Collageen- fibrillair eiwit dat de basis vormt van het bindweefsel van het lichaam (pezen, botten, dermis, enz.) en zorgt voor de sterkte en elasticiteit ervan. Het is het hoofdbestanddeel van bindweefsel en het meest voorkomende eiwit bij zoogdieren; het vormt 35% van het lichaamseiwit en 70% van het huideiwit in het menselijk lichaam. Dit is de reden waarom het uiterlijk van onze huid zo afhankelijk is van de hoeveelheid collageen in het lichaam. Het bestaan van variëteiten van vezelig bindweefsel: los en dicht (gevormd en ongevormd) wordt grotendeels verklaard door de aanwezigheid van allerlei combinaties van verschillende soorten collageen, waarvan de moleculen worden gecodeerd door bijna twintig genen.
Functies uitgevoerd door het ‘eiwit van de jeugd’
Dankzij collageenspiralen werken de weefsels van het menselijk lichaam. Ze zijn duurzaam en niet gemakkelijk uit te rekken. Bovendien heeft dit eiwit een aantal functies, zonder welke het moeilijk is om de vitale activiteit van de dermis voor te stellen:
- Beschermend. Beschermt de dermis tegen mechanische schade.
- Regenererend. Herstelt de structuur in de cellen.
- Steun. Lijmt de structuren van orgaanvormen aan elkaar Plastic. Maakt de huid stevig en elastisch.
- Antitumor. Voorkomt de ontwikkeling van verschillende neoplasmata.
- Vernieuwend. Activeert celvernieuwingsprocessen.
Collageensynthese
Collageensynthese is een complex enzymatisch meerfasig proces dat moet worden voorzien van voldoende vitamines en mineralen. De synthese vindt plaats in de fibroblast en in een aantal stadia buiten de fibroblast. Een belangrijk punt in de synthese is de hydroxyleringsreactie, die de weg opent voor verdere modificaties die nodig zijn voor de rijping van collageen. Specifieke enzymen katalyseren (versnellen) hydroxyleringsreacties. De vorming van 4-hydroxyproline wordt dus gekatalyseerd door prolinehydroxylase, waarvan het actieve centrum ijzer bevat. Het enzym is actief wanneer ijzer zich in de tweewaardige vorm bevindt, die wordt geleverd door ascorbinezuur (vitamine C). Een tekort aan ascorbinezuur verstoort het hydroxylatieproces, wat verdere stadia van de collageensynthese beïnvloedt: glycosylatie, splitsing van N- en C-terminale peptiden, enz. Als resultaat wordt abnormaal collageen gesynthetiseerd, dat losser is. Deze veranderingen liggen ten grondslag aan de ontwikkeling van scheurbuik. Collageen en elastine vormen een soort ‘basis’ van de huid, die verslapping voorkomt en de elasticiteit en stevigheid ervan garandeert. Elastine als eiwit stopt met de productie van menselijke enzymen op de leeftijd van 14 jaar, en collageen op de leeftijd van 21-25 jaar, waarna de huid niet herstelt en de huid veroudert.
Collageen wordt gewoonlijk verdeeld in 4 groepen, afhankelijk van de structuur. .
1. Fibrilair collageen
Fibrillar collagenen omvatten collagenen van de typen I, II, III, V en XI. De meest voorkomende zijn collageen I (het hoofdbestanddeel van de huid, ligamenten, pezen, botten, evenals de sclera en het hoornvlies van het oog) en collageen II, dat het raamwerk vormt van de kraakbeenweefselmatrix.
In weefsel is collageen aanwezig in de vorm van microfibrillen met een diameter van 3-5 nm, die bestaan uit 5 macromoleculen tropocollageen, parallel gelegen met een verschuiving ten opzichte van elkaar over ongeveer de helft van de lengte van het molecuul.
2. Reticulair collageen
Reticulaire collagenen omvatten collageen type IV, dat het ondersteunende netwerk van basismembranen vormt. Vier lange en flexibele collageen-IV-moleculen zijn antiparallel met elkaar verbonden en vormen een netwerkstructuur.
3. Filamenteus collageen
Type VI collageenmoleculen zijn gegroepeerd in tetrameren die dicht bij elkaar liggen. Er wordt gedacht dat dergelijke structuren, die in veel weefsels worden aangetroffen, grote fibrillen van type I-collageen bekleden.
4. Fibril-geassocieerde collagenen
Typen IX, XII, XIV collageen vormen niet hun eigen structuren, maar versieren het oppervlak van fibrillaire collagenen, waardoor de interactie van collageen met andere componenten van de matrix wordt gewaarborgd. Dergelijke collagenen bestaan uit verschillende spiraalvormige domeinen, gescheiden door bolvormige domeinen.
Niet alle soorten collageen vallen onder de bovenstaande classificatie, bijvoorbeeld microfibrillair collageen VII. Van veel van de niet-onderzochte collageensoorten is alleen de DNA-sequentie bekend en de structuur onbekend.
Ruim 90% van al het collageen in hogere organismen is collageentype I, II, III en IV.
Verdeling van de dikte van collageenvezels in weefsels
De dikteverdeling van collageenvezels is een van de belangrijkste factoren die de mechanische eigenschappen van weefsels bepalen.
De weerstand tegen plastische vervorming bij buiging en torsie houdt dus rechtstreeks verband met het aandeel fibrillen, d.w.z. vezels met een kleine diameter, wat wordt verklaard door de significante interactie van fibrillen met andere componenten van de matrix. Tegelijkertijd zijn fibrillen met een grote diameter in staat hoge trekbelastingen te weerstaan, wat gepaard gaat met een toename van het aantal intermoleculaire verknopingen. Fibrillen, waarvan de assen in de richting van de uitgeoefende belasting liggen, zorgen voor verlenging en treksterkte van het weefsel. Dienovereenkomstig verschilt de oriëntatie van de fibrillen ten opzichte van elkaar in verschillende weefsels. In ligamenten bevinden zich bijvoorbeeld fibrillen langs de lengteas; in de huid en het hoornvlies worden collageenlagen waargenomen met dezelfde oriëntatie van fibrillen binnen de laag.
Voor de vorming van collageenvezels met voldoende sterkte is de aanwezigheid van een systeem van intra- en intermoleculaire verknopingen noodzakelijk. Pas nadat de vorming van deze covalente bindingen is voltooid, wordt stabilisatie van collageenstructuren bereikt.
De vorming van verknopingen vindt op twee manieren plaats: enzymatisch en niet-enzymatisch (glycatie).
1. Enzymatisch mechanisme
In deze route worden in de eerste fase, in aanwezigheid van een koperhoudend enzym, de terminale residuen van de aminozuren lysine en hydroxylysine geoxideerd tot een aldehydegroep (allysyl). Deze groepen gaan vervolgens condensatiereacties aan met de ongemodificeerde aminogroep van lysine of hydroxylysine, resulterend in de vorming van onrijpe reduceerbare (dat wil zeggen dubbele bindingen bevattende) bifunctionele verknopingen die worden aangetroffen in het bindweefsel van jonge dieren. De gedetailleerde chemische structuur en verdere modificaties van deze verknopingen worden bepaald door het type weefsel. Zo worden volwassen en onherstelbare verknopingen in de huid gevormd. Na de vorming van volwassen verknopingen wordt collageen onoplosbaar in water en zuren.
2. Niet-enzymatische glycatie
De snelheid van hermodellering van collageenvezels in het lichaam is erg laag. De halfwaardetijd van collageen wordt geschat op meer dan 100 jaar en glycatie speelt een sleutelrol bij pathogenese en veroudering. Een volledige beschrijving van alle chemische reacties die leiden tot geavanceerde glycatie-eindproducten (AGE's) ontbreekt momenteel.
