Kolagēna šķiedru veidi

Saistaudi veido dzīvo būtņu, īpaši mugurkaulnieku, strukturālo atbalstu. Šai definīcijai atbilstošie audi visā ķermenī pilda dažādas funkcijas, un daudzu šo saistaudu veidojošie elementi ir kolagēna šķiedras. Kolagēns ir olbaltumviela - patiesībā tas ir bagātākais olbaltumvielu daudzums, kas atrodams dabā. Tāpēc nevajadzētu pārsteigt, ka no 2018. gada tika identificēti apmēram 40 apakštipi.

Ne visi kolagēna veidi tiek veidoti šķiedrās, kas sastāv no fibrilām (kuras pašas ir veidotas no atsevišķu cilvēku kolagēna molekulas), bet trīs no pieciem galvenajiem kolagēna veidiem - marķēti ar I, II, III, IV un V vienošanās. Kolagēnam piemīt izdevīga īpašība - tas ir izturīgs pret stiepšanās vai stiepes spēkiem. Sakarā ar kolagēna milzīgo izplatību organismā, ir daudz traucējumu, kas ietekmē tā sintēzi vai bioloģisko ražošanu, un tie var būt smagi.

Pareizie saistaudi, kas aptuveni nozīmē "visu, kas nav kauls, ko lielākā daļa cilvēku varētu atpazīt kā saistaudus, "ietver vaļīgus saistaudus, blīvus saistaudus un taukus audi. Citi saistaudu veidi ir asinis un asins veidojošie audi, limfoīdie audi, skrimšļi un kauli.

Kolagēns ir vaļīgu saistaudu forma. Šāda veida audos ietilpst šķiedras, sasmalcināta viela, bazālās membrānas un dažādas brīvi eksistējošas (piemēram, asinīs cirkulējošas) saistaudu šūnas. Bez kolagēna šķiedrām brīvo saistaudu šķiedru veids ietver retikulāras šķiedras un elastīgas šķiedras. Kolagēns nav atrodams slīpētā vielā, bet tas ir noteiktu bazālo membrānu sastāvdaļa, kas ir saikne starp pašu saistaudu un visiem audiem, kurus tas atbalsta.

Kā atzīmēts, kolagēns ir olbaltumvielu veids, un olbaltumvielas sastāv no aminoskābēm. Nelielus aminoskābju garumus sauc par peptīdiem, turpretī polipeptīdi ir garāki, bet tie nav pilnvērtīgi funkcionāli proteīni.

Tāpat kā visi proteīni, arī kolagēns tiek veidots uz šūnu iekšienē esošo ribosomu virsmām. Tie izmanto ribonukleīnskābes (RNS) norādījumus, lai izgatavotu garus polipeptīdus, ko sauc par prokollagēnu. Šī viela dažādos veidos tiek modificēta šūnu endoplazmatiskajā tīklojumā. Atsevišķām aminoskābēm pievieno cukura molekulas, hidroksilgrupas un sulfīda-sulfīda saites. Katra kolagēna molekula, kas paredzēta kolagēna šķiedrai, tiek ievilkta trīskāršā spirālē kopā ar divām citām molekulām, piešķirot tai strukturālu stabilitāti. Pirms kolagēns var kļūt pilnīgi nobriedis, tā galus nogriež, veidojot olbaltumvielu, ko sauc par tropokollagēnu, kas vienkārši ir cits kolagēna nosaukums.

Lai gan ir identificēti vairāk nekā trīs desmiti dažādu kolagēna veidu, tikai neliela daļa no tiem ir fizioloģiski nozīmīgi. Pirmie pieci veidi, izmantojot romiešu ciparus I, II, III, IV un V, organismā pārsvarā ir visizplatītākie. Faktiski 90 procenti no visa kolagēna sastāv no I tipa.

I tipa kolagēns (dažreiz to sauc par I kolagēnu; šī shēma, protams, attiecas uz visiem veidiem) veido kolagēna šķiedras, un tā ir atrodama ādā, cīpslās, iekšējos orgānos un organiskajā (tā, ka nav minerālā) kaula daļā. II tips ir skrimšļa galvenā sastāvdaļa. III tips ir galvenā retikulāro šķiedru sastāvdaļa, kas ir nedaudz mulsinoša, jo tās netiek uzskatītas par "kolagēna šķiedrām", tāpat kā šķiedras, kas izgatavotas no I tipa; I un III tipi bieži tiek novēroti kopā audos. IV tips ir sastopams bazālajās membrānās, savukārt V tips ir redzams matiem un šūnu virsmām.

