Колагенові фібрили. Біологічна роль, властивості, будова колагену у сполучній тканині. Них мембран: колагеном IV типу, нідогеном, гспг


Фібрилярна структура

Біохімія мукополісахаридів.

Мукополісахариди, полімерні вуглевод-білкові комплекси з переважним вмістом вуглеводної частини (70-80%). Найбільш вивчені кислі Мукополісахариди різних видів сполучної тканини та деяких рідин організму (синовіальна рідина суглобів, склоподібне тіло ока). Основні представники Мукополісахариди: гіалуронова кислота, гепарин, хондроїтинсерні кислоти, кератосульфат (входить до складу хрящів та рогівки ока). Вуглеводна частина кислих Мукополісахариди - лінійний полісахарид з ланкою, що періодично повторюється, що складається з залишку N-сульфо- або N-ацетиламіносахара (D-глюкозаміну або D-галактозаміну) і уронової кислоти. Залишки сірчаної кислоти у складі сульфатованих Мукополісахариди пов'язані з гідроксильними групами моносахаридних компонентів. Кислі Мукополісахариди сильно розрізняються за молекулярною масою, міцністю зв'язування компонентів та за функціональними властивостями.

Завдяки здатності зв'язувати та утримувати воду кислі Мукополісахариди служать природним мастильним матеріалом суглобів та визначають еластичність сполучної тканини; входячи до складу хрящів і зв'язок, Мукополісахариди виконують опорно-рухові функції. Мукополісахариди мають бактерицидні властивості. Склад Мукополісахариди сполучної тканини змінюється при старінні. Порушення обміну Мукополісахариди викликають зміну складу сполучної тканини та рідин організму та призводять до низки захворювань (колагенози, мукополісахаридози, ревматизм та ін.).

Хімічний склад слини.

Слина має pH від 5,6 до 7,6. На 98,5% і більше складається з води, містить солі різних кислот, мікроелементи та катіони деяких лужних металів, лізоцим та інші ферменти, деякі вітаміни. Основними органічними речовинами слини є білки, що синтезуються в слинних залозах (деякі ферменти, глікопротеїди, муцини, імуноглобуліни класу А) та поза ними. Частина білків слини має сироваткове походження (деякі ферменти, альбуміни, β-ліпопротеїди, імуноглобуліни класів G та М та ін.). Хімічний склад слини схильний до добових коливань, він також залежить від віку (у людей похилого віку, наприклад, значно підвищується кількість кальцію, що має значення для утворення зубного та слинного каменю). Зміни у складі слини можуть бути пов'язані з прийомом лікарських речовин та інтоксикаціями. Склад слини змінюється також при низці патологічних станів та захворювань. Так, при зневодненні організму відбувається різке зниження слиновиділення; при цукровому діабеті у слині збільшується кількість глюкози; при уремії у слині значно зростає вміст залишкового азоту. Зменшення слиновиділення та зміни у складі слини призводять до порушень травлення, захворювань зубів.

11-12. основні риси механізму секреції слини Функції слинних залоз.Визначення швидкості секреції слини. Вікові зміни швидкості секреції слини. . Регуляція слиновиділення переважно здійснюється нервовими механізмами. Поза травленням переважно функціонують дрібні залози. У травний період секреція слини значно зростає. Регуляція травної секреції здійснюється умовно – та безумовно-рефлекторними механізмами. Безперечно рефлекторне слиновиділення виникає при подразненні спочатку тактильних, а потім температурних і смакових рецепторів порожнини рота. Але основну роль відіграють смакові. Нервові імпульси від них по аферентних нервових волокнах язичного, язикоглоткового і верхньогортанного нервів надходять у слиновидільний центр довгастого мозку. Він знаходиться в області ядер лицьового та язикоглоткового нервів. Від центру імпульси по еферентних нервах йдуть до слинних залоз. До привушної залози ефернтні парасимпатичні волокна йдуть від нижнього слиновидільного ядра у складі нерва Якобсона, а потім вушно-скроневих нервів. Парасимпатичні нерви, що іннервують серозні клітини підщелепних і під'язикових залоз, починаються від верхнього слиновидільного ядра, йдуть у складі лицьового нерва, а потім барабанної струни. Симпатичні нерви, що іннервують залози, йдуть від слинновіддільних ядер II – VI грудних сегментів, перериваються в шийному ганглії, а потім їх постгангліонарні волокна йдуть до слизових клітин. Тому подразнення парасимпатичних нервів веде до виділення великої кількості рідкої слини, а симпатичних – невеликого обсягу слизової оболонки. Умовно-рефлекторне слиновиділення починається раніше безумовно рефлекторного. Воно виникає на запах, вид їжі, звуки, що передують годівлі. Умовно-рефлекторні механізми секреції забезпечуються корою великих півкуль, яка через низхідні шляхи стимулює центр слиновиділення. Функції слинних залоз.екзокринна - секреція білкових і слизових компонентів слини; ендокринна – секреція гормоноподібних речовин; фільтраційна – фільтрація рідинних компонентів плазми крові з капілярів до складу слини; екскреторна – виділення кінцевих продуктів метаболізму.