Ik zou willen opmerken dat bij blootstelling aan UV-straling, die de vorming van vrije zuurstofradicalen in gang zet, de concentratie van AGE’s toeneemt. De ophoping van AGE’s schaadt de eigenschappen van bindweefsel aanzienlijk.
In collageenhoudende weefsels met de leeftijd manifesteert dit zich als een afname van het watergehalte, een toename van de stijfheid en verlies van elasticiteit en een toename van de kwetsbaarheid. De neiging tot waterverlies in de huid tijdens veroudering kan ook toenemen als gevolg van de vernietiging van proteoglycanen, waarvan de polysacharidecomponenten uitzonderlijke wateradsorptie-eigenschappen hebben. Het resultaat van al deze fysieke en chemische veranderingen is een disfunctie van bindweefsel. Bij een stijging van de bloedsuikerspiegel, een kenmerkend symptoom van diabetes, wordt bijvoorbeeld een versnelde progressie van de glycatie waargenomen met alle gevolgen van dien.
Het verlies van ‘jeugdeiwit’ wordt niet alleen beïnvloed door de leeftijd, maar ook door factoren zoals:
- te actieve gezichtsuitdrukkingen;
- slechte gewoonten (roken, alcohol);
- neuropsychologische stoornissen (depressie, stress);
- onevenwichtig dieet;
- langdurige blootstelling van de huid aan direct zonlicht;
- negatieve toestand van het milieu;
Deze redenen vertragen niet alleen de productie van natuurlijk collageen, maar hebben ook niet het beste effect op de kwaliteit ervan.
Soorten en bronnen van collageen
Cosmetica die ‘jeugdproteïne’ bevatten, helpen huidveroudering te voorkomen. In cosmetica worden drie soorten collageen gebruikt: dierlijk, maritiem en plantaardig.
Dierlijk collageen- het goedkoopste type collageen en daarom het meest voorkomend. Het wordt gebruikt in goedkope cosmetica (minder vaak in duurdere). Dit type eiwit is afkomstig van de bovenste laag van veehuiden. Het heeft kenmerken: deze soort verschilt qua samenstelling van de menselijke soort, waardoor hij niet goed doordringt in de cellen van de dermis of eenvoudigweg allergieën kan veroorzaken. Met de juiste verwerking kan zelfs dergelijk collageen nuttige stoffen vasthouden, zoals polysachariden, hyaluronzuur en andere, maar hun hoeveelheid is minimaal.
Zeecollageen om een voor de hand liggende reden ook wel “vis” genoemd (gemaakt van de huid van zeevis). Het heeft qua structuur een zeer nauwe structuur met het eiwit dat in het menselijk lichaam wordt geproduceerd, daarom is het niet in staat verslaving te veroorzaken, dringt het perfect door in de cellen en, belangrijker nog, bevordert het de productie van collageen door het lichaam. Maar ook hier zijn er nuances: productie is alleen mogelijk bij lage temperaturen, wat de taak bemoeilijkt. Dit type is minder allergisch dan het vorige, maar individuele intolerantie is mogelijk.
Plantaardig collageen- dit is niet bepaald collageen, het wordt geproduceerd uit tarweproteïnen, desondanks bevat het collageenbevattende stoffen die de huid aantasten, waardoor de stevigheid en elasticiteit ervan verbeteren. Eiwit, verkregen uit tarwe of andere planten, is rijk aan vitamines, mineralen en andere elementen, hypoallergeen, maar helaas is de productie van dit type extreem duur. Daarom lijken de prijzen voor producten met plantaardig collageen ongelooflijk hoog.
Cosmetologen adviseren de aanschaf van cosmetica met plantaardige en mariene eiwitten, omdat de eerste op de oppervlaktelaag werkt en de tweede in de diepe lagen van de epidermis. U hoeft zich niet te haasten om dergelijke fondsen te gebruiken. Maskers met collageen moeten vanaf 25-30 jaar worden gebruikt, en crèmes en meer geconcentreerde preparaten (serums) - niet eerder dan 35 jaar.
Collageen is opgenomen in cosmetische producten voor:
- Vorming van een luchtdoorlatende, vochtvasthoudende laag op het huidoppervlak, die weekmakende (gladmakende) eigenschappen heeft, met de eigenschappen van een nat kompres;
- Verlenging van de werking van extracten, oliën, enz. in cosmetische samenstellingen;
- Geeft glans aan het haar en creëert een collageen (beschermende) laag op het haaroppervlak.
In de cosmetologie worden verschillende soorten collageen gebruikt, maar zoals reeds vermeld wordt dierlijk collageen het vaakst gebruikt:
- Extern gebruik. Inbegrepen in anti-verouderingsgels, crèmes, maskers. Er moet rekening mee worden gehouden dat grote moleculen niet in het stratum corneum kunnen doordringen, waardoor microscheurtjes tijdelijk kunnen worden opgevuld. De werking komt vooral voort uit het feit dat collageen hygroscopisch is, maar aangezien deze werking slechts oppervlakkig is, kan deze niet extreem effectief genoemd worden. Het nadeel is dat collageen een film vormt en voorkomt dat vloeistof de poriën verlaat; dit effect kan worden vergeleken met het ‘bevochtigen’ van je handen met latexhandschoenen. Als de samenstelling andere nuttige stoffen bevat, bijvoorbeeld micro-elementen, vitamines, zal een positief effect worden waargenomen.
- In de vorm van fillers, ook wel fillers genoemd, worden ze gebruikt voor injecties, contouren, mesotherapie (samen met hyaluronzuur) en worden ze geproduceerd op basis van menselijk collageen (of rundercollageen) in de vorm van gels. Stimuleert de aanmaak van uw eigen collageen. Hydratatie en het effect ervan verschijnen letterlijk onmiddellijk en worden binnen 6-12 maanden waargenomen (in zeldzame gevallen iets meer dan deze periode)
- In voedingssupplementen in verschillende soorten en vormen van afgifte (capsules, poeders, enz.).
Het wordt ook aanbevolen om collageenbevattende producten te consumeren, bijvoorbeeld: vlees, dierentong, lever, gelatinebevattende producten. Naast volle granen, groene appels die ijzer bevatten, eiwitten (rijk aan zwavel), rode groenten. Zwarte bessen, kiwi's en citrusvruchten bevatten vitamine C, dat helpt bij de productie van collageen.
Conclusie: Een gezonde levensstijl, een uitgebalanceerd dieet, goed geselecteerde cosmetica en de noodzakelijke salonprocedures zullen helpen de jeugd van de huid te verlengen en te behouden, het uiterlijk te verbeteren, deze stevig en elastisch te maken.
Lijst met gebruikte literatuur:
1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B0%D0%B3%D0%B5%D0%BD
2. “Collageen is het belangrijkste eiwit van bindweefsel”, auteur N. Ignatieva, Candidate of Chemical Sciences, Journal of Aesthetic Medicine, Volume IV nr. 3, 2005.
http://skindows.ru/kosmetologiya/morshhiny/kollagen.html
Collageen (van het Griekse Kolla - lijm, genen - bevalling) verenigt een groep verwante fibrillaire eiwitten van bindweefsel, die 25 - 33% van alle eiwitten in het lichaam uitmaken. Collagenen zijn de belangrijkste glycoproteïnen van de huid, pezen, kraakbeen, ligamenten, botten, tanden en bloedvaten.
