Vrste kolagenih vlaken

Vezno tkivo tvori strukturno oporo živih bitij, zlasti vretenčarjev. Tkiva, ki ustrezajo tej definiciji, služijo različnim funkcijam v telesu, gradniki mnogih od teh vezivnih tkiv pa so kolagena vlakna. Kolagen je beljakovina - v resnici je to najbogatejša beljakovina, ki jo najdemo v naravi. Zato ne bi smelo biti presenetljivo, da je bilo od leta 2018 identificiranih približno 40 podtipov.

Niso vse vrste kolagena oblikovane v vlakna, sestavljena iz fibrilov (ki so same sestavljene iz skupin trojčkov posameznih molekule kolagena), vendar so v tem pogosto vidne tri od petih glavnih vrst kolagena - označene z I, II, III, IV in V aranžma. Kolagen ima prednost, da se upira razteznim ali nateznim silam. Zaradi same razširjenosti kolagena v telesu so motnje, ki vplivajo na njegovo sintezo ali biološko proizvodnjo, številne in so lahko hude.

Pravilno vezivno tkivo, kar v grobem pomeni "vse, kar ni kost, kar bi lahko večina ljudi prepoznati kot vezivno tkivo "vključuje ohlapno vezivno tkivo, gosto vezivno tkivo in maščobno tkivo tkiva. Druge vrste vezivnega tkiva vključujejo kri in krvotvorno tkivo, limfoidno tkivo, hrustanec in kosti.

Kolagen je oblika ohlapnega vezivnega tkiva. Ta vrsta tkiva vključuje vlakna, mleto snov, kletne membrane in vrsto prosto obstoječih (npr. Krožijo v krvi) celic vezivnega tkiva. Poleg vlaken kolagena vrsta vlaken v ohlapnem vezivnem tkivu vključuje mrežasta vlakna in elastična vlakna. Kolagena ne najdemo v mleti snovi, je pa sestavni del nekaterih kletnih membran, ki so vmesnik med samim vezivnim tkivom in katerim koli tkivom, ki ga podpira.

Kot smo že omenili, je kolagen vrsta beljakovin, beljakovine pa so sestavljene iz aminokislin. Kratke dolžine aminokislin imenujemo peptidi, medtem ko so polipeptidi daljši, vendar nimajo polnopravnih funkcionalnih beljakovin.

Kot vsi proteini tudi kolagen nastaja na površinah ribosomov znotraj celic. Ti uporabljajo navodila iz ribonukleinske kisline (RNA) za izdelavo dolgih polipeptidov, imenovanih prokolagen. Ta snov je na različne načine spremenjena v endoplazemskem retikulumu celic. Nekaterim aminokislinam se dodajo molekule sladkorja, hidroksilne skupine in sulfid-sulfidne vezi. Vsaka molekula kolagena, namenjena kolagenskim vlaknom, je skupaj z dvema molekulama navita v trojno vijačnico, kar ji daje strukturno stabilnost. Preden kolagen lahko popolnoma dozori, se njegovi konci odrežejo, da tvorijo beljakovino, imenovano tropokolagen, kar je preprosto drugo ime kolagena.

Čeprav je bilo ugotovljenih več kot tri deset različnih vrst kolagena, je le majhen del teh fiziološko pomemben. Prvih pet vrst, ki uporabljajo rimske številke I, II, III, IV in V, je pretežno najpogostejših v telesu. Dejansko je 90 odstotkov vsega kolagena sestavljeno iz tipa I.

Kolagen tipa I (včasih imenovan tudi kolagen I; ta shema seveda velja za vse vrste) tvori kolagenska vlakna in ga najdemo v koži, kitah, notranjih organih in organskem (to je nemineralnem) delu kosti. Tip II je glavna sestavina hrustanca. Tip III je glavna sestavina mrežastih vlaken, kar je nekoliko zmedeno, saj se ta ne štejejo za "kolagena vlakna", kot so vlakna iz tipa I; vrste I in III pogosto vidimo skupaj v tkivih. Tip IV najdemo v kletnih membranah, tip V pa v laseh in na površinah celic.