13. Структура та формування кістки. Всі кістки скелета людини утворені пористою тканиною, покритою твердим матеріалом, переважно кальцієм і фосфором, які і надають кісткам потрібну форму і забезпечують їхню міцність. Кожна кістка скелета - це жива структура, що активно функціонує і безперервно оновлюється. Для збереження твердості кістки потребують регулярного навантаження, а в разі її нестачі, кістки піддаються патологічним змінам («кальцій вимивається з кістки»). Цей швидкоплинний процес можна спостерігати, наприклад, на загіпсованій протягом місяця нозі. Зміст кальцію в кістках зменшується і з віком, при цьому відзначається їхня крихкість. У людей похилого віку навіть при незначних травмах і забитих місцях часто трапляються переломи кісток. Недолік кальцію, і як наслідок цього остеопороз, виникають майже у кожної людини у зв'язку зі старінням організму і тому можуть розглядатися як природне явище. з їжі; захворювання нирок, що виділяють ненормально велику кількість кальцію. Вживання деяких медикаментозних препаратів, наприклад, гормональних, також впливає на вміст кальцію в кістках і може сприяти його зайвому виведенню. згортання крові, тканинному диханні, активує ряд ферментів, має десенсибілізуючу (антигістамінну) дію. Необхідний кальцій і для відновлення клітин всього організму. Якщо в раціоні харчування відсутній органічний кальцій, то від цього страждатимуть не тільки кістки, але й інші частини тіла. Найбільш характерною ознакою нестачі кальцію в крові є підвищена нервова збудливість (нервові волокна не проводять відповідних сигналів, тіло не розслабляється). У дітей такий стан супроводжується примхливою поведінкою, спалахами роздратування, можуть з'явитися м'язові судоми, спазми. Добова потреба в кальції - 800 - 1100 мг. чорносливі, кропиві, червоному перці, петрушці, м'яті перцевій, подорожнику, у стравах з вівсянки та плодах шипшини.

14. Чинники, що впливають метаболізм кістки. До факторів, що впливають на метаболізм кісткової тканини, насамперед слід віднести гормони, ферменти та вітаміни. Багато аспектів цієї проблеми вже розглядалися в попередніх розділах. Відомо, що мінеральні компоненти кісткової тканини знаходяться практично у стані хімічної рівноваги з іонами кальцію та фосфату сироватки крові. Надходження, депонування та виділення кальцію та фосфату регулюються дуже складною системою, в якій серед інших факторів важлива роль належить паратгормону (гормон навколощитовидних залоз) та кальцитоніну (гормон щитовидної залози). При зменшенні концентрації іонів Са2+ у сироватці крові зростає секреція паратгормону (див. гл. 8). Безпосередньо під впливом цього гормону в кістковій тканині активуються клітинні системи, що у резорбції кістки (збільшення числа остеокластів та його метаболічної активності), тобто. остеокласти сприяють підвищеному розчиненню мінеральних сполук, що містяться в кістках. Зауважимо, що паратгормон збільшує також реабсорбцію іонів Са2+ в ниркових канальцях. Сумарний ефект проявляється у підвищенні рівня кальцію в сироватці крові. У свою чергу зі збільшенням вмісту іонів Са2+ у сироватці крові секретується гормон кальцитонін, дія якого полягає у зниженні концентрації іонів Са2+ за рахунок відкладення його в кістковій тканині. Іншими словами, кальцитонін підвищує мінералізацію кістки та зменшує кількість остеокластів у зоні дії, тобто. пригнічує процес кісткової резорбції. Все це збільшує швидкість формування кістки. У регуляції вмісту іонів Са2+ важлива роль належить вітаміну D, який бере участь у біосинтезі Са2+-зв'язуючих білків. Ці білки необхідні для всмоктування іонів Са2+ у кишечнику, реабсорбції їх у нирках та мобілізації кальцію з кісток. Надходження до організму оптимальних кількостей вітаміну D є необхідною умовою для нормального перебігу процесів кальцифікації кісткової тканини. За недостатності вітаміну D ці процеси порушуються. На розвиток кістки впливає також вітамін А. Припинення росту кісток є раннім проявом недостатності вітаміну А. Вважають, що даний факт обумовлений порушенням синтезу хондроїтинсуль-фату. Показано також, що при введенні тваринам високих доз вітаміну А, що перевищують фізіологічну потребу та викликають розвиток гіпервітамінозу А, спостерігається резорбція кістки, що може призводити до переломів. Для нормального розвитку кісткової тканини необхідний вітамін С. Дія вітаміну С не метаболізм кісткової тканини обумовлена ​​перш за все впливом на процес біосинтезу колагену. Аскорбінова кислота необхідна для здійснення реакції гідроксилювання проліну та лізину. При недостатності вітаміну С остеобласти не синтезують «нормальний» колаген, що призводить до порушень процесів звапніння кісткової тканини. Нестача вітаміну С викликає також зміни в синтезі глікозаміногліканів: вміст гіалуронової кислоти в кістковій тканині збільшується в кілька разів, тоді як біосинтез хондроїтин-сульфатів уповільнюється.

Структура та властивості колагену.

Колаген - фібрилярний білок, що становить основу сполучної тканини організму (сухожилля, кістка, хрящ, дерма тощо) і забезпечує її міцність та еластичність. Колаген виявлено у багатоклітинних тварин; відсутня у рослин, бактерій, вірусів, найпростіших та грибів. Це основний компонент сполучної тканини та найпоширеніший білок у ссавців, що становить від 25% до 35% білків у всьому тілі.

Властивості. Продуктом денатурації колагену є желатин. Температура денатурації макромолекули колагену близька до температури фібриллогенезу. Ця властивість молекули колагену робить її максимально чутливою до мутаційних замін.