Collageen is de basis van collageenvezels, die worden verzameld in bundels van verschillende dikte en een enkele maasstructuur in het bindweefsel vormen. Collageenvezels bestaan uit kleine fibrillen die een hoge mechanische sterkte hebben en vrijwel niet uitrekken. Ze ondersteunen de specifieke structuur van organen en weefsels tijdens de ontwikkeling en het functioneren van het lichaam.
Natuurlijk collageen is resistent tegen proteolytische enzymen, zuren en alkaliën. Koolhydraatresten op het oppervlak van de fibrillen beschermen collageen tegen de werking van proteasen, waardoor het slecht door het lichaam wordt opgenomen. Collageen is onoplosbaar in water, zoutoplossingen, organische oplosmiddelen en zwakke oplossingen van zuren en alkaliën, aangezien 70% van de aminozuren in de samenstelling hydrofoob zijn. Collageen kan zwellen en de massa neemt 1,5 tot 2 keer toe. Een hoge hydratatie van een eiwitmolecuul gaat gepaard met de aanwezigheid van een aanzienlijk aantal zijpolaire groepen in de structuur ervan.
Mechanische eigenschappen van collageen geassocieerd met zijn primaire en ruimtelijke structuren. Een bijzonderheid van de chemische samenstelling is dat elk derde aminozuur in collageen glycine is, 1/3 proline en hydroxyprolineresten, 1% hydroxylysine, 10% alanine, de rest zijn andere aminozuren. Het mist cysteïne en tryptofaan; histidine, methionine en tyrosine zijn in kleine hoeveelheden aanwezig. Collageen is het enige eiwit dat hydroxyproline bevat. Eiwitpeptideketens zijn opgebouwd uit een “triplet”, waarin een van de aminozuren glycine is.
De X- en Y-posities kunnen elk aminozuur bevatten, meestal X-proline, B-hydroxyproline of hydroxylysine. Deze aminozuurgroepen worden vele malen herhaald in de keten. Een eiwitmolecuul bevat ongeveer 1000 aminozuurresiduen. Elke ketting vormt een gedraaide spiraal. Er zijn meer dan 20 soorten αlanzygiven geïdentificeerd, die verschillen in aminozuursequentie. De toonhoogte van één winding van de helix bestaat uit minder dan 3 aminozuurresiduen, in plaats van 3,6 per winding, zoals bij de meeste eiwitten. De nauwe pakking van de helix is te wijten aan de aanwezigheid van glycine. Proline vormt geen waterstofbruggen, dus de helix van de collageenpeptideketen wordt gestabiliseerd door sterische afstoting van de pyrrolidineringen in prolineresiduen. Dankzij proline verschijnen er bochten in de polypeptideketen, die de structuur van de helix stabiliseren. De afstand tussen aminozuren langs de as van de helix neemt toe, deze wordt meer ontvouwen dan de α-helix van bolvormige eiwitten.
Collageenmoleculen bestaan uit drie polypeptide α-lansen, die een drievoudige rechtshandige helix van tropocollageen vormen. Collagenen kunnen drie identieke of verschillende ketens bevatten. Alle drie de spiralen zijn om elkaar heen gedraaid en vormen een dichte bundel34).
De tertiaire structuur van collageen wordt in stand gehouden door waterstofbruggen die ontstaan tussen de amino- en carboxylgroepen van verschillende peptideketens (C = O HN) en waterstofbruggen binnen elk polypeptide (Fig. 35).
Alle drie de ketens in het collageenmolecuul bevinden zich parallel - aan de ene kant bevinden zich Nkinets, aan de andere kant - Skinets, alle radicalen van hydrofobe aminozuren bevinden zich naar buiten.
Proline en hydroxyproline beperken de rotatie van de polypeptideketen en verhogen de stabiliteit van de drievoudige helix. Glycine, dat een waterstofatoom heeft in plaats van een radicaal, bevindt zich altijd op het kruispunt van de ketens, waardoor ze goed op elkaar aansluiten.
Van nature is collageen een glycoproteïne dat monosaccharide- (galactosyl) en disacharide- (galactosglucosyl) residuen bevat die verbonden zijn met oxylysine. Door de aggregatie van tropocollageenmoleculen in de longitudinale en transversale richtingen wordt de quaternaire structuur van collageen gevormd: microfibrillen, waaruit dikkere fibrillen worden gevormd, en daaruit vezels en vezelbundels. Collageenmoleculen worden tot fibrillen gevormd door covalente bindingen gevormd door oxylysineresiduen.
Momenteel zijn er 28 soorten collageen beschreven, die van elkaar verschillen qua primaire structuur, mate van modificatie - hydroxylatie of glycosylatie, functies en lokalisatie in het lichaam. Collagenen zijn onderverdeeld in verschillende klassen, afhankelijk van hun rol in weefsel: fibrilvormende, fibril-geassocieerde, zeefvormende, microfibril, fibril-verankerde, transmembraandomeinen en andere. Ongeveer 95% van het collageen in het menselijk lichaam wordt vertegenwoordigd door type III, dat sterke fibrillen vormt en de belangrijkste structurele componenten zijn van pezen, kraakbeen, bloedvaten en andere, en ook deelnemen aan de vorming van het stroma van parenchymale organen. In één weefsel kan het ene of het andere type collageen de overhand hebben. In individuele organen worden verschillende soorten collageen aangetroffen (Tabel 7).
De samenstelling van collageen in individuele organen kan veranderen tijdens ontogenese of als gevolg van ziekte.
Er zijn twee soorten collageenketens, α1- en α2-ketens, en vier varianten van de α1-keten: α1 (I), α1 (II), α1 (III) en α1 (IV). Om de structuur van elk type collageen aan te duiden, worden de volgende notaties gebruikt: het type collageen wordt geschreven met Romeinse cijfers tussen haakjes, αlants worden aangegeven met Arabische cijfers. Collagenen van type II en III worden bijvoorbeeld gevormd door identieke αlanzygamen, hun formules zijn respectievelijk [α1 (II)] 3 en [α1 (III)] 3; Typen I en IV collagenen zijn heterotrimeren, gevormd door twee verschillende soorten αlanzygives. Hun formules zijn respectievelijk [α1 (I)] 2α2 (I) en [α1 (IV)] 2α2 (IV). De index buiten de haakjes geeft het aantal identieke αlancs aan. Het meest voorkomende type I collageen.
Collageensynthese
Collageensynthese vindt plaats in cellen, voornamelijk in bindweefselfibroblasten, vanwaar het wordt uitgescheiden in de extracellulaire ruimte.
Er zijn intracellulaire en extracellulaire stadia van de biosynthese van collageen, die de volgende fasen bevatten:
— uitzending;
— post-translationele modificatie van peptideketens:
— hydroxylering van proline en lysine;
— gedeeltelijke proteolyse — splitsing van het signaalpeptide
- glycosylering van hydroxylysine;
— vorming van SS-bindingen in het uiteindelijke propeptide;
— vorming van een drievoudige helix;
— transmembraanoverdracht;
- extracellulaire modificaties - splitsing van N- en Scintsev-propeptide;
- vorming van collageenfibrillen:
— oxidatieve deaminering van lysine- en oxylysineresiduen;
— vorming van verknopingen tussen collageenmoleculen;
- vorming van collageenvezels.
1. Synthese van preprocolagen. De synthese van polypeptidevoorlopers – collageenprolancinen – vindt plaats op polyribosomen die geassocieerd zijn met de membranen van het endoplasmatisch reticulum (ER). Op de Nkinci van de collageenvoorloper bevindt zich een hydrofoob “signaal” peptide van 100 aminozuren. Het is ontworpen om gesynthetiseerde peptideketens naar de ER-holte te leiden. Collageen proαlanzyg bevat extra N- en Skintsevi-propeptide, bestaande uit respectievelijk 100 en 250 aminozuren.
