Види колагенових волокон

Сполучна тканина утворює структурну підтримку живих істот, особливо хребетних. Тканини, що відповідають цьому визначенню, виконують різноманітні функції в організмі, а будівельними елементами багатьох із цих сполучних тканин є колагенові волокна. Колаген - це білок - насправді це найбагатший білок, що зустрічається в природі. Тому не дивно, що станом на 2018 рік було виявлено близько 40 підтипів.

Не всі типи колагену утворюються у волокна, що складаються з фібрил (які самі складаються з груп триплетів окремих молекули колагену), але три з п'яти основних типів колагену - позначені I, II, III, IV та V - часто зустрічаються в цьому домовленість. Колаген має вигідну рису протистояти силам розтягування або розтягу. Через велику поширеність колагену в організмі розлади, що впливають на його синтез або біологічне виробництво, численні і можуть бути серйозними.

Власна сполучна тканина, що приблизно означає "все, що не є кісткою", що може спричинити більшість людей розпізнавати як сполучну тканину, "включає пухку сполучну тканину, щільну сполучну тканину і жирову тканина. Інші типи сполучної тканини включають кров і кровотворну тканину, лімфоїдну тканину, хрящі та кістки.

Колаген - це форма пухкої сполучної тканини. Цей тип тканини включає волокна, подрібнену речовину, базальні мембрани та різноманітні вільно існуючі (наприклад, циркулюючі в крові) клітини сполучної тканини. Крім волокон колагену, волокнистий тип пухкої сполучної тканини включає ретикулярні волокна та еластичні волокна. Колаген не міститься в меленій речовині, але він є компонентом певних базальних мембран, які є інтерфейсом між самою сполучною тканиною і будь-якою тканиною, яку вона підтримує.

Як зазначалося, колаген - це тип білка, а білки складаються з амінокислот. Невеликі амінокислоти називаються пептидами, тоді як поліпептиди довші, але не мають повноцінних функціональних білків.

Як і всі білки, колаген утворюється на поверхнях рибосом всередині клітин. Вони використовують інструкції рибонуклеїнової кислоти (РНК) для отримання довгих поліпептидів, званих проколагеном. Ця речовина різними способами модифікується в ендоплазматичній сітці клітин. До деяких амінокислот додаються молекули цукру, гідроксильні групи та сульфідно-сульфідні зв’язки. Кожна молекула колагену, призначена для колагенового волокна, намотується в потрійну спіраль разом з двома іншими молекулами, надаючи їй структурної стійкості. Перш ніж колаген може повністю дозріти, його кінці обрізають, утворюючи білок, який називається тропоколаген, що є просто іншою назвою колагену.

Хоча було виявлено понад три десятки різних видів колагену, лише незначна їх частина є фізіологічно значущими. Перші п’ять типів, що використовують римські цифри I, II, III, IV і V, в переважній більшості є найбільш поширеними в організмі. Насправді 90 відсотків всього колагену складається з типу I.

Колаген типу I (іноді його називають колаген I; ця схема, звичайно, застосовується до всіх типів), складає колагенові волокна і міститься в шкірі, сухожиллях, внутрішніх органах та органічній (це немінеральній) частині кістки. Тип II є основною складовою частиною хряща. Тип III є основним компонентом ретикулярних волокон, що дещо заплутано, оскільки вони не вважаються "колагеновими волокнами", як волокна, виготовлені з типу I; типи I і III часто спостерігаються разом у тканинах. Тип IV міститься в підвальних мембранах, тоді як тип V спостерігається у волоссі та на поверхнях клітин.

Оскільки колаген типу I настільки поширений, його легко виділити з навколишніх тканин, і це був перший тип колагену, який був офіційно описаний. Молекула білка I типу складається з трьох менших молекулярних компонентів, два з яких відомі як ланцюги α1 (I), а один з них називається ланцюгом α2 (I). Вони розташовані у формі довгої потрійної спіралі. Ці потрійні спіралі, у свою чергу, складаються один біля одного, утворюючи фібрили, які, в свою чергу, об’єднуються у повноцінні колагенові волокна. Отже, ієрархія від найменшої до найбільшої в колагені - це α-ланцюг, молекула колагену, фібрила та клітковина.

Ці волокна здатні значно розтягуватися, не руйнуючись. Це робить їх надзвичайно цінними в сухожиллях, які з’єднують м’язи з кістками і, отже, мають бути здатний терпіти велику силу, не зламавшись, при цьому пропонуючи багато гнучкість.

При хворобі, яка називається остеогенез імперфекта, або колаген I типу не виробляється в достатній кількості, або синтезований колаген є дефектним у своєму складі. Це призводить до слабкості кісток та порушення в сполучній тканині, що призводить до різного ступеня фізичної слабкості (у деяких випадках це може призвести до летального результату).

Колаген типу II також утворює волокна, але вони не так добре організовані, як колагенові волокна I типу. Вони містяться головним чином у хрящах. Фібрили типу II, замість того, щоб бути акуратно паралельними, часто розташовуються в більш-менш незрозумілій ситуації. Це забезпечується тим фактом, що хрящ, будучи основним будинком колагену II типу, в основному складається з матриксу, що складається з протеогліканів. Вони складаються з молекул, які називаються глікозаміногліканами, обмотаними навколо циліндричного білкового ядра. Уся композиція робить хрящ стисливим і «пружинистим», якісно підходять для основної роботи хряща - пом’якшення удару під час навантаження на суглоби, такі як коліна та лікті.

Вважається, що порушення формування хряща, що впливають на скелет, відомі як хондродисплазії, викликані мутацією гена в ДНК, який кодується з молекулою колагену типу II.

Основна роль колагену III типу - це утворення ретикулярних волокон. Ці волокна дуже вузькі, їх діаметр становить лише приблизно 0,5-2 мільйонні частки метра. Колагенові фібрили, виготовлені з колагену III типу, більш розгалужені, ніж паралельні за орієнтацією.

Ретикулярні волокна знаходяться в достатку в мієлоїдних (кістковому мозку) та лімфоїдних тканинах, де вони служать лісом для спеціалізованих клітин, що беруть участь у генерації нових клітин крові. Вони виготовляються або фібробластами, або ретикулярними клітинами, залежно від їх розташування. Їх можна відрізнити від колагену I типу на основі того, як вони з’являються після фарбування певними хімічними барвниками.

Один із 10-ти підтипів захворювання, який називається синдромом Елерса-Данлоса, який може призвести до фатального розриву судин, спричинений мутацією гена, кодує колаген типу III.

Як зазначалося, колаген типу IV є основним компонентом базальної мембрани. Він організований у розгалужені розгалужені мережі. Цей тип колагену не має так званої осьової періодичності, а це означає, що по своїй довжині він не має характерного повторюваного малюнка і зовсім не утворює волокон. Тому цей тип колагену можна розглядати як найбільш випадковий з основних типів колагену. Колаген типу IV складає більшу частину внутрішнього з трьох шарів базальної мембрани, що називається lamina densa ("товстий шар"). По обидва боки денної пластинки є пластинка lucida і пластинка fibroreticularis. Останній шар містить деякий колаген типу III у формі ретикулярних волокон, а також колаген типу VI, рідше зустрічається тип.