структура. Молекула колагену є правозакрученою спіралью з трьох α-ланцюгів. Така освіта відома під назвою тропоколаген. Один виток спіралі α-ланцюга містить три амінокислотні залишки. Молекулярна маса колагену близько 300 кДа, довжина 300 нм, товщина 15 нм.

Для первинної структури білка характерний високий вміст гліцину, низький вміст сірковмісних амінокислот та відсутність триптофану. Колаген відноситься до тих небагатьох білків тваринного походження, які містять залишки нестандартних амінокислот: близько 21% від загальної кількості залишків припадає на 3-гідроксипролін, 4-гідроксипролін і 5-гідроксилізин. Кожна з α-ланцюгів складається з тріад амінокислот. У тріадах третя амінокислота завжди гліцин, друга – пролін або лізин, перша – будь-яка інша амінокислота, крім трьох перерахованих.

Колаген існує у кількох формах. Основна структура всіх типів колагену є схожою. Колагенові волокна утворюються шляхом агрегації мікрофібрил, мають рожевий колір при забарвленні гематоксиліном і еозином і блакитний або зелений при різних трихромних забарвленнях, при імпрегнації сріблом забарвлюються буро-жовтий колір.

Фібрилярна структура

Тропоколагени (структурні одиниці колагену) спонтанно поєднуються, прикріплюючись один до одного зміщеними на певну відстань кінцями, утворюючи в міжклітинній речовині більші структури. У фібрилярних колагенах молекули зміщені відносно один одного приблизно на 67нм (одиниця, що позначається буквою «D» і змінюється в залежності від стану гідратації речовини). Загалом кожен D-період містить чотири цілих і частину п'ятої молекули колагену. Розмір 300 нм, поділена на 67 нм (300:67) не дають цілого числа і довжина молекули колагену розділена на непостійні за величиною відрізки D. Отже, в розрізі кожного повтору D-періоду мікрофібрили є частина, що складається з п'яти молекул, звана «перекриття », і частина, що складається з чотирьох молекул – «розрив». Тропоколагени ще й скомпоновані в шестикутну або псевдошестикутну (у поперечному розрізі) конструкцію, в кожній області «перекриття» та «розриву».

Усередині тропоколагенів існує ковалентний зв'язок між ланцюгами, а також деяка непостійна кількість даних зв'язків між самими тропоколагеновими спіралями, що утворюють добре організовані структури (наприклад, фібрили). Більш товсті пучки фібрил формуються за допомогою білків кількох інших класів, включаючи інші типи колагенів, глікопротеїни, протеоглікани, що використовуються для формування різних типів тканин із різних комбінацій одних і тих самих основних білків. Нерозчинність колагену була перешкодою до вивчення мономеру колагену, до того моменту, як було виявлено, що можливо витягти тропоколаген молодої тварини, оскільки він ще не утворив сильних зв'язків з іншими субодиницями фібрили. Тим не менш, удосконалення мікроскопів і рентгенівських апаратів полегшили дослідження, з'являлося все більше докладних зображень структури молекули колагену. Ці пізні відкриття дуже важливі для кращого розуміння того, як структура колагену впливає на зв'язки між клітинами та міжклітинною речовиною, як тканини змінюються під час росту та регенерації, як вони змінюються під час ембріонального розвитку та при патології.

Колагенова фібрила – це напівкристалічна структурна одиниця колагену. Колагенові волокна – це пучки фібрил.

2.Цінга. Процеси гідроксилювання проліну та лізину, їх роль у виникненні цинги.Цинга - хвороба, що викликається гострим недоліком вітаміну C (аскорбінова кислота), що призводить до порушення синтезу колагену, і сполучна тканина втрачає свою міцність.

Гідроксилювання проліну і лізину починається в період трансляції колагенової мРНК на рибосомах і триває на поліпептидному ланцюзі, що росте, аж до її відділення від рибосом. Після утворення потрійної спіралі подальше гідроксилювання пролілових та лізилових залишків припиняється.

Реакції гідроксилювання каталізують оксігенази, пов'язані з мембранами мікросом. Пролілові та лізилові залишки в Y-положенні пептиду (Глі-х-у)n піддаються дії, відповідно, пролив-4-гідроксилази та лізил-5-гідроксилази. Пролил-3-гидроксилаза діє деякі залишки пролина в Х-положениях. Необхідними компонентами цієї реакції є оскетоглутарат, О2 та вітамін С (аскорбінова кислота). Донором атома кисню, який приєднується до С-4 проліну, є молекула О2, другий атом О2 включається в сукцинат, який утворюється при декарбоксилювання α-кетоглутарату, а з карбоксильної групи а-кетоглутарату утворюється СО2 (див. схему А на с. 691) .

Гідроксилазипроліну та лізину містять в активному центрі атом заліза Fe2+. Для збереження атома заліза у фероформі необхідний агент, що відновлює. Роль цього агента виконує кофермент гідроксилаз - аскорбінова кислота, що легко окислюється в дегідроаскорбінову кислоту. Зворотне перетворення відбувається у ферментативному процесі рахунок відновленого глутатіону (див. схему Б с. 691).

Гідроксилювання проліну необхідно для стабілізації потрійної спіралі колагену, ОН-групигідроксипроліну (Hyp) беруть участь в утворенні водневих зв'язків. А гідроксилювання лізину дуже важливе для подальшого утворення ковалентних зв'язків між молекулами колагену при складанні колагенових фібрил. При цингу - захворюванні, викликаному нестачею вітаміну С, порушується гідроксилювання залишків проліну та лізину. В результаті цього утворюються менш міцні та стабільні колагенові волокна, що призводить до великої крихкості та ламкості кровоносних судин з розвитком цинги. Клінічна картина цинги характеризується виникненням множинних точкових крововиливів під шкіру та слизові оболонки, кровоточивістю ясен, випаданням зубів, анемією.

