ประเภทของเส้นใยคอลลาเจน

เนื้อเยื่อเกี่ยวพันเป็นตัวรองรับโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะสัตว์มีกระดูกสันหลัง เนื้อเยื่อที่ตรงตามคำจำกัดความนี้ทำหน้าที่หลากหลายทั่วร่างกาย และส่วนประกอบสำคัญของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเหล่านี้คือเส้นใยคอลลาเจน คอลลาเจนเป็นโปรตีน – อันที่จริงมันเป็นโปรตีนที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดที่พบในธรรมชาติ ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่มีการระบุประเภทย่อยประมาณ 40 ชนิดในปี 2018

คอลลาเจนบางชนิดไม่ได้ถูกสร้างเป็นเส้นใยที่ประกอบด้วยเส้นใย (ซึ่งตัวมันเองประกอบด้วยกลุ่มของแฝดสามของแต่ละคน โมเลกุลของคอลลาเจน) แต่คอลลาเจนหลัก 3 ใน 5 ชนิด ได้แก่ I, II, III, IV และ V มักพบเห็นในสิ่งนี้ การจัด คอลลาเจนมีคุณสมบัติในการต้านทานการยืดตัวหรือแรงดึง เนื่องจากความชุกของคอลลาเจนในร่างกาย ความผิดปกติที่ส่งผลต่อการสังเคราะห์หรือการผลิตทางชีวภาพจึงมีมากมายและอาจรุนแรงได้

เนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่เหมาะสม ซึ่งแปลว่า "อะไรก็ตามที่ไม่ใช่กระดูกที่คนส่วนใหญ่อาจ จำแนกเป็นเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน” รวมถึงเนื้อเยื่อเกี่ยวพันหลวม เนื้อเยื่อเกี่ยวพันหนาแน่น และไขมัน เนื้อเยื่อ. เนื้อเยื่อเกี่ยวพันประเภทอื่นๆ ได้แก่ เลือดและเนื้อเยื่อสร้างเลือด เนื้อเยื่อน้ำเหลือง กระดูกอ่อน และกระดูก

คอลลาเจนเป็นรูปแบบของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันหลวม เนื้อเยื่อประเภทนี้รวมถึงเส้นใย สารพื้น เยื่อหุ้มชั้นใต้ดิน และเซลล์เนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่มีอยู่อย่างอิสระ (เช่น หมุนเวียนในเลือด) ที่หลากหลาย นอกจากเส้นใยคอลลาเจนแล้ว ประเภทเส้นใยของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่หลวมยังรวมถึงเส้นใยไขว้กันเหมือนแหและเส้นใยยืดหยุ่น คอลลาเจนไม่พบในสารที่เป็นพื้นดิน แต่เป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มชั้นใต้ดินบางชนิด ซึ่งเป็นส่วนเชื่อมต่อระหว่างเนื้อเยื่อเกี่ยวพันกับเนื้อเยื่อใดๆ ที่มันรองรับ

ตามที่ระบุไว้ คอลลาเจนเป็นโปรตีนชนิดหนึ่ง และโปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโน ความยาวสั้นของกรดอะมิโนเรียกว่าเปปไทด์ในขณะที่โพลีเปปไทด์นั้นยาวกว่า แต่สั้นกว่าการเป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่เต็มรูปแบบ

เช่นเดียวกับโปรตีนทั้งหมด คอลลาเจนถูกสร้างขึ้นบนผิวของไรโบโซมภายในเซลล์ ใช้คำแนะนำจากกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) เพื่อสร้างพอลิเปปไทด์แบบยาวที่เรียกว่าโปรคอลลาเจน สารนี้ถูกดัดแปลงในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมของเซลล์ในรูปแบบต่างๆ โมเลกุลน้ำตาล กลุ่มไฮดรอกซิล และพันธะซัลไฟด์-ซัลไฟด์ถูกเติมลงในกรดอะมิโนบางชนิด โมเลกุลคอลลาเจนแต่ละโมเลกุลที่ถูกกำหนดให้เป็นเส้นใยคอลลาเจนจะพันกันเป็นเกลียวสามชั้นพร้อมกับโมเลกุลอื่นอีก 2 โมเลกุล ทำให้เกิดความเสถียรทางโครงสร้าง ก่อนที่คอลลาเจนจะเติบโตเต็มที่ ปลายของคอลลาเจนจะถูกตัดแต่งเพื่อสร้างโปรตีนที่เรียกว่าโทรโปคอลลาเจน ซึ่งเป็นอีกชื่อหนึ่งของคอลลาเจน