De samenstelling van propeptideC omvat cysteïneresiduen, die interne en intermediaire SS-bindingen vormen. De terminale propeptiden nemen niet deel aan de vorming van de drievoudige helix, maar vormen bolvormige domeinen. De afwezigheid van N- en Skints-peptiden in de structuur van proαlanzyug verstoort de correcte vorming van de drievoudige helix.
Post-translationele modificaties van collageen
A. Hydroxylering van proline- en lysineresiduen
vindt gelijktijdig plaats met de collageensynthese en gaat door gedurende de gehele translatie tot aan de scheiding van de polypeptideketen van de ribosomen
wij37). De reactie wordt gekatalyseerd door microsomale oxygenasen, respectievelijk prolyl4hydroxylase en lysyl5hydroxylase. De reactie omvat: moleculaire zuurstof, α-ketoglutaraat en ascorbinezuur.
Eén zuurstofatoom wordt gebruikt voor de hydroxylering van proline- en lysineresiduen, het tweede wordt "opgenomen" in de carboxylgroep van succinaat, wat het gevolg is van decarboxylering van α-ketoglutaraat. De cofactor van prolyl4hydroxylase en lysyl5hydroxylase is Fe++. Ascorbinezuur, dat reducerende eigenschappen heeft, houdt ijzeratomen in een tweewaardige toestand (ferovorm) en handhaaft daardoor de enzymactiviteit). De geoxideerde vorm van vitamine C – dehydroascorbinezuur – wordt opnieuw gereduceerd door glutathion:
Na de vorming van de drievoudige helix stopt de hydroxylering van proline- en lysineresiduen. Hydroxylering van prolineresiduen is belangrijk voor de daaropvolgende vorming van een stabiele drievoudige helix van collageen als gevolg van waterstofbruggen gevormd door de OH-groep van hydroxyproline. Gehydroxyleerde en niet-gehydroxyleerde lysineresiduen zijn betrokken bij de vorming van covalente bindingen tussen collageenmoleculen tijdens de vorming van collageenfibrillen.
B. Glycosylering van hydroxylysine. De procollageenketen dringt, met behulp van het N-kin-signaalpeptide, door het membraan de ER-holte binnen. Nadat het zijn functie heeft vervuld, wordt het signaalpeptide afgesplitst. In de ER-holte worden hydroxylysineresiduen in de collageenprolanen geglycosyleerd met de deelname van specifieke glycosyltransferasen.
Galactose en het disaccharide galactosylglucose vormen covalente glycosidische bindingen met de SO-groepen van hydroxylysineresiduen38).
Het aantal koolhydraatresiduen in het molecuul hangt af van het type weefsel; hun rol is niet vastgesteld. Zij kunnen verantwoordelijk zijn voor de mechanische eigenschappen van collageen. De glycosylering van collageen-proαlanzygives is voltooid na de vorming van de drievoudige helix.
Synthese en uitscheiding van procollageen. Na modificatie wordt elke proαlanjug waterstofgebonden aan twee andere proαlanzyugs, waardoor een drievoudige procollageenhelix wordt gevormd. De uiteindelijke propeptiden spelen een belangrijke rol bij de juiste oriëntatie van de ketens. De helixisatie van procollageenfilamenten begint na de vorming van disulfidebruggen tussen de ketens tussen de Skintsevima-propeptideketens als gevolg van de SH-groep van cysteïne. Dit proces begint in het lumen van het ER, vanwaar procollageenmoleculen naar het Golgi-apparaat gaan, worden opgenomen in secretoire korrels en worden vrijgegeven in de intercellulaire ruimte.
Synthese van tropocollageen (oplosbaar collageen). In de intercellulaire ruimte worden, onder invloed van specifieke amino- en carboxypeptidasen, de uiteindelijke propeptiden gesplitst van procollageen (collageentypes I, II en III), wat resulteert in de vorming van tropocollageen - een structurele eenheid van collageenfibrillen36). In collagenen die niet deelnemen aan de vorming van fibrillen (IV, VIII, X) wordt het uiteindelijke propeptide NIET afgesplitst. Dergelijke collagenen vormen een netwerkachtige structuur, waarbij de uiteindelijke N- en Speptiden een belangrijke rol spelen.
5. De vorming van collageenfibrillen vindt spontaan plaats, door zelfassemblage. De rijen tropocollageenmoleculen in fibrillen zijn parallel gerangschikt en ¼ ten opzichte van elkaar verschoven. Op een rij worden de moleculen met de uiteinden tegen elkaar geplaatst, maar de uiteinden zijn niet met elkaar verbonden; er zitten gaten van 35-40 nm tussen.
Deze fibrilstructuur is kwetsbaar ("onrijp collageen"), de sterkte ervan wordt verleend door interne en intermediaire covalente verknopingen gevormd tussen lysine- of hydroxylysineresiduen met de deelname van Cu-bevattende flavoproteïnen - lysyloxidase. Oxidatieve deaminatie van εaminogroepen vindt plaats in lysine- en hydroxylysineresiduen met de vorming van aldehydegroepen (allysine en hydroxyallysine). Deze groepen nemen deel aan de vorming van covalente bindingen tussen zichzelf en andere lysine- en hydroxylysineresiduen van naburige tropocollageenmoleculen.
Talrijke gevormde verknopingen stabiliseren de fibrilstructuur en er wordt onoplosbaar collageen gevormd. Het aantal verknopingen in een eiwitmolecuul neemt toe met de leeftijd, wat het katabolisme ervan vertraagt. Sommige soorten collageen vormen geen fibrillen.
6. De vorming van collageenvezels vindt plaats door aggregatie van fibrillen36). Ze hebben een hoge mechanische sterkte en vormen een driedimensionaal gaas, dat is gevuld met andere stoffen van de intercellulaire matrix.
Collageenkatabolisme vindt langzaam plaats. Proteolytische enzymen in weefsels en het maag-darmkanaal breken het NIET af. Vernietiging van collageen wordt veroorzaakt door reactieve zuurstofsoorten en specifieke weefselcollagenasen. Het enzym wordt gesynthetiseerd door bindweefselcellen en heeft een hoge specificiteit). Collagenase “knipt” de drievoudige helix van collageen (3 ketens tegelijk) op een afstand van ¼ van Skints, tussen glycine- en leucine (isoleucine) residuen.
De gevormde fragmenten zijn in water oplosbaar; bij lichaamstemperatuur denatureren ze spontaan en worden ze toegankelijk voor de werking van cellulaire proteasen (cathepsines).
Regulatie van het collageenmetabolisme vindt plaats via verschillende mechanismen:
Negatieve feedback. Collageen en Npropeptiden remmen de vertaling van collageen.
Werking van activatoren en remmers:
ascorbinezuur stimuleert de synthese van collageen en proteoglycanen, de proliferatie van fibroblasten;
vitaminen PP, B6, Cu++-ionen dragen bij aan de “rijping” van collageen (vorming van interne en covalente verknopingen tussen ketens);
plasmine, kallikreïne, cathepsine B, Zn-ionen - activatoren van collagenase, d.w.z. bevordert de hydrolyse van collageen.
Hormonale regulatie:
- remt de collageensynthese op translatieniveau (verminder de hoeveelheid mRNA die codeert voor de structuur van procollageen);
- remt de post-translationele modificatie van procollageen (hydroxylatie van proline- en lysineresiduen) door de activiteit van prolyllysylhydroxylase te verminderen).
