Въведение в структурата на колагена
Както може би вече знаете, човешкото тяло се състои от протеини, а колагенът е основното протеиново влакно на съединителната тъкан. Колаген има навсякъде – в кости, хрущяли, сухожилия, зъби, кожа, роговица, бели дробове, черен дроб, кръвоносни съдове и други органи и тъкани. Колагенът формира и укрепва тъканите и е известно, че съществува в над 20 различни типа. Типът колаген зависи от неговата структура и може да има различни форми, напр. гелообразен в стъкловидното тяло или фиброобразен в сухожилията.
Колагенът се отличава от останалите протеини по уникалния си състав на аминокиселини, които могат да бъдат четири типа: глицин, пролин, хидроксипролин и хидроксилизин. Структурната единица на колагена е тропоколаген, състоящ се от 3 полипептидни вериги, всяка от които съдържа 1000 аминокиселини. Тропоколагенът се свързва в напречни ленти, които образуват дълги влакна, наречени фибрили.
Как се образува стандартната молекула на колагена?
Една молекула се състои от 3 полипептида алфа. Всяка верига е лява алфа спирала с последователност от три аминокиселини. Три леви спирали се завъртат в дясна свръхспирала.
С-крайният полипептид инициира образуването на спирала.
Проколагенът се секретира в извънклетъчното пространство.
Ензимите разграждат полипептидите в колаген.
Създава се твърда молекула с форма на пръчка. Важна особеност на първичната колагенна структура е, че всяка трета аминокиселина от алфа веригата е глицин. Повтарящата се последователност може да бъде записана като формула: (Gly-X-Y) n, където X и Y означават всяка аминокиселина. Както беше споменато по-горе, тройните спирали на колагеновите молекули образуват фибрили. Фибрилите на същия слой се свързват в техните краища. Спиралите на близките слоеве не са разположени еднакво: те са разположени странично с една четвърт от дължината си. Това подреждане на фибрилите е важен фактор за процеса на минерализация.
В самата спирала не се образуват водородни връзки. Тройната спирала (суперспирала) се стабилизира чрез водородни връзки между отделните спирали и връзката на хидроксипролин. Влакната на колагена са свързани чрез ковалентни връзки между молекулите на лизина и хидроксилизина в единични или няколко тропоколагенни молекули. Глицинът, който е трети в поредицата, е причината за тясното подреждане на веригите. Страничната група (R = H) на глицина е най-малката група от всички аминокиселини. Единична секция от спиралата има 3 аминокиселини, което означава, че глициновите групи са разположени от една и съща страна на спиралата във всяка верига. Краищата на глициновите групи са точките на свързване на
Уголемен модел на супер-еликсията е показан на изображение (а), докато изображение (b) показва по-подробно подреждането на глициновите групи. По-леките свързвания означават водородните връзки, които са важни за поддържане на молекулната структура.
Когато се синтезира колаген, аминокиселините, пролинът и лизинът се свързват в една полипептидна верига. Пролил-хидроксилазата е катализаторът на реакцията на хидроксилиране на пролин в протеиновите молекули. Този ензим съдържа йон на Fe2 + в центъра и изисква аскорбинова киселина (витамин С), за да поддържа споменатия йон в редукционен статус. Колагенната структура става нестабилна в случай на липса на витамин С.
За да обобщим, трябва да отбележим, че колагенът е жизненоважно хранително вещество както за хората, така и за животните, тъй като се характеризира с различни телесни функции, включително, но не само термична стабилност, механична устойчивост и способност за взаимодействие с други биомолекули по определен начин. По-задълбочено разбиране на начина, по който се постига структурата на тройната спирала и стабилността, е необходимо да се разберат ползите, получени от основната молекулярна структура на колагена и неговата тройна спирала.