Kolagenas

Kolagenas – siūlo pavidalo baltymas, vienas svarbiausių atraminių tarpląstelinės medžiagos baltymų jungiamuosiuose audiniuose ir epitelinio audinio pamatinėje membranoje. Sudaro kolagenines skaidulas.

Šiuo metu žinomi beveik 28 tipai kolagenų. Visų jų molekulės yra trimerai. Iš kitų baltymų kolagenai išsiskiria ypatingu atsparumu tempimui. Žmogaus organizme kolagenai sudaro 25 % visų kūno baltymų. Daugiausia kolagenų sintezuoja ir išskiria fibroblastai, kurių daug yra įvairaus tipo jungiamajame audinyje, bei epitelio ląstelės.

Kolageno trimeras yra kairiojo sukimo superspiralė, sudaryta iš trijų dešiniojo sukimo polipeptidinių grandinių. Kiekvienoje polipeptidinėje grandinėje kas trečia aminorūgštis yra glicinas ir jos šoninė grupė (-H) nukreipta į superspiralės vidų. Polipeptidinėse grandinėse dažnai pasikartoja prolinas, 4-hidroksiprolinas, 5-hidroksilizinas. Prolinas neleidžia grandinei sudaryti alfa ar beta struktūrų. 5-hidroksilizinas reaguoja tarp skirtingų kolageno molekulių, jungdamas atskiras kolageno molekules į skaidulas. 

Želatina, kuri yra naudojama maisto pramonėje, yra kolagenas, kuris buvo negrižtamai hidrolizuotas.  

Žodis kolagenas yra kilęs iš graikų kalbos žodžio κόλλα (kólla), reiškiantis klijus, o priesaga -γέν, -gen, reiškia ''gaminti''. Tai susiję su ankstyvojo amžiaus procesu, kuomet arklių bei kitų gyvūnų oda ir sausgyslės būdavo verdamos, norint išgauti klijus.

Rūšys 

Kolageno gausu visame kūne. Virš 90% žmogaus kūne esančio kolageno yra pirmojo tipo.

Iki šiol nustatyti ir aprašyti yra 28 kolageno tipai. Jie gali būti suskirstyti į kelias grupes, priklausomai nuo to, kokią struktūrą jie suformuoja:

 Fibrilinis (I, II, III, V, XI tipai)
 Nefibrilinis
 FACIT (su nutrauktomis trigubomis spiralėmis) (IX, XII, XIV, XIX, XXI tipai)
 Trumpos grandinės (VIII, X tipai)
 Ląstelių pagrindas (IV tipas)
 Multipleksinas (turintis keleto trigubų spiralių domenų pažeidimų) (XV, XVIII tipai)
 MACIT (turintis su membrana susijusio kolageno trigubų spiralių pažeidimų) (XIII, XVII tipai)
 Kita (VI, VII tipai)

Penkios labiausiai paplitusios rūšys:

 I tipas: oda, sausgyslės, kraujagyslės, organai, kaulai (pagrindinis komponentas organinės kaulo dalies).
 II tipas: kremzlės (pagrindinė kremzlės sudedamoji dalis).
 III tipas: tinklinis jungiamasis audinys (pagrindinė tinklinio audinio pluošto sudedamoji dalis), kartu randama su I tipo kolagenu.
 IV tipas: formuoja epitelinio audinio pagrindą.
 V tipas: ląstelių paviršiai, plaukai, placenta.

