KOLAGEN

Kolagen

• Řec. kolla = klih• Základní složka mezibuněčné hmoty• Zajišťuje pevnost a elasticitu• Podílí se na imunitních pochodech, při

zánětu, hospodaření s vodou• Dnes známe 28 typů• Každá třetí proteinová mlk. je kolagen

typ popis a výskyt chemická podstata nativní polymer

I

nejrožšířenější typ, základ vazivových jizev, šlach, stěn cév, endomysia, vazivové chrupavky a organické složky kostí a zubů, poskytuje vysokou mechanickou pevnost [1(I)]2[(I)] 300nm, 67nm pospojované fibrily

IIhyalinní chrupavka (50% proteinů), humor vitreus oka, nucleus pulposus, notochord [1(II)]3 300nm, 67nm malé fibrily

IIIv dospělosti minoritní složka (ne tak u fétu), rychlá produkce mladými fibroblasty (než se dotvoří pevnější typ I), kůže, děloha, cévy, „retikulová“ vlákna [1(III)]3 300nm, 67nm malé fibrily

IVglomeruly ledvin (filtrující složka), kapsula čočky, všechny bazální membrány (endotel, epithel)

[1(IV)2[2(IV)] 390nm, globulární doména C-

konce, síťovitá struktura

Vširoce, leč v malých množstvích rozšířen, basální membrány cév, hladké svaloviny, mesenchymálních buněk, placenta; často s typem I

[1(V)][2(V)][3(V)] 390nm, globulární doména C-

konce, drobné fibrily

VI často s typem I, intersticílní tkáň

[1(VI)][2(VI)] [3(VI)]

150nm, globulární domény na C i N-konci, mikrofibrily a 100nm pospojované fibrily

VII epithelie, dermální endotheliální junkce [1(VII)]3 450nm, dimer

VIII některé endotelové buňky [1(VIII)]3  

IX chrupavka, často s typem II a XI

[1(IX)][2(IX)] [3(IX)] 200nm, na N-konci globulární

doména, spojený proteoglykan

X hypertrofická a mineralizující chrupavka (ossifikace) [1(X)]3150nm, globulární doména na C-konci

XI chrupavka

[1(XI)][2(XI)] [3(XI)] 150nm, malé fibrily

XII interaguje s typem I a III a GAG 1(XII)  

Tropokolagen

• Základ kolagenní fibrily– pravotočivá trojšroubovice– Vzniká spojením tří levotočivých řetězců

α1, α2 - geny pro jejich mRNA na chromozomech 7 a 17

– Průměr 1,4 nm, délka 300 nm

AMK složení řetězců

• Charakteristické AMK složení– každá třetí AMK glycin

– 25% prolin, či pro kolagen specifický 4-hydroxyprolin

– 4-hydroxyprolin se užívá k stanovení obsahu kolagenu

Syntéza kolagenu

• Primární translační produkt – pro-α-řetězec, preprokolagen

• Na jeho koncích propeptidy (signální část)– Nemají helikální charakter– Odstraněny později– Navádí preprokolagen do ER

mRNA

Signální protein

Zrání v buňce

a) Hydroxylace zbytků prolinu- katalyzováno prolylhydroxylasou- kofaktory: Fe2+, 2-oxoglutarát, askorbát- podobně hydroxylován lysin lysylhydroxylasou

Zrání v buňce

b) Glykosylace- na OH-skupinu hydroxylysinu se váže β – glykosidickou vazbou galaktosa nebo galaktosylglukosa

c) Agregace pro-α-řetězců do trojšroubovice - v ER- vzniká prokolagen- exocytóza do extracelulárního prostoru

Maturace mimo buňku

• Extenční peptidy odstraněny účinkem prokolagenaminoproteinasy a prokolagenkarboxyproteinasy

• Vzniká tropokolagen

Konečné uspořádání tropokolagenu

• zvyšuje pevnost celé struktury• dobře studovatelné i in vitro• polymerací trojšroubovic vznikají

kolagenní mikrofibrily• působí hydrofobní a asi i elektrostatické

interakce• z mikrofibril > kolagenní fibrily (desetiny

μm) > kolagenní vlákna (20-200μm)

Konečné uspořádání tropokolagenu

• jednotlivé jednotky se k sobě přikládají vždy posunuté o 68nm

• vzhledem k délce 300nm celé jednotky je to méně než 1/4

• tím vznik příčného pruhování• vzdálenost mezi jednotkami téže linie

asi 40nm

Vznik příčných spojek (cross links)

• enzym lysyloxidáza (obsahuje Cu) katalyzuje deaminaci ε-aminoskupin lysinu či hydroxylysinu

• vznik reaktivní aldehydové skupiny• reakce dvou aldehydových skupin (aldolová

kondenzace)• reakce aldehydu s aminoskupinou lyzinu či

hydroxylyzinu (vznik Schiffovy baze)• příčné spojky jsou pevné kolagenní vazby

Narušení tvorby příčných vazeb

• navozuje extremní fragilitu pojiva• nedostatek mědi (lysyloxidasa)• latyrogeny (β-aminopropionitril) blokují

lysyloxidasu

Rychlost metabolismu kolagenu

• Zvýšení při hojení ran, po porodu odbourávání kolagenu dělohy

• Při zvýšené činnosti osteoklastů roste v moči hladina pyridinových sloučenin – markery patologického úbytku kostní tkáně

Tkáňová kolagenasa

• Fyziologicky odbourává část kolagenu před zesíťováním

• Při kožních onemocněních se podílí na tvorbě puchýřů

• Clostridium histoliticum – rozrušuje kolagen

• Podílí se na patogenezi zubního kazu

Patologické stavy typ porucha

Iosteogenesis imperfecta,

Ehlers-Danlosův syndrom

III Ehlers-Danlosův syndrom

IV Alportův syndrom

VI kongenitální myopatie

VII epidermolysis bullosa

Kurděje

• dlouhodobé strádání vitaminu C – kofaktor prolylhydroxylasy

• dnes výjimečně (země třetího světa)• kdysi chudí lidé v zimních měsících a

námořníci• krvácení z dásní, nehtových lůžek a do

vnitřních orgánů

Ehlers-Danlosův syndrom

• genetická mutace - špatné zrání kolagenu

• extremní elasticita, různé druhy (hypermobilitní, vaskulární, kyfoskoliotický, klasický...)

• natahování kůže, volné klouby• léčba pouze podpůrná

Osteogenesis imperfecta

• geneticky předurčená• nedokonalá syntéza kolagenu I• vysoká lámavost kostí

Užití kolagenu

• Výroba klihu, želatiny, kosmetiky, hudební nástroje

• chirurgická vlákna, cévní protézy, plastická chirurgie

Použitá literatura

• Murray, K. a kol.: Harperova Biochemie• Ledvina, M. a kol.: Biochemie pro

studující medicíny• http://en.wikipedia.org/wiki/Collagen

Aleš Zlámal

Jana Sombotová