Колаген (від грец. kolla-клей і -genes - народжує, народжений) - фібрилярний білок, що становить основу сполучної тканини і забезпечує її міцність. Колаген також міститься у м'язовій тканині. Колаген або тропоколаген - найпоширеніший білок тваринного світу; у ссавців у дорослому організмі його частку припадає майже 30% від усієї маси білків.

Будова колагену

Молекула колагену (молекулярна маса близько 300 тис., довжина 300 нм, товщина 1,5 нм) має стрижнеподібну структуру і складається з трьох так званих ланцюгів (молекулярна маса близько 100 тис.), що формують правозакручену потрійну спіраль таким чином, що один виток ланцюга містить три амінокислотні залишки. Три ланцюги своєю чергою об'єднуються у структуру, трохи закручену у праву спіраль. На малюнку 11 представлена ​​структурна модель колагену у вигляді трьох окремих поліпептидних ланцюгів. Ці три поліпептидні ланцюги, згорнуті в лівовинтову спіраль, переплітаються в одну правовинтову супер-або надспіраль. Колаген - один з небагатьох тварин білків, що містять залишки 3 - і 4-гідроксипроліну (НВ--Pro), а також 5-гідроксилізину (АЛ-Lys); ними припадає близько 21% від усіх амінокислотних залишків.

Таблиця 3. Зміст амінокислот у колагені, %.

Амінокислота

Замінні амінокислоти

Цистеїн + цистин

Аспарагінова кислота

Глутамінова кислота

Незамінні амінокислоти

Фенілаланін

Триптофан

Ізолейцин

Метіонін

Гістідін

Сума всіх амінокислот

З таблиці видно, що сума всіх амінокислот, що входять до складу колагену, становить 100%. З цієї суми частку замінні амінокислоти припадає 72,6%, а незамінних - 27,4%.

Також з таблиці видно, що вміст замінних амінокислот більше на 45,2%, ніж незамінних амінокислот, що входять до складу колагену.

Також видно, що із вмісту замінних амінокислот частку гліцину припадає 26%. Вміст проліну менший на 10,9%, ніж гліцину; вміст глутамінової кислоти менше на 14,7%, вміст аланіну - на 16,5%, а вміст тирозину, серину та аспарагінової кислоти має не значний вміст у порівнянні з вмістом гліцину.

З таблиці можна дійти невтішного висновку, що колаген характеризується великою кількістю гліцину, проліну, і навіть глутаминовой кислоти.

Унікальна особливість колагену - послідовність, що багаторазово повторюється, в ланцюгах триплетів амінокислот гліцин--X-Y (X, Y-залишок будь-якої амінокислоти, крім гліцину), що створює конформаційну основу для спіралізації ланцюгів. Триплетна послідовність становить близько 90% всього ланцюга і розташована в її центральній частині; кінцеві ділянки представлені неспіралізованими (що не містять залишок гліцину через кожні 2 амінокислоти) послідовностями (так звані телопептиди). Описано 5 основних та близько 10 «мінорних» типів колагену, що розрізняються за первинною структурою ланцюгів. Колаген - глікопротеїн і в залежності від джерела містить на 1000 амінокислотних залишків від 2 до 80 вуглеводних залишків (в основному у вигляді моно-або дисахаридів), пов'язаних О-глікозидним зв'язком з НО-групою НО-Lys. Моносахариди представлені D-галактозою, яка пов'язана із залишком амінокислоти глікозидним зв'язком. У дисахаридах D-глюкоза пов'язана 1-2 зв'язком з D-галактозою. Стабілізація молекули колагену здійснюється завдяки електростатичним та гідрофобним взаємодіям, а також водневими та ковалентними поперечними зв'язками між ланцюгами. Водневі зв'язки утворені карбонільною групою та групами NH пептидного зв'язку або АЛЕ - групою АЛЕ-Pro; можливі також зв'язки за участю Н 2 О. Ковалентні зв'язки між ланцюгами (зшивки) утворюються в результаті альдольної конденсації залишків 2-аміно-6-оксогексанової або 2-аміно-5-гідрокси-6-оксогексанової кислот, які утворюються відповідно з залишків лізину або 5-гідр-оксилізину. Зшивання ланцюгів сусідніх молекул колагену здійснюються в результаті утворення альдимінів шляхом взаємодії залишків 6-оксогексанових кислот із групою NH 2 лізину або 5-гідроксилізину. У колагені виявлено поперечні зшивки, що зв'язують 3 або 4 ланцюги сусідніх молекул. Нативний колаген погано розчинний у воді при рН близько 7. При помірному нагріванні у водних розчинах колаген денатурує з розривом нековалентних зв'язків – ланцюги розплітаються, «плавляться» з утворенням желатину. При ренатурації ланцюга можуть утворювати димери (частки) або тримери (g-частинки), які можуть утворювати спіраль. Внутрішньоклітинним попередником колагену в організмі є проколаген (синтезується в основному у фібробластах), молекули якого складаються з трьох про-цепів з молекулярною масою 140 -180тис. Ці ланцюги містять на N- та С-кінцевих ділянках глобулярні (неспіралізовані) послідовності (так звані пропептиди), що відщеплюються при позаклітинному «дозріванні» колагену. У С-кінцевих пропептидах локалізовані міжланцюгові зв'язки S-S, стабілізуючі молекули проколагену.