Ker je kolagen tipa I tako razširjen, ga je enostavno izolirati iz okoliških tkiv in je bil prva vrsta kolagena, ki je bila formalno opisana. Beljakovinska molekula tipa I je sestavljena iz treh manjših molekularnih komponent, od katerih sta dve znani kot verigi α1 (I) in ena od njih se imenuje veriga α2 (I). Ti so razporejeni v obliki dolge trojne vijačnice. Te trojne vijake so nato zložene ena ob drugo, da tvorijo fibrile, ki so nato združene v polnopravna kolagenska vlakna. Hierarhija od najmanjše do največje v kolagenu je torej α-veriga, molekula kolagena, fibrila in vlakna.

Ta vlakna se lahko precej raztegnejo, ne da bi se zlomila. Zaradi tega so izjemno dragocene v kitah, ki mišice povezujejo s kostmi, zato jih morajo biti sposoben prenašati veliko sile, ne da bi se zlomil, hkrati pa še vedno ponuja veliko prilagodljivost.

Pri bolezni, imenovani osteogenesis imperfecta, bodisi kolagen tipa I ni narejen v zadostnih količinah bodisi je sintetizirani kolagen v svoji sestavi okvarjen. Posledica tega je oslabelost kosti in nepravilnosti v vezivnem tkivu, kar vodi do različnih stopenj fizične oslabelosti (v nekaterih primerih je lahko usodna).

Kolagen tipa II prav tako tvori vlakna, vendar ta niso tako dobro organizirana kot kolagena vlakna tipa I. Najdemo jih predvsem v hrustancu. Vlakna tipa II, namesto da bi bila vzporedna, so pogosto nameščena v bolj ali manj zmešnjavi. To omogoča dejstvo, da je hrustanec, čeprav je glavni dom kolagena tipa II, večinoma izdelan iz matriksa, sestavljenega iz proteoglikanov. Te sestavljajo molekule, imenovane glikozaminoglikani, oviti okoli valjastega beljakovinskega jedra. Celotna ureditev naredi hrustanec stisljiv in "vzmeten", lastnosti, ki so zelo primerne za glavno nalogo hrustanca pri blaženju udarnega stresa na sklepih, kot so kolena in komolci.

Motnje tvorbe hrustanca, ki vplivajo na okostje, znane kot hondrodisplazije, naj bi bile posledica mutacije gena v DNA, ki kodira molekulo kolagena tipa II.

Glavna vloga kolagena tipa III je tvorba mrežastih vlaken. Ta vlakna so zelo ozka in imajo premer le približno 0,5 do 2 milijoninki metra. Kolagenske fibrile iz kolagena tipa III so bolj razvejane kot vzporedne.

Retikularna vlakna so v izobilju v mieloidnem (kostnem mozgu) in limfoidnih tkivih, kjer služijo kot oder za specializirane celice, ki sodelujejo pri ustvarjanju novih krvnih celic. Izdelajo jih bodisi fibroblasti bodisi mrežaste celice, odvisno od njihove lokacije. Ločimo jih lahko od kolagena tipa I glede na to, kako so videti po obarvanju z nekaterimi kemičnimi barvili.

Enega od desetih podvrst bolezni, imenovanega Ehlers-Danlosov sindrom, ki lahko vodi do smrtnega zloma krvnih žil, povzroča mutacija gena, ki kodira kolagen tipa III.

Kot smo že omenili, je kolagen tipa IV glavni sestavni del bazalne membrane. Organiziran je v obsežne razvejane mreže. Ta vrsta kolagena nima tako imenovane aksialne periodičnosti, kar pomeni, da po svoji dolžini nima značilnega ponavljajočega se vzorca in sploh ne tvori vlaken. To vrsto kolagena bi zato lahko obravnavali kot najbolj naključno od glavnih vrst kolagena. Kolagen tipa IV tvori večino najbolj notranje od treh plasti bazalne membrane, imenovane lamina densa ("debela plast"). Na obeh straneh lamina densa sta lamina lucida in lamina fibroreticularis. Slednja plast vsebuje nekaj kolagena tipa III v obliki mrežastih vlaken, pa tudi kolagen tipa VI, ki je manj pogost.