς και ήταν ο πρώτος τύπος κολλαγόνου που περιγράφηκε επίσημα. Το μόριο πρωτεΐνης τύπου Ι αποτελείται από τρία μικρότερα μοριακά συστατικά, δύο από τα οποία είναι γνωστά ως αλυσίδες α1 (Ι) και μία εκ των οποίων ονομάζεται αλυσίδα α2 (Ι). Αυτά τακτοποιούνται με τη μορφή μιας μακράς τριπλής έλικας. Αυτές οι τριπλές έλικες με τη σειρά τους στοιβάζονται το ένα δίπλα στο άλλο για να σχηματίσουν ινίδια, τα οποία με τη σειρά τους ομαδοποιούνται σε πλήρεις ίνες κολλαγόνου. Η ιεραρχία από το μικρότερο στο μεγαλύτερο κολλαγόνο είναι συνεπώς η α-αλυσίδα, το μόριο του κολλαγόνου, το ινίδιο και οι ίνες.

Αυτές οι ίνες μπορούν να τεντωθούν σημαντικά χωρίς να σπάσουν. Αυτό τους καθιστά εξαιρετικά πολύτιμους σε τένοντες, οι οποίοι συνδέουν τους μύες με τα οστά και πρέπει επομένως να είναι σε θέση να ανεχτεί μια μεγάλη δύναμη χωρίς να σπάσει ενώ προσφέρει ακόμη πολλά ευκαμψία.

Σε μια ασθένεια που ονομάζεται οστεογένεση ατελής, το κολλαγόνο τύπου Ι δεν παράγεται σε επαρκείς ποσότητες ή το κολλαγόνο που συντίθεται είναι ελαττωματικό στη σύνθεσή του. Αυτό οδηγεί σε αδυναμία των οστών και ανωμαλίες στον συνδετικό ιστό, οδηγώντας σε διάφορους βαθμούς σωματικής αδυναμίας (μπορεί σε ορισμένες περιπτώσεις να είναι θανατηφόρα).

Το κολλαγόνο τύπου II σχηματίζει επίσης ίνες, αλλά δεν είναι τόσο καλά οργανωμένες όσο οι ίνες κολλαγόνου τύπου Ι. Αυτά βρίσκονται κυρίως στον χόνδρο. Τα ινίδια τύπου II, αντί να είναι τακτοποιημένα παράλληλα, συχνά είναι διατεταγμένα σε κάτι που είναι λίγο περισσότερο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο χόνδρος, ενώ είναι το κύριο σπίτι του κολλαγόνου τύπου II, αποτελείται κυρίως από μια μήτρα που αποτελείται από πρωτεογλυκάνες. Αυτά αποτελούνται από μόρια που ονομάζονται γλυκοζαμινογλυκάνες τυλιγμένα γύρω από έναν κυλινδρικό πυρήνα πρωτεΐνης. Ολόκληρη η διάταξη καθιστά τους χόνδρους συμπιεσμένους και «ελαστικούς», ιδιότητες που ταιριάζουν στην κύρια δουλειά του χόνδρου για να μετριάσει την πίεση πρόσκρουσης στις αρθρώσεις όπως τα γόνατα και τους αγκώνες.

Οι διαταραχές σχηματισμού χόνδρου που επηρεάζουν τον σκελετό που είναι γνωστές ως χονδροδυσπλασίες πιστεύεται ότι προκαλούνται από μια μετάλλαξη στο γονίδιο στο DNA που κωδικοποιεί το μόριο κολλαγόνου τύπου II.

Ο κύριος ρόλος του κολλαγόνου τύπου III είναι ο σχηματισμός δικτυωτών ινών. Αυτές οι ίνες είναι πολύ στενές, με διάμετρο μόνο περίπου 0,5 έως 2 εκατοστά του μέτρου. Τα ινίδια κολλαγόνου που κατασκευάζονται από κολλαγόνο τύπου III είναι πιο διακλαδισμένα από παράλληλα στον προσανατολισμό.

Οι δικτυωτές ίνες βρίσκονται σε αφθονία σε μυελοειδείς (μυελό των οστών) και λεμφοειδείς ιστούς, όπου χρησιμεύουν ως ικριώματα για τα εξειδικευμένα κύτταρα που εμπλέκονται στη δημιουργία νέων κυττάρων αίματος. Κατασκευάζονται είτε από ινοβλάστες είτε από δικτυωτά κύτταρα, ανάλογα με τη θέση τους. Μπορούν να διακριθούν από το κολλαγόνο τύπου Ι με βάση τον τρόπο εμφάνισής τους αφού βάφονται με ορισμένες χημικές βαφές.

Ένας από τους 10 περίπου τύπους της νόσου που ονομάζεται σύνδρομο Ehlers-Danlos, ο οποίος μπορεί να οδηγήσει σε θανατηφόρα ρήξη των αιμοφόρων αγγείων, προκαλείται από μια μετάλλαξη στο γονίδιο που κωδικοποιεί το κολλαγόνο τύπου III.

Το κολλαγόνο τύπου IV είναι ένα κύριο συστατικό της βασικής μεμβράνης, όπως σημειώνεται. Είναι οργανωμένο σε εκτεταμένα δίκτυα διακλάδωσης. Αυτός ο τύπος κολλαγόνου δεν έχει αυτό που ονομάζεται αξονική περιοδικότητα, που σημαίνει ότι κατά μήκος του, δεν έχει ένα χαρακτηριστικό επαναλαμβανόμενο μοτίβο και δεν σχηματίζει καθόλου ίνες. Αυτός ο τύπος κολλαγόνου μπορεί επομένως να θεωρηθεί ως ο πιο τυχαίος από τους κύριους τύπους κολλαγόνου. Το κολλαγόνο τύπου IV αποτελείται από το μεγαλύτερο μέρος των τριών στρωμάτων της βασικής μεμβράνης, που ονομάζεται πυκνό στρώμα ("παχύ στρώμα"). Και στις δύο πλευρές του φύλλου πυθμένα είναι η λάμδα ελασμάτων και η ινώδης ίνας. Το τελευταίο στρώμα περιέχει κάποιο κολλαγόνο τύπου III με τη μορφή δικτυωτών ινών καθώς και κολλαγόνο τύπου VI, έναν τύπο που απαντάται λιγότερο συχνά.