Kollagén - biológia
Kollagén (Előzetes szakasz Tropokollagén; nemzetközivé vált jelölés Kollázsok; Az utolsó szótag hangsúlyozása) egy strukturális fehérje, amely csak a többsejtű állatoknál (beleértve az embereket is) fordul elő, elsősorban a kötőszövetben (pontosabban: az extracelluláris mátrixban). Az emberi testben a kollagén a leggyakoribb fehérje, az összes fehérje össztömegének több mint 30% -a. A kötőszövet (csontok, fogak, porcok, inak, szalagok) és a bőr alapvető szerves összetevője. A kollagén a nevét kapta (görögül: Ragasztó létrehozása) eredetileg annak köszönhető, hogy korábban csontragasztóként használták a famegmunkálás során. Ez a zselatin előállításának fő alapanyaga.
A kollagén egyedi, hosszú kollagén molekulákból (fehérje láncokból) áll, amelyek balkezes spirált alkotnak (hasonlóan a poliprolin II spirálhoz). Ezek közül a hélixek közül hármat egy jobb oldali szuperhélixbe rendeznek, amelyeket hidrogénkötések stabilizálnak egymással. Ami a szembetűnő a kollagén elsődleges szerkezetében (aminosav-szekvenciájában), hogy minden harmadik aminosav glicin. A kollagén fehérje családban gyakran ismétlődő szekvencia motívum a glicin-prolin-hidroxi-prolin.
A kollagén rostok hatalmas szakítószilárdsággal bírnak, és alig nyújthatók. A szoros tekercselés döntő fontosságú a kollagén rostok nagy szakítószilárdsága szempontjából: képesek elnyelni a saját súlyuk tízezerszeres húzóerejét.
A köznyelvben az I. típusú kollagént a „kollagénnel” egyenértékűnek tekintik. Mennyiségét tekintve az I. típusú kollagén a legfontosabb kollagén a szervezetben, és a legismertebb zselatinként történő felhasználása miatt vannak olyan kollagének, amelyek szerkezetileg eltérnek az I. típusú kollagéntől, és más fontos biológiai funkciókat látnak el. A zselatin az I., II. És/vagy III. Típusú fibrilláris kollagén denaturált formája, amelyet főleg vágóhídi hulladékokból nyernek. Itt kell megjegyezni, hogy a II. Típusú kollagén elsősorban a porcokban fordul elő, az I. és III. Típusú kollagén keverékei inakból, szalagokból és a bőrből származnak.
Építkezés
Kollagén molekula
A kollagén polipeptidláncait külön-külön szintetizálják a durva endoplazmatikus retikulum riboszómái. Kollagénmolekulaként vagy Tropokollagén csak az extracelluláris mátrix (ECM) hármas helikális molekuláira utalunk. Közös bennük, hogy három polipeptidláncból állnak. Mindegyikük balkezes kollagén hélixben (α lánc) található, és a jellegzetes jobbkezes hármas spirál (lásd a jobb oldali képet), szuperhélix vagy tekercs tekercs formájában van feltekerve. Minden egyes kollagén hélix 600-3000 aminosavból állhat, a kollagén típusától függően, és nagy doménekkel rendelkezik, amelyek ismétlődő (ismétlődő) G-X-Y szekvenciákból állnak:
Így minden harmadik helyzetben van egy glicin (G)-Pihenés. A glicin, mint a legkisebb aminosav, nagyon szoros fordulataival tökéletesen illeszkedik a hármas spirálba. A prolin aminosav gyakran megtalálható az X helyzetben. Merev gyűrűszerkezetének köszönhetően a prolin itt a sarkaként működik a polipeptidláncban, és támogatja a szoros fordulatok kialakulását a hármas spirálon belül. A 4-hidroxiprolin főleg az Y pozícióban helyezkedik el, és a szomszédos polipeptidláncok közötti hidrogénkötések révén stabilizálja a hármas spirált. A glicin, prolin és hidroxi-prolin használata korlátozza a polipeptidlánc forgását, és lehetővé teszi a szoros térbeli viszonyokat a hármas spirálban.
| Elsődleges szerkezet (= szekvencia) | Polipeptidláncok ismétlődő G-X-Y szekvenciákkal |
| Másodlagos szerkezet | balkezes kollagén hélixek (α-láncok) |
| Harmadlagos szerkezet | jobbkezes hármas spirál 3 polipeptidláncból |
| Kvaterner szerkezet | Kollagénszálak, kollagénhálózatok és még sok más. |
A hidroxilizin jelenléte a hidroxiprolin mellett szintén jellemző a kollagénre. A hidroxilizin képezi az előfeltételét a kovalens keresztkötések kialakulásának, amelyekkel az egyes hármas hélixek térben rögzíthetők a kollagén fibrillákon belül.