Geslachtshormonen:
- activeer de collageensynthese. Receptoren voor geslachtshormonen bevinden zich in het stroma van de geslachtsorganen, fibroblasten van andere organen en weefsels;
- Oestrogenen bevorderen de collageensynthese in de huid.
De collageensynthese neemt toe tijdens wondgenezing, levercirrose, atherosclerose, spierdystrofieën, waardoor een bindweefsellitteken wordt gevormd op de wondplaats, dode hepatocyten, vaatwandcellen en myocyten worden vervangen door bindweefsel waarin collageenfibrillen willekeurig zijn gelegen.
De snelheid van de collageenomzetting neemt af met de leeftijd. Bij jongeren is het intenser dan bij ouderen. Het aantal verknopingen in het collageen van ouderen is aanzienlijk hoger, waardoor de beschikbaarheid voor de werking van collagenase afneemt.
Stoornissen in het collageenmetabolisme (collagenose) treden op als gevolg van:
Genmutaties die leiden tot veranderingen in de oorspronkelijke structuur van de drievoudige helix of onjuiste vorming van collageenfibrillen;
Vermindering van post-translationele eiwitmodificaties als gevolg van verminderde enzymactiviteit:
Hydroxylering (proline, lysinehydroxylase);
Glycosylering (glycosyltransferasen);
Peptidase (Nprocolagenic en Sprocolagenic);
“rijping” van collageen (lysyloxidase);
Tekort aan vitamine C, B6, koper;
Infectieuze en allergische ziekten.
Kenmerkende manifestaties van collagenose zijn schade aan botten, gewrichten, ligamenten, kraakbeen, huid, bloedvaten en de ontwikkeling van myopathie. Verminderde collageensynthese is de oorzaak van ziekten zoals het Ehlers-Danlos-syndroom, de ziekte van Marfan, osteogenesis imperfecta, reuma, reumatoïde artritis, systemische lupus erythematosus, systemische sclerodermie en andere.
Tags: ,Helen Berman, Vileainur Ramachandran werkte aan de structuur van het collageenmonomeer.
Verschillende tegenstrijdige modellen (ondanks de bekende structuur van elke individuele peptideketen) maakten plaats voor de creatie van een ternair-helixmodel dat de quaternaire structuur van het collageenmolecuul verklaarde.
Eigenschappen
Collageen bestaat in verschillende vormen. De basisstructuur van alle soorten collageen is vergelijkbaar. Collageenvezels worden gevormd door aggregatie van microfibrillen; ze zijn roze als ze gekleurd zijn met hematoxyline en eosine en blauw of groen met verschillende trichrome vlekken; als ze geïmpregneerd zijn met zilver, worden ze bruingeel.
Fibrilaire structuur
Tropocollageen (structurele eenheden van collageen) verenigen zich spontaan en hechten zich aan elkaar aan uiteinden die op een bepaalde afstand zijn verplaatst, waardoor grotere structuren in de intercellulaire substantie worden gevormd. In fibrillaire collagenen worden de moleculen ongeveer 67 nm ten opzichte van elkaar verplaatst (een eenheid die wordt aangeduid met de letter "D" en varieert afhankelijk van de hydratatietoestand van de stof). Over het algemeen bevat elke D-periode vier hele en een deel van een vijfde collageenmolecuul. De waarde van 300 nm gedeeld door 67 nm (300:67) levert geen geheel getal op en de lengte van het collageenmolecuul wordt verdeeld in segmenten D die niet constant in grootte zijn. Dientengevolge, in de context van elke herhaling van de D-periode van de microfibril is er een deel dat uit vijf moleculen bestaat, genaamd “overlap”, en het deel dat uit vier moleculen bestaat, is de “opening”. Tropocollagenen zijn ook gerangschikt in een hexagonale of pseudo-hexagonale (in dwarsdoorsnede) structuur, in elk gebied van "overlap" en "opening".
Binnen tropocollageen bestaat er covalente binding tussen de ketens, evenals een variabele hoeveelheid van deze bindingen tussen de tropocollageenhelices zelf, waardoor goed georganiseerde structuren worden gevormd (bijvoorbeeld fibrillen). Dikkere bundels fibrillen worden gevormd door verschillende andere klassen eiwitten, waaronder andere soorten collagenen, glycoproteïnen en proteoglycanen, die worden gebruikt om verschillende soorten weefsels te vormen uit verschillende combinaties van dezelfde basische eiwitten. De onoplosbaarheid van collageen vormde een obstakel bij het bestuderen van het collageenmonomeer totdat ontdekt werd dat het mogelijk was om tropocollageen uit een jong dier te extraheren omdat het nog geen sterke bindingen met andere fibrilsubeenheden had gevormd. Verbeteringen in microscopen en röntgenapparatuur hebben het onderzoek echter eenvoudiger gemaakt en er zijn steeds gedetailleerdere beelden van de structuur van het collageenmolecuul beschikbaar gekomen. Deze late ontdekkingen zijn erg belangrijk voor een beter begrip van hoe de collageenstructuur de verbindingen tussen cellen en intercellulaire substantie beïnvloedt, hoe weefsels veranderen tijdens groei en regeneratie, hoe ze veranderen tijdens embryonale ontwikkeling en pathologie.
Collageenfibril is een semi-kristallijne structurele eenheid van collageen. Collageenvezels zijn bundels fibrillen.
Gebruik
Voedselindustrie
Vanuit voedingsoogpunt zijn collageen en gelatine eiwitten van lage kwaliteit, omdat ze niet alle essentiële aminozuren bevatten die mensen nodig hebben; het zijn onvolledige eiwitten. Fabrikanten van voedingssupplementen op basis van collageen beweren dat hun producten de kwaliteit van huid en nagels kunnen verbeteren, evenals de gezondheid van de gewrichten.
Relatief goedkope collageenhydrolysaten, die tegenwoordig vaak op de markt worden aangeboden onder het mom van een bron van vrije aminozuren, zijn niet altijd in staat om aan de menselijke behoefte aan vrije aminozuren te voldoen, omdat deze producten geen aminozuren bevatten die klaar zijn voor absorptie, maar alleen gedeeltelijk “verteerde” extracten van de gewrichtsweefsels van zoogdieren, vogels of zeebewoners. Collageenhydrolysaten zijn bijvoorbeeld vrijwel volledig verstoken van het aminozuur L-glutamine, dat niet bestand is tegen thermische effecten en langdurige opslag van grondstoffen; het grootste deel van de glutamine wordt al vernietigd in de eerste stadia van opslag en verwerking van grondstoffen. materialen; het kleine resterende residu valt bijna volledig uiteen tijdens thermische extractie van kraakbeenweefsel.
De hoogste kwaliteit aminozurenbronnen zijn preparaten die zogenaamde “vrije aminozuren” bevatten. Omdat vrije aminozuren vrijwel klaar zijn voor opname, hoeft het lichaam van de ontvangende persoon geen tijd, spijsverteringsenzymen en energie te verspillen aan het verteren ervan. Ze zijn in staat om in de kortst mogelijke tijd het bloed binnen te dringen, en doordat ze daardoor worden afgeleverd op plaatsen waar extra collageensynthese nodig is, worden ze onmiddellijk opgenomen in de vorming ervan.
Cosmetische hulpmiddelen
- Vorming van een luchtdoorlatende, vochtvasthoudende laag op het huidoppervlak, die weekmakende (gladmakende) eigenschappen heeft, met de eigenschappen van een nat kompres;
- Verlenging van de werking van extracten, oliën, enz. in cosmetische samenstellingen;
- Geeft glans aan het haar en creëert een collageen (beschermende) laag op het haaroppervlak.