Tā kā I tipa kolagēns ir tik plaši izplatīts, to ir viegli izolēt no apkārtējiem audiem un tas bija pirmais kolagēna veids, kuru oficiāli aprakstīja. I tipa olbaltumvielu molekula sastāv no trim mazākām molekulārajām sastāvdaļām, no kurām divas ir pazīstamas kā α1 (I) ķēdes un vienu no tām sauc par α2 (I) ķēdi. Tie ir sakārtoti garas trīskāršās spirāles formā. Šie trīskāršie spirāles savukārt tiek sakrauti viens otram blakus, veidojot fibrilas, kuras savukārt tiek apvienotas pilnvērtīgās kolagēna šķiedrās. Kolagēna hierarhija no mazākās līdz lielākajai ir α-ķēde, kolagēna molekula, fibrila un šķiedra.

Šīs šķiedras spēj ievērojami izstiepties, nesalūstot. Tas padara tos ārkārtīgi vērtīgus cīpslās, kas muskuļus savieno ar kauliem, un tāpēc tiem jābūt spēj paciest lielu spēku, nesalaužoties, vienlaikus piedāvājot ļoti daudz elastība.

Slimībā, ko sauc par osteogenesis imperfecta, vai nu I tipa kolagēns netiek ražots pietiekamā daudzumā, vai sintezētā kolagēna sastāvs ir nepilnīgs. Tā rezultātā rodas kaulu vājums un pārkāpumi saistaudos, kas izraisa dažādas pakāpes fizisko novājēšanu (dažos gadījumos tas var būt letāls).

Arī II tipa kolagēns veido šķiedras, taču tās nav tik labi organizētas kā I tipa kolagēna šķiedras. Tie galvenokārt atrodas skrimšļos. II tipa fibrilas, nevis glīti paralēlas, bieži tiek sakārtotas vairāk vai mazāk sajauktā veidā. To atļauj fakts, ka skrimšļi, kaut arī tie ir galvenie II tipa kolagēna mājokļi, galvenokārt ir izgatavoti no matricas, kas sastāv no proteoglikāniem. Tie sastāv no molekulām, ko sauc par glikozaminoglikāniem, kas ietīti ap cilindrisku olbaltumvielu kodolu. Visa vienošanās padara skrimšļus saspiežamus un "atsperīgus", kas ir labi piemēroti skrimšļa galvenajam darbam, lai mazinātu trieciena spriedzi locītavās, piemēram, ceļos un elkoņos.

Tiek uzskatīts, ka skrimšļa veidošanās traucējumus, kas ietekmē skeletu, kas pazīstami kā hondrodisplāzijas, izraisa DNS gēna mutācija, kas kodē II tipa kolagēna molekulu.

III tipa kolagēna galvenā loma ir retikulāro šķiedru veidošanās. Šīs šķiedras ir ļoti šauras, un to diametrs ir tikai aptuveni 0,5 līdz 2 miljonās metrdaļas. No III tipa kolagēna izgatavotās kolagēna fibrilas ir vairāk sazarotas, nevis orientētas paralēli.

Retikulārās šķiedras ir daudz atrodamas mieloīdu (kaulu smadzenēs) un limfoīdos audos, kur tās kalpo kā sastatnes specializētajām šūnām, kas iesaistītas jaunu asins šūnu veidošanā. Tos izgatavo vai nu fibroblasti, vai retikulāras šūnas, atkarībā no to atrašanās vietas. Tos var atšķirt no I tipa kolagēna pēc tā, kā tie parādās pēc krāsošanas ar noteiktām ķīmiskām krāsvielām.

Vienu no apmēram 10 slimības apakštipiem, ko sauc par Ehlera-Danlosa sindromu un kas var izraisīt nāvējošu asinsvadu plīsumu, izraisa mutācija gēnā, kas kodē III tipa kolagēnu.

Kā norādīts, IV tipa kolagēns ir galvenā bazālās membrānas sastāvdaļa. Tas ir organizēts plašos sazarojuma tīklos. Šim kolagēna veidam nav tā sauktā aksiālā periodiskuma, kas nozīmē, ka visā garumā tam nav raksturīga atkārtojoša modeļa un tas vispār neveido šķiedras. Tādēļ šāda veida kolagēnu var uzskatīt par visvairāk nejaušo no galvenajiem kolagēna veidiem. IV tipa kolagēns veido lielu daļu no pamatmembrānas trim slāņiem, ko sauc par lamina densa ("biezu slāni"). Abpus lamina densa ir lamina lucida un lamina fibroreticularis. Pēdējais slānis satur dažus III tipa kolagēnus retikulāru šķiedru veidā, kā arī VI tipa kolagēnu, kas ir retāk sastopams.