Kollagénszálak
A fibrillákban a szomszédos kollagénmolekulák nem egy síkban helyezkednek el, hanem 67 nm-rel, azaz hosszuk körülbelül ötödével térnek el egymástól. Ennek az elrendezésnek az a következménye, hogy keresztmetszetű csíkok láthatók a fémekkel kontrasztos kollagénszálak elektronmikroszkóp képein. Létrejön egy jellegzetes sávképződés, amelyet 67 nm-enként (234 aminosav) ismételnek meg, és D periódusnak nevezik. Ez az a-láncokat négy homológ D1-D4 régióra osztja. A D-egységben megjelenő sávokat a-e jelöli. A kollagénfibrillák rendezett polimerek, amelyek sok mikrométer hosszúak lehetnek az érett szövetekben. Gyakran nagyobb, kábelszerű kötegekbe, a kollagénrostokba csoportosulnak. Az inakban az I. típusú fibril átmérője 50–500 nm, a bőrben 40–100 nm, a szaruhártyában (a szem szaruhártyájában) 25 nm. A kollagén fibrillogenezisét gyakran kis leucinban gazdag proteoglikánok szabályozzák, így a megfelelő szövetekben Meghatározott átmérőjű és meghatározott elrendezésű fibrillák keletkezhetnek.
A szerkezet felderítése
A kollagén hármas spirál jelenlegi képe, az aminosavmaradékok és ezek hidrogénkötéseinek térbeli elrendezése nagyrészt az indiai tudósok, G. N. Ramachandran és Gopinath Kartha (1954) röntgenkristálytani munkáján alapul.
Az egykori müncheni Max Planck Protein- és Bőrkutató Intézet (amelyet 1956-ban alapítottak a kötőszövet tisztázására a bőripar támogatásával) alapvető információkat szolgáltatott (az I. típusú kollagén teljes elsődleges szerkezete, valamint a IV. És VI. Típusú makrostruktúrák) 1966-tól. Klaus Kühn vezetője (miután az intézetet áthelyezték a martinsriedi Max Planck Biokémiai Intézetbe). [1]
bioszintézis
Az I. típusú kollagént többek között speciális sejtek (fibroblasztok, miofibroblasztok és oszteoblasztok) szintetizálják.
Az egyes kollagén polipeptidláncok a durva endoplazmatikus retikulumon keletkeznek (transzláció), és az endoplazmatikus retikulum lumenjébe kerülnek. Nagyobb prekurzor molekulák, a pro-a-láncok formájában vannak, amelyek N- és C-terminális propeptidekkel vannak ellátva. Az endoplazmatikus retikulumban OH-csoportok kapcsolódnak az egyes prolin- és lizinmaradványokhoz a már kialakult vagy már kialakult polipeptidláncokból (hidroxilezés). A hármas spirál kialakulását a C-terminális propeptidek közötti diszulfidkötések képződése indítja el. Három pro-α lánc hidrogénkötések útján háromszálú hélix molekulát, a prokollagént képezi. Végül néhány lizinmaradék általában glikozilezett. A fibrilláris kollagének ebben a formában szabadulnak fel a sejtből. A molekulák felszabadulása az extracelluláris térbe exocitózis útján történik szekréciós vezikulák segítségével, amelyekben a glikozil komponensek látszólag részt vesznek. Közvetlenül a sejtből történő felszabadulás után a propeptideket prokollagén peptidázok segítségével szétválasztják. A kollagén molekulát ebben a fázisban tropokollagénnek nevezik. Ezután az egyes tropokollagén molekulák összegyűlve kollagén fibrillákat képeznek (fibrillogenezis).
Hidroxilezés
Az aszkorbinsav (C-vitamin) fontos kofaktor a prolin aminosavak hidroxi-prolinná történő hidroxilezésében a prolil-hidroxiláz enzim és a lizin hidroxilizinné a lizil-hidroxiláz enzim révén. A hidroxiprolin feladata, hogy a szomszédos kollagén polipeptidláncok közötti hidrogénkötések révén megerősítse a hármas spirált egy kollagénmolekulán belül. A hidroxilizint a kollagén molekulák közötti kovalens keresztkötések rögzítésére használják. Ha nincs hidroxilezés, csak olyan sérült kollagénmolekulák képződnek, amelyek nem képesek ellátni strukturális fehérjéként betöltött funkciójukat. Itt kell megjegyezni, hogy az aszkorbinsavhiányos betegség skorbutjának szinte minden tünete a kollagén hibás bioszintézisére vezethető vissza.