Wetenschappelijk onderzoek
In 2005 konden wetenschappers collageen isoleren uit het bewaarde zachte weefsel van een Tyrannosaurus rex en de chemische samenstelling ervan gebruiken als verder bewijs van de relatie tussen dinosauriërs en moderne vogels.
Wetenschappelijk onderzoek in de geneeskunde
Collageensynthese is een complex enzymatisch meerfasig proces dat moet worden voorzien van voldoende vitamines en mineralen. De synthese vindt plaats in de fibroblast en in een aantal stadia buiten de fibroblast. Een belangrijk punt in de synthese is de hydroxyleringsreactie, die de weg opent voor verdere modificaties die nodig zijn voor de rijping van collageen. Specifieke enzymen katalyseren hydroxyleringsreacties. De vorming van 4-hydroxyproline wordt dus gekatalyseerd door prolinehydroxylase, waarvan het actieve centrum ijzer bevat. Het enzym is actief wanneer ijzer zich in de tweewaardige vorm bevindt, die wordt geleverd door ascorbinezuur (vitamine C). Een tekort aan ascorbinezuur verstoort het hydroxylatieproces, wat verdere stadia van de collageensynthese beïnvloedt - glycosylatie, splitsing van N- en C-terminale peptiden, enz. Als resultaat wordt abnormaal collageen gesynthetiseerd, dat losser is. Deze veranderingen liggen ten grondslag aan de ontwikkeling van scheurbuik.
Soorten collageen
Momenteel zijn er 28 soorten collageen beschreven, die worden gecodeerd door meer dan 40 genen. Ze verschillen van elkaar in aminozuursequentie, maar ook in de mate van modificatie: de intensiteit van hydroxylatie of glycosylatie. Gemeenschappelijk voor alle collagenen is het bestaan van 1 of meer domeinen die een drievoudige helix bevatten en hun aanwezigheid in de extracellulaire matrix. Ruim 90% van al het collageen in hogere organismen is collageentype I, II, III en IV.
Naast collageeneiwitten zijn er veel eiwitten die een domein bevatten met een drievoudige collageenhelix in hun structuur. En toch zijn ze niet gepositioneerd als collageen, maar alleen als “collageenachtig”. De grote groep collageenachtige eiwitten omvat complement-subcomponent C1q, C1q-achtige factor, adiponectine, colectinen en ficolines, acetylcholinestarase-terminale structuur, drie macrofaagreceptoren, ectodysplasine en EMILIN. Deze eiwitten spelen, net als collagenen, een structurele en regulerende rol.
Het eerste type collageen, het meest archetypische, is een trimeereiwit dat zich zonder onderbrekingen in drievoudige helices assembleert, zichzelf assembleert tot fibrillen en de grootste mechanische sterkte heeft. Ondertussen verschillen alle andere collagenen ervan in een of meer aspecten. Sommige collagenen hebben breuken in de drievoudige helix en assembleren niet noodzakelijkerwijs tot fibrillen.
| Collageen type | Genen | Moleculen | Organen | Geassocieerde ziekten |
|---|---|---|---|---|
| I | KOL1A1 KOL1A2 | α1(I) 2 α2(I), α1(I) 3 | Overal in zachte en harde weefsels, huid, botten | Ehlers-Danlos-syndroom, osteogenese, reuma, Marfan-syndroom, dysplasie |
| II | COL2A1 | α1(II) 3 + cm type XI | Kraakbeen, glasachtig lichaam, tussenwervelschijven | Collagenopathie typen II en XI, Stickler-syndroom, achondrogenese |
| III | KOL3A1 | α1(III) 3 | Zachte weefsels en holle organen | Ehlers-Danlos-syndroom, fibromusculaire dysplasie, aorta-aneurysma |
| IV | COL4A1 COL4A2 COL4A3 COL4A4 COL4A5 COL4A6 | α1(IV) 2 α2(IV), andere onduidelijk | Kelder membranen | Alport-syndroom, Goodpasture-syndroom |
| V | COL5A1 COL5A2 COL5A3 | α1(V) 2 α2(V), α1(V)α2(V)α3(V) + cm type XI | Zachte weefsels, placenta, bloedvaten, chorion | Ehlers-Danlos-syndroom |
| VI | COL6A1 COL6A2 COL6A3 COL6A4 COL6A5 COL6A6 | α1(VI)α2(VI)α3(VI) | Microfibrillen in zachte weefsels en kraakbeen | Ullrich-myopathie, Bethlem-myopathie, atopische dermatitis |
| VII | KOL7A1 | α1(VII) 3 | Aanhechtingsfibrillen in het huidligament en de epidermis | Epidermolyse bullosa |
| VIII | KOL8A1 KOL8A2 | α1(VIII)α2(VIII) | Hoornvlies, endotheel | Hoornvliesdystrofie |
| IX | COL9A1 COL9A2 COL9A3 | α1(IX)α2(IX)α3(IX) | Kraakbeen, glasvocht | Stickler-syndroom, artrose, epifysaire dysplasie |
| X | COL10A1 | α1(X) 3 | Hypertrofische zone van groeigebied | Metafysaire dysplasie van Schmid |
| XI | COL11A1 COL11A2 | α1(XI)α2(XI)α1(II), α1(XI)α2(V)α1(II) | Kraakbeen, glasachtig lichaam | Collagenopathie typen II en XI, osteoporose |
| XII | KOL12A1 | α1(XII) 3 | Zachte stoffen | Peesblessures |
| XIII | KOL13A1 | α1(XIII) 3 | Celoppervlak, epitheelcellen | |
| XIV | KOL14A1 | α1(IV) 3 | Zachte stoffen | |
| XV | KOL15A1 | α1(XV) 3 | Endotheel cellen | carcinoom |
| XVI | KOL16A1 | α1(XVI) 3 | Overal | |
| XVII | KOL17A1 | α1(XVII) 3 | Oppervlak van epidermale cellen | Epidermiolyse bullosa, pemphigus |
| XVIII | KOL18A1 | α1(XVIII) 3 | Endotheel cellen | |
| XIX | KOL19A1 | α1(XIX) 3 | Overal | Melanoom, carcinoom |
| XX | COL20A1 | α1(XX) 3 | Geïsoleerd van een kippenembryo | |
| XXI | COL21A1 | α1(XXI) 3 | Aderen | |
| XXII | COL22A1 | α1(XXII) 3 | Alleen op de spier-peesverbindingen | |
| XXIII | KOL23A1 | α1(XXIII) 3 | Tumorcellen | |
| XXIV | COL24A1 | α1(XXIV) 3 | Het vormen van botten | Osteochondrose |
| XXV | COL25A1 | α1(XXV) 3 | Atherosclerotische plaques | ziekte van Alzheimer |
| XXVI | COL26A1=EMID2 | α1(XXVI) 3 | Geslachtsdelen | |
| XXVII | KOL27A1 | α1(XXVII) 3 | Zachte stoffen | |
| XXVIII | KOL28A1 | α1(XXVIII) 3 | Zenuwstelsel |
Medische aspecten
Verstoringen in de collageensynthese liggen ten grondslag aan erfelijke ziekten zoals dermatosporaxis bij dieren, lathyrisme (gekenmerkt door gewrichtslaxiteit, gebruikelijke dislocaties), Ehlers-Danlos-syndroom (tot 14 soorten manifestaties), osteogenesis imperfecta (glass man-ziekte, congenitale rachitis, aangeboren fragiliteitsbeenderen ), de ziekte van Marfan.