Рис.11.

третинна структура, 2 молекула тропоколагену, 3 колагенове волокно.

Хімічні ознаки колагену: специфічно високий вміст оксипроліну та оксилізину; високий вміст гліцину, проліну, дуже мала кількість ароматичних амінокислот; у нативному стані перетравлюється колагеназою і не перетравлюється іншими протеазами; має специфічні гістологічними властивостями.

Фізико – хімічні ознаки: розчиняється у гарячій воді після обробки кислотами або лугами у вигляді желатину чи клею, що осаджуються дубителями; не розчиняється у холодній воді.

Фізичні властивості: специфічна електронно-мікроскопічна картина поперечної смугастість; подвійне променезаломлення волокон; специфічна рентгенограма під великими та малими кутами.

Колаген (від грец. Кolla - клей, genes - що народжує) поєднує групу споріднених фібрилярних білків сполучної тканини, на які припадає 25 - 33% всіх білків організму. Колагени – основні глікопротеїни шкіри, сухожиль, хрящів, зв'язок, кісток, зубів, кровоносних судин.

Колаген - основа колагенових волокон, які зібрані в пучки різної товщини та утворюють у сполучній тканині єдину сітчасту структуру. Колагенові волокна складаються з дрібних фібрил, що мають високу механічну міцність і практично не розтягуються. Вони підтримують специфічну структуру органів та тканин у процесі розвитку та життєдіяльності організму.

Нативний колаген стійкий до дії протеолітичних ферментів, кислот та лугів. Вуглеводні залишки, що знаходяться на поверхні фібрил, захищають колаген від дії протеаз, тому він погано засвоюється в організмі. Колаген нерозчинний у воді, сольових розчинах, органічних розчинниках, у слабких розчинах кислот та лугів, оскільки 70% амінокислот у його складі – гідрофобні. Колаген здатний набухання, при цьому його маса збільшується в 1,5 - 2 рази. Висока гідратація молекули білка пов'язана з наявністю у його структурі значної кількості бічних полярних груп.

Механічні властивості колагену пов'язані з його первинною та просторовою структурами. Особливістю хімічного складу є те, що кожна третя амінокислота в колагені – це гліцин, 1/3 – залишки проліну та гідроксипроліну, 1% – гідроксилізин, 10% – аланін, решта – інші амінокислоти. У ньому відсутні цистеїн та триптофан; гістидин, метіонін та тирозин містяться в невеликій кількості. Колаген - єдиний протеїн, що містить гідроксипролін. Пептидні ланцюги білка побудовані з «триплету», у яких одна з амінокислот – гліцин.

У положенні Х і У може бути будь-яка амінокислота, частіше Х пролін, гідроксипролін або гідроксилізин. Ці амінокислотні групи в ланцюзі багаторазово повторюються. Білкова молекула містить близько 1000 амінокислотних залишків. Кожен ланцюг утворює ливозакручену спіраль. Ідентифіковано понад 20 типів α-ланцюгів, які відрізняються амінокислотною послідовністю. Крок одного витка спіралі складається з менш ніж 3 амінокислотних залишків, а не 3,6 на 1 виток, як у більшості білків. Щільна упаковка спіралі обумовлена ​​наявністю гліцину. Пролін не утворює водневих зв'язків, тому спіраль пептидного ланцюга колагену стабілізується за рахунок стеричного відштовхування піролідинових кілець у залишках проліну. Завдяки проліну в поліпептидному ланцюзі виникають вигини, що стабілізують структуру спіралі. Відстань між амінокислотами вздовж осі спіралі збільшується, вона стає більш розгорнутою, ніж спіраль глобулярних білків.

Молекули колагену складаються з трьох поліпептидних αланцюгів, що формують потрійну правозакручену спіраль тропоколагену. До складу колагенів можуть входити три однакові або різні ланцюги. Усі три спіралі закручені один навколо одного, утворюючи щільний джгут34).

Третинна структура колагену підтримується водневими зв'язками, що виникають між аміно та карбоксильними групами різних пептидних ланцюгів (С = О НN) та водневими зв'язками всередині кожного поліпептиду (рис. 35).

Усі три ланцюги в молекулі колагену розташовані паралельно — з одного боку знаходиться Nкінець, з іншого — Скинець, всі радикали гідрофобних амінокислот розташовані назовні.

Пролін та гідроксипролін обмежують обертання поліпептидного ланцюга та збільшують стабільність потрійної спіралі. Гліцин, який замість радикалу має атом водню, завжди знаходиться у місці перетину ланцюгів, що дозволяє їм щільно прилягати один до одного.

За своєю природою колаген - це глікопротеїн, що містить моносахаридні (галактозильні) та дисахаридні (галактозглюкозильні) залишки, з'єднані з оксилізину. За рахунок агрегації молекул тропоколагену в поздовжньому і поперечному напрямках утворюється четвертинна структура колагену - мікрофібрил, з яких формуються товстіші фібрили, а з них волокна і пучки волокон. Молекули колагену у фібрили пов'язані ковалентними зв'язками, що виникають за рахунок залишків оксилізину.