Rostosodás
A további lépésekben kollagénszálak képződnek. Miután az egyes hármas helikális kollagén molekulákat hosszúságuk ötöde ellensúlyozta, kovalens keresztkötések zajlanak le a közeli hidroxilizin maradványokon keresztül, amelyek véglegesen rögzítik a térbeli elrendezést. Sok ilyen kollagén rost képez végül kollagén rostokat.
Kollagén típusok
A kollagének több alcsoportra vannak felosztva.
Az I. típusú kollagén, a fibrilláris kollagén, a leggyakoribb típusú kollagén, amely a bőrben, az inakban, a fasciákban, a csontokban, az erekben, a belső szervekben és a dentinben fordul elő, míg a II. Típusú kollagén szerkezeti fehérjeként funkcionál a hyalin porcokban. A III. Típusú kollagén az erek falában, a belső szervekben, a bőrben és a szaruhártyában található. A IV és V típusú kollagén az alapréteg alkotóeleme.
Jelenleg 28 különböző típusú kollagén (I-XXVIII típus) és legalább tíz másik kollagén-szerű doménnel rendelkező fehérje ismert.
Az alábbiakban felsoroljuk a kollagén család néhány tagját.
| Fibrilláris kollagének | I., II., III., V. és XI. Típusú kollagének |
| Hálózatképző kollagének | IV. Típusú kollagének (az alapmembrán lamina densa), VIII. És X |
| Fibrillel társult kollagének (FACIT) | IX, XII, XIV, XXII típusú kollagének |
| Gyöngysor kollagének | VI típusú kollagén |
| Horgonyzó fibrillák | VII-es típusú kollagén |
| Transzmembrán doménekkel rendelkező kollagének | XIII, XVII, XXIII és XXV típusú kollagének |
A (XVIII) kollagén hasítási terméke az endosztatin, amelynek molekulatömege 20 kDa.
Az I. típusú kollagén szerkezete
Az I. típusú kollagén esetében a három kollagén polipeptidlánc az a-lánc, [α1 (I) 2α2 (I)], amelyek egymás körül tekerve hármas spirált alkotnak. Az I. típusú kollagén α1 láncgén 50 exonból áll, amelyek több mint fele 54 bázispár (bp) hosszúságú, vagy ennek a hossznak a kétszer-háromszorosa. Kódolják a (G-X-Y) 6 szekvenciát vagy annak többszörösét.
használat
A kollagént főleg zselatin formájában használják, amelyet marhahús, sertéshéj, valamint szarvasmarha és sertés csontjainak hasadásából nyernek.
Táplálkozási és takarmány-alapanyagok
Németországban évente körülbelül 32 000 t ehető minőségű zselatint állítanak elő, a teljes európai termelés 120 000 t (70% sertéshéj, 18% csont, 10% marhahús hasított, 2% egyéb) [2] Körülbelül 90 000 t használnak Németországban, 2/3-mal Az élelmiszer-ágazat az állati takarmány-ágazat fennmaradó részének mintegy felét adja. [3]
Pharma
Körülbelül 15 000 tonnát dolgoznak fel a vegyiparban és a gyógyszeriparban. A gyógyszeripar fő alkalmazási területei a tabletták és vitaminkészítmények (kemény és lágy kapszulák), valamint a zselatin kúpok. A zselatint vérzéscsillapító szivacsokhoz és vérplazma helyettesítőként is használják.
Kozmetikumok
A kollagént hosszú évek óta a kozmetikumok hatóanyagaként is használják, ahol elsősorban a bőr öregedésének csökkentésére szolgál, az Öregedésgátló, szolgál. Ma a kollagén termékeket a kozmetikumokban krémek formájában használják. Az ehhez használt kollagént többnyire sertésbőrből nyerik ki.
technológia
Az analóg fotózásnál a zselatin képezi a film és a fotópapír fényérzékeny rétegeinek alapját. A színes képek nyomtatására szolgáló modern nyomtatópapírok szintén zselatinnal vannak bevonva. [3]