Een kenmerkende manifestatie van deze ziekten is schade aan het ligamenteuze apparaat, het kraakbeen, het skeletstelsel en de aanwezigheid van hartklepdefecten.
Collageenziekten, waaronder de zogenaamde collagenosen, ontstaan om vele redenen. Dit kan te wijten zijn aan een mutatie in een gen die een verandering in de vorm van het collageenmolecuul veroorzaakt, of aan een fout in de post-translationele modificatie van collageen. Ziekten kunnen ook worden veroorzaakt door een tekort of “slecht functioneren” van enzymen die betrokken zijn bij de biosynthese van collageen - tekort aan hydroxylatie-enzymen (proline-, lysinehydroxylasen), glycosyltransferasen, N-procollageen- en C-procollageen-peptidasen, lysyloxidasen met daaropvolgende verstoring van kruisverbindingen. -links, tekort aan koper, vitamines AT 6,. Bij verworven ziekten zoals scheurbuik kan het herstellen van de enzymbalans naar normaal leiden tot volledige genezing.
Bijna elke genmutatie leidt tot een verlies of verandering in de functies van collageen, wat op zijn beurt de eigenschappen van weefsels en organen beïnvloedt. Genmutaties in het collageendomein kunnen leiden tot veranderingen in de vorm van de drievoudige helix, door de insertie/deletie van een aminozuur of de vervanging van Gly door een andere base. Mutaties in niet-collagene domeinen kunnen leiden tot onjuiste assemblage van α-ketens in supramoleculaire structuren (fibrillen of netwerken), wat ook leidt tot functieverlies. Mutante a-ketens kunnen een complex met drie helixen vormen met normale a-ketens. In de meeste gevallen zijn dergelijke complexen niet stabiel en worden ze snel vernietigd, maar zo'n molecuul kan normaal gesproken zijn rol vervullen als functioneel belangrijke gebieden niet worden aangetast. De meeste ziekten veroorzaakt door mutaties in collageengenen zijn dominant.
Opmerkingen
Koppelingen
- Collageen- artikel uit de Grote Sovjet-encyclopedie
|
||||||
|
De belangrijkste functie van collageen is het bieden van structurele ondersteuning aan weefsels
Collagenen zijn een familie van meer dan 20 verschillende extracellulaire matrixeiwitten. Deze eiwitten komen het meest voor in het dierenrijk
Alle collagenen zijn georganiseerd in drievoudige spiraalvormige "collageensubeenheden", die een supercoil-structuur hebben en zijn samengesteld uit drie afzonderlijke polypeptiden
Collageensubeenheden verlaten de cellen en assembleren zich vervolgens in de extracellulaire ruimte tot grotere fibrillen en vezels
Mutaties in collageengenen veroorzaken een verscheidenheid aan pathologische aandoeningen, variërend van het verschijnen van rimpels tot de ontwikkeling van broze botten en ernstige ziekten zoals de vorming van huidblaren.
Familie collagenen bevat meer dan twintig eiwitten, die tot de meest voorkomende eiwitten in dierlijke cellen behoren. In meercellige organismen bestaan collageen al minstens 500 miljoen jaar. Bijna alle dierlijke cellen synthetiseren en scheiden ten minste één vorm van collageen af.
Collagenen bieden structurele ondersteuning aan weefsels en bestaan in meerdere vormen, georganiseerd in verschillende structuren. Alle eiwitten van de collageenfamilie worden gekenmerkt door één gemeenschappelijke eigenschap: ze worden samengevoegd tot dunne (ongeveer 1,5 nm in diameter) drievoudige spiraalvormige supercoiled structuren bestaande uit drie subeenheden van collageeneiwitten die bij elkaar worden gehouden door covalente en niet-covalente bindingen.
Collageensubeenheden verzamelen zich in drievoudige spiraalvormige structuren, die zich organiseren in fibrillen of netwerken.waar ze met elkaar zijn verbonden door andere extracellulaire matrixeiwitten, waaronder collagenen geassocieerd met fibrillen.
Supercoiled-constructies zijn er in drie typen: fibrillair, gelaagd en geassocieerd met fibrines:
IN fibrillaire collagenen supercoiled helices zijn georganiseerd in fibrillen of “touwen” die de structuur langs een enkele as versterken (deze structuur lijkt op een sterke staalkabel gevormd door bundels draden). Wanneer deze fibrillen in parallelle bundels zijn gerangschikt, zoals bij pezen, bieden ze een ongelooflijke structurele sterkte die bestand is tegen de krachten die worden uitgeoefend door spieren die aan botten zijn bevestigd.
Gelaagde collageen zijn een netwerk dat bestaat uit supercoiled spiraalvormige structuren. Ze zijn minder goed bestand tegen spierkrachten, maar zijn veel beter bestand tegen het uitrekken in verschillende richtingen. Een netwerk van dergelijke structuren is bijvoorbeeld kenmerkend voor de huid.
Derde type collageen, bekend als ‘fibrillaire kluwens’, vormen supercoil-helische structuren die collageenfibrillen aan elkaar binden.
Achteloos organisaties vormen collagenen de belangrijkste steigerstructuur van de extracellulaire matrix. Extracellulaire matrixeiwitten zoals fibronectine en vitronectine binden zich aan collageen en worden verweven in de structuren die worden gevormd door het collageenraamwerk. Eén van de leden van de collageenfamilie is een transmembraaneiwit dat betrokken is bij de vorming van intercellulaire contacten.
Er is ongeveer 20 verschillende soorten collageen, waarvan de meeste in vier klassen kunnen worden gegroepeerd. Elk van de drievoudige helixstructuren wordt aangegeven met een Romeins cijfer (I, II, III, enz.). Elke collageensubeenheid wordt aangeduid als een subeenheid en het type ervan krijgt een nummer toegewezen (a1, a2, a3, enz.), gevolgd door een Romeins cijfer om het type aan te geven waarin het wordt aangetroffen. Het belangrijkste fibrillaire collageen van de staart (en andere weefsels) van ratten is bijvoorbeeld type I en bestaat uit twee kopieën van de a1(1)-subeenheid en één kopie van de a2-subeenheid (I).
Onderstaande figuur laat zien collageenvezelstructuur. De drie polypeptidesubeenheden zijn parallel om elkaar gewikkeld en vormen een 300 nm lange supercoil-helische structuur. Collagenen worden gekenmerkt door een zich herhalende reeks aminozuren die een glycine-X-Y-element bevatten, waarbij X en Y elk aminozuur kunnen zijn, maar meestal respectievelijk proline en hydroxyproline zijn.
Deze volgorde helpt strak opeengepakte drie subeenheden en vergemakkelijkt de vorming van een superhelische structuur. De 300 nm lange subeenheden worden bij elkaar gehouden door covalente bindingen die zich vormen tussen het N-terminale gebied van de ene subeenheid en het C-terminale gebied van de aangrenzende. Supercoiled spiraalvormige structuren zijn parallel gerangschikt en vormen kleine openingen tussen elkaar (64-67 nm). Deze gaten zorgen voor het karakteristieke uiterlijk (strepen) van fibrillen die zichtbaar zijn in een elektronenmicroscoop.
Collageeneiwitten zijn onderverdeeld in vier hoofdgroepen, die verschillen in molecuulformule: de aard van de polymeervormen en distributie in weefsels. Sommige groepen bevatten verschillende soorten collageen.