В даний час описано 28 типів колагенів, які відрізняються один від одного первинною структурою, ступенем модифікації – гідроксилювання або глікозилювання, функціями, локалізацією в організмі. Колагени діляться на кілька класів залежно від їх ролі в тканині: фібрилоутворювальні, асоційовані з фібрилами, ситкоутворювальні, мікрофібрили, заякорені фібрили, трансмембранні домени та інші. Близько 95% колагену в організмі людини представлені типами, які утворюють міцні фібрили і є основними структурними компонентами сухожиль, хрящів, кровоносних судин та інші, а також беруть участь в утворенні строми паренхіматозних органів. В одній тканині може переважати той чи інший тип колагену. В окремих органах зустрічаються колагени кількох типів (табл. 7)

Склад колагенів в окремих органах може змінюватись в онтогенезі або внаслідок захворювання.

Існує два типи ланцюгів колагену - ланцюги α1 і α2, а також чотири різновиди ланцюга α1: α1 (I), α1 (II), α1 (III) та α1 (IV). Для позначення структури кожного типу колагену використовують такі позначення: тип колагену записують римською цифрою у дужках, α-цепи позначають арабськими цифрами. Наприклад, колагени II та III типів утворені ідентичними αланцюгами, їх формули відповідно [α1 (II)] 3 і [α1 (III)] 3; колагени I і IV типів - гетеротримери, утворюються двома різними типами αланцюгів, їх формули, відповідно [α1 (I)] 2α2 (I) та [α1 (IV)] 2α2 (IV). Індекс за дужкою позначає кількість ідентичних αланцюгів. Найбільш поширений колаген І типу.

Синтез колагену

Синтез колагену відбувається у клітинах, переважно у фібробластах сполучної тканини, звідки він секретується у позаклітинний простір.

Розрізняють внутрішньоклітинні та позаклітинні етапи біосинтезу колагену, що містять наступні стадії:

- трансляція;

- Посттрансляційної модифікації пептидних ланцюгів:

- гідроксилювання проліну та лізину;

- Частковий протеоліз - Відщеплення сигнального пептиду

- Глікозилювання гідроксилізин;

— утворення SSзв'язків у кінцевих пропептидах;

- Формування потрійної спіралі;

- трансмембранне перенесення;

- позаклітинні модифікації - відщеплення N та Скінцевих пропептидів;

- Утворення колагенових фібрил:

- Окислювальне дезамінування залишків лізину та оксилізину;

- Утворення поперечних зв'язків між молекулами колагену;

- Утворення колагенових волокон.

1. Синтез препроколагену. Синтез поліпептидних попередників — проαланцюгів колагену відбувається на полірибосоми, пов'язані з мембранами ендоплазматичного ретикулуму (ЕПР). На Nкінці попередника колагену знаходиться гідрофобний «сигнальний» пептид зі 100 амінокислот. Він призначений для спрямування пептидних ланцюгів, що синтезуються в порожнину ЕПР. Проαланцюг колагену містить додаткові N і Скінцеві пропептиду, що складаються з 100 і 250 амінокислот відповідно.

До складу пропептиду С входять залишки цистеїну, які утворюють внутрішньо та міжланцюгові SSзв'язки. Кінцеві пропептиди не беруть участь у формуванні потрійної спіралі, а утворюють глобулярні домени. Відсутність N та Скінцевих пептидів у структурі проα-цепи порушує правильне формування потрійної спіралі.

Посттрансляційні модифікації колагену

А. Гідроксилювання пролінових та лізинових залишків начі

ється одночасно з синтезом колагену і триває протягом усієї трансляції аж до відділення поліпептидного ланцюга від рибосом.

ми37). Реакцію каталізують мікросомальні оксигенази - пролил4гидроксилаза і лизил5гидроксилаза відповідно. У реакції беруть участь: молекулярний кисень, αкетоглутарат та аскорбінова кислота.

Один атом кисню використовується на гідроксилювання залишків проліну та лізину, другий «включається» в карбоксильну групу сукцинату, який внаслідок декарбоксилювання α-кетоглутарату. Кофактором пролив4гідроксилази та лізил5гідроксилази є Fe++. Аскорбінова кислота, яка має відновлювальні властивості, зберігає атоми заліза у двовалентному стані (фероформі) і тим самим підтримує активність ферменту). Окислена форма вітаміну С — дегідроаскорбінова кислота — знову відновлюється за рахунок глутатіону:

Після формування потрійної спіралі гідроксилювання пролінових та лізинових залишків припиняється. Гідроксилювання залишків проліну важливо для формування надалі стабільної потрійної спіралі колагену за рахунок водневих зв'язків, що утворюються за рахунок ОНгруп гідроксипроліну. Гідроксильовані та негідроксильовані залишки лізину беруть участь в утворенні ковалентних зв'язків між молекулами колагену при формуванні колагенових фібрил.

Б. Глікозилювання гідроксилізін. Ланцюг проколагену за допомогою Nкінцевого сигнального пептиду проникає через мембрану в порожнину ЕПР. Після виконання своєї функції сигнальний пептид відщеплюється. У порожнині ЕПР залишки гідроксилізину в проαцепях колагену глікозилюються за участю специфічних глікозилтрансфераз.

Галактоза та дисахарид галактозилглюкозу утворюють ковалентні оглікозидні зв'язки з SОНгрупами залишків гідроксилізин38).

Кількість вуглеводних залишків у молекулі залежить від типу тканини, їхня роль не встановлена. Можливо, вони відповідають за механічні властивості колагену. Глікозилювання проαланцюгів колагену завершується після утворення потрійної спіралі.