แม้ว่าจะมีการระบุชนิดของคอลลาเจนที่แตกต่างกันมากกว่าสามโหล แต่ก็มีส่วนเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่มีนัยสำคัญทางสรีรวิทยา ห้าประเภทแรกโดยใช้เลขโรมัน I, II, III, IV และ V เป็นตัวเลขที่พบได้บ่อยที่สุดในร่างกาย อันที่จริง 90 เปอร์เซ็นต์ของคอลลาเจนทั้งหมดประกอบด้วย Type I

คอลลาเจน Type I (บางครั้งเรียกว่าคอลลาเจน I; แผนการนี้ใช้ได้กับทุกประเภท) ประกอบขึ้นเป็นเส้นใยคอลลาเจน และพบได้ในผิวหนัง เส้นเอ็น อวัยวะภายใน และส่วนอินทรีย์ (ซึ่งไม่ใช่แร่ธาตุ) ของกระดูก Type II เป็นองค์ประกอบหลักของกระดูกอ่อน Type III เป็นองค์ประกอบหลักของเส้นใยไขว้กันเหมือนแห ซึ่งค่อนข้างสับสนเนื่องจากไม่ถือว่าเป็น "เส้นใยคอลลาเจน" เหมือนเส้นใยที่ทำจากประเภทที่ 1 ประเภท I และ III มักพบเห็นร่วมกันในเนื้อเยื่อ Type IV พบในเยื่อหุ้มชั้นใต้ดิน ในขณะที่ Type V พบได้ในเส้นผมและบนพื้นผิวของเซลล์

เนื่องจากคอลลาเจนชนิดที่ 1 แพร่หลายมาก จึงสามารถแยกออกจากเนื้อเยื่อรอบข้างได้ง่าย และเป็นคอลลาเจนชนิดแรกที่มีการอธิบายอย่างเป็นทางการ โมเลกุลโปรตีนประเภท I ประกอบด้วยส่วนประกอบโมเลกุลที่เล็กกว่าสามส่วน ซึ่งสององค์ประกอบเรียกว่าสาย α1(I) และหนึ่งในนั้นเรียกว่าสายโซ่ α2(I) เหล่านี้จัดเรียงเป็นเกลียวสามอันยาว ในทางกลับกัน เกลียวสามเส้นเหล่านี้จะเรียงซ้อนกันเพื่อสร้างเส้นใย ซึ่งจะรวมเป็นเส้นใยคอลลาเจนที่เต็มเปี่ยม ลำดับชั้นจากเล็กที่สุดไปหาใหญ่ที่สุดในคอลลาเจนจึงเป็น α-chain โมเลกุลคอลลาเจน ไฟบริล และไฟเบอร์

เส้นใยเหล่านี้สามารถยืดออกได้มากโดยไม่แตกหัก ทำให้มีคุณค่าอย่างมากในเส้นเอ็นที่เชื่อมกล้ามเนื้อกับกระดูก ดังนั้นจึงต้อง สามารถทนต่อแรงได้มากโดยไม่หักในขณะที่ยังให้กำลังมาก ความยืดหยุ่น

ในโรคที่เรียกว่า osteogenesis imperfecta คอลลาเจนประเภทที่ 1 ไม่ได้ผลิตขึ้นในปริมาณที่เพียงพอ หรือคอลลาเจนที่สังเคราะห์ขึ้นมีข้อบกพร่องในองค์ประกอบ ส่งผลให้เกิดความอ่อนแอของกระดูกและความผิดปกติในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน ซึ่งนำไปสู่ความบกพร่องทางร่างกายในระดับต่างๆ (ในบางกรณีอาจถึงแก่ชีวิต)