Geheel samengestelde collageenstructuren(fibrillair of reticulair) zijn veel groter dan de cellen zelf; sommige fibrillen kunnen enkele millimeters lang worden. Zo worden collageensubeenheden gesynthetiseerd en uitgescheiden als superspiraalvormige spiraalvormige structuren, en de laatste stappen van hun assemblage vinden buiten de cel plaats. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding vindt de synthese en verdere verwerking van collageen plaats gedurende de gehele secretieroute. Tijdens de synthese worden collageeneiwitten naar het granulaire endoplasmatisch reticulum (ER) gestuurd met de deelname van signaalherkenningsdeeltjes en het bijbehorende eiwitapparaat.
Collageensubeenheden worden gesynthetiseerd in de vorm van extreem lange polypeptiden, die procollageenen worden genoemd en propeptiden bevatten, dit zijn ‘staarten’ die zich aan de amino- en carboxyluiteinden bevinden.
Na procollageen Wanneer ze het lumen van de ER binnenkomen, ondergaan ze, terwijl ze vanuit de ER via het Golgi-apparaat naar secretoire blaasjes worden getransporteerd, een reeks modificaties. Tijdens het transport van procollageen door het ER- en Golgi-apparaat worden hydroxylgroepen (-OH) toegevoegd aan de proline- en lysine-zijketens die zich in het middelste deel van de procollageenmoleculen bevinden. Dit produceert hydroxyproline en hydroxylysine.
Deze wijzigingen zorgen ervoor dat dit correct is waterstofbinding, die de drie subeenheden bij elkaar houden in een supercoil-spoelstructuur. Disulfidebindingen worden gevormd tussen de amino- en carboxy-terminale delen van de propeptiden, die vervolgens zorgen voor de juiste rangschikking van de drie procollageensubeenheden om een drievoudige spiraalvormige supercoil-structuur te vormen. De helix vormt zich dan spontaan, in de richting van het C-uiteinde naar het N-uiteinde.
Propeptiden interfereren met de interactie superspiraalvormige spiralen met elkaar, waardoor de polymerisatie van collageen wordt voorkomen. Zodra de uitscheiding van de drievoudige helices van procollageen heeft plaatsgevonden, splitsen enzymen die procollageenproteasen worden genoemd, de propeptiden af. Het resterende eiwit, bekend als tropocollageen, is bijna volledig georganiseerd in een drievoudige helix en vertegenwoordigt de structurele basiseenheid van de collageenfibrillen.
Vezels Ze zijn eenvoudig in elkaar gezet: de lysinezijketens in tropocollageen worden gemodificeerd door de werking van het enzym lysyloxidase, waardoor allysines worden gevormd. Deze gemodificeerde lysinen vormen covalente verknopingen die de polymerisatie van tropocollageenen mogelijk maken. Lysyloxidase is een extracellulair enzym en dit stadium van fibrilassemblage vindt pas plaats nadat procollageen de cel heeft verlaten. Eenmaal geassembleerd kunnen de fibrillen aggregeren om grote bundels of vezels te vormen die kenmerkend zijn voor fibrillair collageen.
Rekening houdend met het belang collageen Bij het bieden van structurele ondersteuning aan weefsels kan men zich voorstellen welke ernstige gevolgen een verstoring van het fibrillenassemblageproces voor het lichaam zou hebben. Mutaties in genen die coderen voor de synthese van collagenen of enzymen die procollageen modificeren, veroorzaken de ontwikkeling van veel genetische ziekten die bijna alle weefsels aantasten. Type I collageen is bijvoorbeeld het belangrijkste structurele eiwit van botweefsel. Mutaties in dit soort collageengenen veroorzaken onvolledige osteogenese, de zogenaamde. ontwikkeling van de ‘ziekte van broze botten’.
Mutaties in het collageengen type IV leidt tot verstoring van de assemblage van de basale lamina in de meeste epitheelweefsels en tot de ontwikkeling van een huidziekte zoals epidermosis bullosa.
Cellen binden zich aan collageen via specifieke receptoren integrinen. Deze receptoren zorgen ervoor dat cellen zich reversibel kunnen binden aan collageen terwijl ze door de extracellulaire matrix bewegen. Integrinereceptoren activeren ook signaalroutes zodat binding aan collagenen (en andere extracellulaire matrixeiwitten) de activiteit van cellulaire biochemische processen verandert en zo bijdraagt aan de controle van celgroei en differentiatie.
ONDERWERP: Biochemie van de mondholte. Biochemie van bindweefsel.
Relevantie van het onderwerp.
De tandarts moet de chemische samenstelling van bindweefsel en de functies ervan kennen, aangezien alle skeletweefsels (botten, kraakbeen, ligamenten en pezen), dentine, glasachtig lichaam en bloedvatwanden er zonder uitzondering toe behoren. Collageen is het belangrijkste eiwit van bindweefsel en vormt 30% van de totale massa aan eiwitten in het lichaam.
Vragen voor zelfbeheersing.
Functies van bindweefsel.
Collageen. Kenmerken van aminozuursamenstelling en structuur.
Stadia van collageenbiosynthese. Afbraak van collageen.
Structuur en functies van elastine.
Classificatie, structuur en functies van glycosaminoglycanen.
Grote (agrecan) en kleine (decorin, biglycan) proteoglycanen.
Niet-collageenachtige (adhesieve) eiwitten van de intercellulaire matrix: fibronectine en laminine. Hun rol in intercellulaire interacties.
Samenvatting over het onderwerp van de les.
Alle soorten bindweefsel worden gekenmerkt door de aanwezigheid van drie componenten:
Cellen (fibro- en histiocyten, pigmentcellen, mestcellen).
Intercellulaire grondsubstantie. De geleiachtige consistentie is te danken aan de samenstelling. De hoofdsubstantie is een sterk gehydrateerde gel, die bestaat uit 30% hoogmoleculaire verbindingen (glucosaminoglycanen en eiwitten) en 70% water.
Vezelige, fibrillaire structuren (collageen-, elastische en reticulinevezels).
De samenstelling van bindweefsel wordt bepaald door de locatie en functie ervan. De ligamenten bevatten bijvoorbeeld veel vezels en weinig grondsubstantie, en het glaslichaam van het oog bestaat praktisch uit grondsubstantie.
1. Functies van bindweefsel
1. Verenigen. Het verbindt organen met elkaar en bepaalt voor een groot deel de uiterlijke vorm van de organen en het gehele organisme.
2. Steun. De weefsels van pezen, fascia, ligamenten, kraakbeen en botweefsel zijn dicht en sterk en 'ondersteunen' daarom het lichaam (mechanocyten: chondroblasten, osteoblasten, odontoblasten).
3. Barrière (beschermend). Dient als een barrière tussen de externe en interne omgeving (dermis), tussen bloed en cellulaire elementen. Beschermt het lichaam tegen de penetratie van infectieuze agentia (fagocytose, biosynthese van antilichamen: mestcellen, macrofagen, leukocyten).
4. Stortingen. Stoffen die ontstaan als gevolg van metabolische processen worden lange tijd in cellen afgezet. Onderhuids weefsel is bijvoorbeeld rijk aan vet; melaninepigmenten en een metabolisch product van hemoglobine, hemosiderine, hopen zich op in histiocyten.
5. Reparatief. Vernietiging en dood van cellen van de lever, hersenen of myocardium, epidermis en dermis (wond) gaat gepaard met activering van de proliferatie van fibroblasten, hun migratie naar de plaats van schade en actieve synthese van collageen, nieuwe vorming van verbindingen. weefsel, granulatie-vezelreactie. Dit wordt ook vergemakkelijkt door de inductie van bloedplaatjesaggregatie door collageen.
6. Trofisch. De producten van de afbraak van componenten worden gebruikt als structureel en energetisch materiaal.
Bezig met laden...