Синтез та секреція проколагену. Після модифікації кожен проαцепь з'єднується водневими зв'язками з двома іншими проαцепями, утворюючи потрійну спіраль проколагену. У правильній орієнтації ланцюгів важливу роль відіграють кінцеві пропептиди. Спіралізація ниток проколагену починається після утворення міжланцюгових дисульфідних містків між скинцевими пропептидами ланцюгів за рахунок SНгруп цистеїну. Цей процес починається в просвіті ЕПР, звідки молекули проколагену переміщуються в апарат Гольджі, включаються в секреторні гранули і виводяться в міжклітинний простір.

Синтез тропоколагену (розчинного колагену). У міжклітинному просторі під дією специфічних аміно та карбоксипептидаз від проколагену (колагени типів I, II та III) відщеплюються кінцеві пропептиди, внаслідок чого утворюється тропоколагену — структурна одиниця колагенових фібрил36). У колагенах, які не беруть участь у формуванні фібрил (IV, VIII, X), кінцеві пропептиди не відщеплюються. Такі колагени утворюють сітку подібні до структури, у формуванні яких важливу роль відіграють кінцеві N і Спептиди.

5. Утворення колагенових фібрил відбувається спонтанно, шляхом самоскладання. Ряди молекул тропоколагену в фібрили розташовані паралельно і зміщені на один відносно одного. У ряду молекули розміщені «кінець наприкінці», але кінці пов'язані, з-поміж них існують проміжки в 35-40 нм.

Така структура фібрили неміцна («незрілий колаген»), міцності їй надають внутрішньо і міжланцюгові ковалентні зшивки, що утворюються між залишками лізину або гідроксилізину за участю Сu-містить флавопротеїнів — лізилоксидази. Відбувається окисне дезамінування εаміногруп у залишках лізину та гідроксилізину з утворенням альдегідних груп (алізіну та гідроксіалізу). Ці групи беруть участь у формуванні ковалентних зв'язків між собою та іншими залишками лізину та гідроксилізину сусідніх молекул тропоколагену.

Численні поперечні зшивки, що формуються стабілізують структуру фібрил, утворюється нерозчинний колаген. Кількість зшивок у молекулі білка збільшується із віком, що уповільнює його катаболізм. Деякі види колагенів не утворюють фібрил.

6. Утворення колагенових волокон відбувається шляхом агрегації фібрил36). Вони мають високу механічну міцність, утворюють тривимірну сітку, яка заповнюється іншими речовинами міжклітинного матриксу.

Катаболізм колагену відбувається повільно. Протеолітичні ферменти тканин та шлунково-кишкового тракту не розщеплюють його. Руйнування колагену викликають активні форми кисню та специфічні тканинні колагенази). Фермент синтезується клітинами сполучної тканини та має високу специфічність). Колагеназа «перерізає» потрійну спіраль колагену (відразу 3 ланцюги) на відстані ¼ від Скинця, між залишками гліцину та лейцину (ізолейцину).

Фрагменти, що утворюються водорозчинні, при температурі тіла вони спонтанно денатурують і стають доступними для дії клітинних протеаз (катепсинів).

Регуляція метаболізму колагену відбувається за рахунок кількох механізмів:

Негативний зворотний зв'язок. Колаген та Nпропептиди гальмують трансляцію колагену.

Дія активаторів та інгібіторів:

 аскорбінова кислота стимулює синтез колагену та протеогліканів, проліферацію фібробластів;

 вітаміни РР, В6, іони Cu++ сприяють «дозріванню» колагену (формуванню внутрішньо та міжланцюгових ковалентних зшивок;

 плазмін, калікреїн, катепсин В, іони Zn – активатори колагенази, тобто. сприяють гідролізу колагену.

Гормональне регулювання:

- Гальмують синтез колагену на рівні трансляції (зменшують кількість мРНК, що кодують структуру проколагену);

- інгібують посттрансліційну модифікацію проколагену (гідроксилювання залишків проліну та лізину) шляхом зниження активності пролілізилгідроксилази).

Статеві гормони:

- Активують синтез колагену. Рецептори до статевих гормонів знаходяться у стромі статевих органів, фібробластах інших органів та тканин;

- Естрогени сприяють синтезу колагену в шкірі.

Синтез колагену збільшується при загоєнні ран, цирозі печінки, атеросклерозі, м'язових дистрофіях, внаслідок чого на місці рани утворюється сполучнотканинний рубець, загиблі гепатоцити, клітини судинної стінки, міоцити заміщаються сполучною тканиною, в якій фібрили хала.

Швидкість обміну колагену уповільнюється із віком. У молодих він інтенсивніший, ніж у людей старшого віку. Кількість поперечних зшивок у колагені людей похилого віку значно вища, ніж зменшує його доступність для дії колагенази.

Порушення обміну колагену (колагенози) виникають внаслідок:

Генних мутацій, що призводять до зміни нативної структури потрійної спіралі або неправильного формування фібрил колагену;

Порушення посттрансляційних модифікацій протеїну через зниження активності ферментів:

Гідроксилювання (пролін, лізингідроксилази);

Глікозилювання (глікозилтрансфераз);

Пептидаз (Nпроколагенової та Спроколагенової);

«дозрівання» колагену (лізилоксидази);

Дефіцит вітамінів С, В6, міді;

Інфекційно-алергічних захворювань.