Sintezė 
Kauliniame audinyje kolageną sintetina osteoblastai ir chondroblastai ant grūdėto ET ribosomų kaip preprokolageną. Keliaujant peprokolagenui ET kanalais i Goldį, o iš jo į tarpląstelinius tarpus, vyksta potransliacinės modifikacijos. Dalis jų vyksta ląstelėse - susidaro prokolagenas verčiamas kolagenu. Peprokolagenas N- gale turi signalinį peptidą, sudarytą iš hidrofobinių 100 aminorugščių. Pirmoji postransliacinė modifikacija ET yra šio signalinio peptido atskėlimas. Kita modifikacija- prolino ir lizino hidroksilinimas. Dvi prolino hidroksilazės hidroksilina proliną į 4- arba 3-  hidroksiproliną, o lizilhidroksilazė katalizuoja hidroksilino susidarymą. Visoms trims hidroksilazėms reikia Fe jono, vitamino C , alfa-ketoglutarato ir deguonies. Trūkstant vitamino C, sutrinka hidroksilinimo reakcijos, formuojasi nepakankamai spiralizuota ir stabili baltymo molekulė. Hidroksilinimo ir glikolizinimo reakcijos vyksta alfa- grandinėje, kol nesusidarė triguba spiralė. Prokalogeno molekulės N- ir C- galuose yra peptidai, kurių nėra subrendusiame kolagene. N- ir C- galų peptidai turi cisterną. N- galo peptidas sudaro disulfidines jungtis tik grandinės viduje, o C- peptidas- grandinės viduje ir tarp gretimų alfa- grandinių. Susidarius šioms –S-S jungtims, 3 prokolageno molekulės susisuka į dešiniojo sukimo trigubą superspiralę. Įvykus postransliacinėms modifikacijoms ląstelėje, prokalogeno molekulės iš Goldžio komplekso pūslelėmis išskiriamos į tarpląstelinius tarpus. Čia fermentai atskelia N- ir C- galuose esančius peptidus. Prokolagenas virsta kolagenu. Kolageno molekulės spontaniškai jungiasi į fibrines. Tik susidariusios fibrinės nėra tvirtos. Kolageno fibrinės stabilizuojamos skersinėmis kovalentinėmis jungtimis, kurios susidaro tiek trigubų spiralių(kolageno) molekulės viduje, tiek tarp atskirų molekulių fibrinėje. Ląstelės, sintetinančios ir išskiriančios kolageną, išskiria ir fibronekytiną glikoproteiną, kuris jungiasi su prokolagenu ir veikia kolageno fibrinių susidarymo kinetiką viršląsteliniame matrikse. Su fibronektinu bei kolagenu asocijuojasi ir proteoglikanai. Kolageno apykaitos sutrikimai gali būti įgimti ar įgyti. Paveldimų kolageno apykaitos sutrikimų atvejais susergama: Marfano sindromu, Elerso-Danloso sindromu, Menke sindromu ir kt. Molekuliniai šių ligų mechanizmai yra sudėtingi : arba sintetinamas anomalinis kolageno pirmtakas, arba nepakanka fermentų, dalyvaujančių brendimo procese. Pvz. trūkstant fermentui liziloksidazės, nesusidaro skersinių kovalentinių jungčių, ir susergama Menke sindromu.

Sutrikimai 
Yra aptikta tūkstantis mutacijų dvylikoje iš dvidešimties žinomų kolageno rūšių. Šios mutacijos gali peraugti į įvairiausias ligas bei sutrikimus.

Osteogenezės sutrikimas – šią ligą sukelia mutacija pirmojo tipo kolagene. Tai dominuojantis autosominis sutrikimas, kurio pasekmės yra susilpnėję kaulai ir netolygus jungiamasis audinys. Kai kuriais atvejais sutrikimas gali būti lengvas, bet gali pasitaikyti ir mirtinų atvejų. Lengvesnieji atvejai pasižymi sumažėjusiu pirmojo tipo kolageno lygiu, o sunkieji – struktūriniais kolageno defektais.

Chondrodisplazija – skeleto sutrikimas, kurį kaip manoma sukelia tam tikros mutacijos antrojo tipo kolagene. Šiam sutrikimui plačiau ištirti ir patvirtinti vis dar atliekami tolimesni tyrimai.

Ehlers-Danlos sindromas – yra šeši skirtingi šio sutrikimo tipai, kurie kaip žinoma sukelia jungiamojo audinio deformacijas. Kai kurie iš šių šešių tipų gali sukelti arterijų plyšimą, todėl yra laikomi mirtinais. Kiekvieną iš sindromo tipų sukelia skirtingos mutacijos, pavyzdžiui, ketvirtasis sutrikimo tipas atsiranda įvykus mutacijai trečiojo tipo kolagene.

Alporto sindromas – gali būti perduodamas genetiškai, dažniausiai kaip su X chromosoma susijęs dominuojantysis arba ir dominuojantysis, ir recesyvusis autosominis sutrikimas. Sergantieji skundžiasi inkstų bei akių problemomis. Taip pat jauname amžiuje gali atsirasti klausos sutrikimų arba klausa gali visiškai dingti.

Knoblocho sindromas – šį sindromą sukelia mutacijos COL18A1 gene, kuris  atsakingas už kolageno XVIII gamybą.  Sergantiesiems atsiranda smegenų audinio išsikišimas  bei tinklainės degeneracija. Sindromas yra paveldimas, todėl žmonėms, kurių giminėje yra turinčių šį sindromą, yra didelė rizika susirgti patiems.

Literatūra 
 Kadziauskas J., Biochemijos pagrindai, V., 2008, p. 54-58

Baltymai