คอลลาเจนประเภท II ยังสร้างเส้นใยด้วย แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้จัดได้ดีเท่ากับเส้นใยคอลลาเจนประเภทที่ 1 เหล่านี้พบมากในกระดูกอ่อน เส้นใยในประเภท II แทนที่จะขนานกันอย่างเรียบร้อย มักถูกจัดเรียงในลักษณะที่ยุ่งเหยิงไม่มากก็น้อย สิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากระดูกอ่อนในขณะที่เป็นแหล่งสำคัญของคอลลาเจนประเภท II นั้นส่วนใหญ่ทำจากเมทริกซ์ที่ประกอบด้วยโปรตีโอไกลแคน เหล่านี้ประกอบด้วยโมเลกุลที่เรียกว่าไกลโคซามิโนไกลแคนที่พันรอบแกนโปรตีนทรงกระบอก การจัดเรียงทั้งหมดทำให้กระดูกอ่อนบีบอัดได้และมีลักษณะ "สปริง" ซึ่งเหมาะสำหรับงานหลักของกระดูกอ่อนในการรองรับแรงกระแทกที่ข้อต่อ เช่น หัวเข่าและข้อศอก

ความผิดปกติของการสร้างกระดูกอ่อนที่ส่งผลต่อโครงกระดูกที่เรียกว่า chondrodysplasias นั้นคิดว่าเกิดจากการกลายพันธุ์ของยีนใน DNA ซึ่งเข้ารหัสด้วยโมเลกุลคอลลาเจนชนิดที่ 2

บทบาทหลักของคอลลาเจนประเภทที่สามคือการก่อตัวของเส้นใยไขว้กันเหมือนแห เส้นใยเหล่านี้แคบมาก โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 0.5 ถึง 2 ในล้านของหนึ่งเมตร เส้นใยคอลลาเจนที่ทำจากคอลลาเจนชนิดที่ 3 จะแตกแขนงออกมากกว่าแนวขนาน

เส้นใยไขว้กันเหมือนแหพบมากในไมอีลอยด์ (ไขกระดูก) และเนื้อเยื่อน้ำเหลือง ซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสำหรับเซลล์เฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการสร้างเซลล์เม็ดเลือดใหม่ พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยไฟโบรบลาสต์หรือเซลล์ไขว้กันเหมือนแห ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของพวกมัน พวกเขาสามารถแยกความแตกต่างจากคอลลาเจนประเภทที่ 1 ได้โดยพิจารณาจากลักษณะที่ปรากฏหลังจากถูกย้อมด้วยสีย้อมเคมีบางชนิด

หนึ่งใน 10 ชนิดย่อยของโรคที่เรียกว่า Ehlers-Danlos syndrome ซึ่งสามารถนำไปสู่การแตกของหลอดเลือดได้อย่างรุนแรง เกิดจากการกลายพันธุ์ในยีนที่กำหนดรหัสสำหรับคอลลาเจนชนิดที่ 3

คอลลาเจน Type IV เป็นส่วนประกอบหลักของเยื่อหุ้มชั้นใต้ดินตามที่ระบุไว้ มันถูกจัดเป็นเครือข่ายการแตกแขนงที่กว้างขวาง คอลลาเจนชนิดนี้ไม่มีสิ่งที่เรียกว่า axial periodicity ซึ่งหมายความว่าตลอดความยาวของคอลลาเจน จะไม่มีรูปแบบการทำซ้ำ และไม่ก่อให้เกิดเส้นใยเลย คอลลาเจนชนิดนี้จึงอาจถูกมองว่าเป็นสิ่งที่จับต้องได้มากที่สุดในบรรดาคอลลาเจนประเภทหลัก คอลลาเจนชนิดที่ 4 สร้างจากชั้นในสุดของเยื่อหุ้มชั้นใต้ดิน 3 ชั้น เรียกว่า ลามินาเดนซา ("ชั้นหนา") ด้านใดด้านหนึ่งของแผ่นลามินาเดนซาคือแผ่นลามินาลูซิดาและแผ่นลามินาไฟโบเรติคูลาริส ชั้นหลังประกอบด้วยคอลลาเจนชนิดที่สามในรูปแบบของเส้นใยไขว้กันเหมือนแหและคอลลาเจนชนิดที่ VI ซึ่งเป็นชนิดที่ไม่ค่อยพบบ่อย