Характерними проявами колагенозів є ушкодження кісток, суглобів, зв'язок, хрящів, шкіри, судин, розвиток міопатії. Порушення синтезу колагену є причиною таких захворювань, як синдром Елерса Данлоса, хвороба Марфана, недосконалий остеогенез, ревматизм, ревматоїдний артрит, системний червоний вовчак, системна склеродермія та інші.

Теги: ,

Важливими компонентами сполучної тканини є колаген, фібробласти, еластин та гіалуронова кислота. Кількість цих речовин у ній прямо пропорційна молодості нашої шкіри. Колаген – це білок, що становить основу сполучної тканини, що забезпечує її міцність та пружність. Еластін - інший тип білка, що відповідає за еластичність тканин, що дозволяє їм відновлюватися. Фібробласти синтезують міжклітинний матрикс. А гіалуронова кислота – желеподібна речовина, яка заповнює простір між ними. Можна сказати, що це три кити, на яких стоїть молодість та краса нашої шкіри.

Що таке колаген

З хімічної точки зору колаген – це фібрилярний білок, який має правозакручену спіральну структуру з трьох амінокислотних ланцюгів. Амінокислотні ланцюги сплетені між собою у вигляді джгута і за силою міцнішою стали. А все тому, що до складу молекули колагену входить структурний білок тропоколаген, який надає їй небувалої еластичності та міцності.

Завдяки своїй спіральній формі колаген дозволяє сполучній тканині залишатися у хорошому стані. А з неї організовані зовнішні покриви всіх органів.

Колаген – це фібрилярний білок із трьох амінокислотних ланцюгів

Колаген входить до складу судин кровоносної системи, кісткової, хрящової та зубної тканини, до складу сухожиль і зв'язок. Можна сказати, що ми буквально наповнені колагеном. Але особливо багато їх у шкірі: 70 % загальної кількості всіх білків перебуває у ній.

Колаген в організмі виконує певні функції:

  • протекційну;
  • підтримуючу;
  • регенеруючу;
  • разом з еластином сприяє еластичності та міцності тканини.

Завдяки своїм унікальним властивостям колаген «склеює» усі клітинні комплекси. Якби не він, то наш організм буквально розсипався б на атоми. Колаген виконує функцію деякого унікального пластиліну.

Типи колагену

Колаген буває різних типів. Він має різну структуру та походження. На сьогоднішній день відомо 19 його типів, які відрізняються один від одного за структурою пептидних ланцюгів, роллю та місцезнаходженням в організмі.

Типів колагену, що утворюють потрійну спіраль, значно більше близько 30. Відрізняються вони один від одного ступенем модифікації та амінокислотною послідовністю. Ми розглянемо основні його види:

  • колаген, що утворює довгі фібрили: до нього відносяться колаген типу I, III, V та XI типів. Більшість колагену в організмі складають тип I і III, які є дуже міцними фібрилами. Фібрили – це ниткоподібні білкові структури, які знаходяться у клітинах та тканинах людини. Це майже 90% всього колагену у шкірі.
  • колаген, що утворює мережі: до нього відноситься колаген IV типу. Він утворює мережу базальних мембран. Базальна мембрана - це безклітинний шар шкіри, що розділяє епітелій від ендотелію. Вона включає два пласти: світлий і темний. Якщо колаген IV типу має здорову структуру, то й базальна мембрана знаходиться в хорошому стані і міцно тримає ці два шари. Тобто шкіра при цьому виглядає пружною, свіжою та еластичною.
  • колаген, що утворює «заякорені» фібрили: до нього відноситься колаген VII типу. Цей тип колагену є якорями-затискачами, які захоплюють і міцно тримають колагенові фібрили. Це гармонійний процес є добре налагоджене функціонування всіх типів колагену. Завдяки цьому процесу колаген синтезується вчасно і в результаті шкіра виглядає молодою та свіжою.
  • колаген, пов'язаний із фібрилами. Цей тип колагену з'єднує фібрили один з одним та з іншими складовими частинами позаклітинного матриксу. До нього належить колаген IX, XII, XIV та XVI типів.

Незважаючи на те, що колаген вживається в косметології досить давно, він досі викликає масу суперечок та навколонаукових дебатів. Цілком точно можна сказати, що спекуляції навколо колагену цілком вистачає. Чим викликав до себе такий інтерес невинний білок? А тим, що останнім часом на косметичному ринку з'явився колаген «рослинного та рослинно-морського походження».


Колаген міститься в косметичних засобах, що омолоджують.

Увага! Колаген – це білок тваринного походження. Жодного колагену «рослинного походження з пшеничних протеїнів» або, що ще абсурднішого, колагену «рослинно-морського походження» в природі не буває і бути не може.

Існує колаген морських риб (китів, акул), але ніяк не «рослинно-морський».

Усе це лише маркетинговий хід. Передісторія цього явища пов'язана з випадками захворювань великої рогатої худоби, що почастішали, вірусом коров'ячого сказу (пріонне захворювання). Оскільки джерелом колагену в косметології служить саме велику рогату худобу, то споживачі стали побоюватися косметичної продукції з його основі.

Деякі косметичні фірми стали пропонувати споживачам як альтернативу аналог тваринного колагену – «рослинний колаген». Часто такі пропозиції супроводжуються принауковими коментарями про безперечні переваги «колагену рослинно-морського походження».

Зрозуміло, що вводячи в оману споживача, виробники рослинного колагену лобіюють свою продукцію. У препаратах на основі рослинного білка, можливо, є колагеноподібні структури, але це далеко не нативний колаген, і наскільки ефективні такі препарат визначити важко.

До того ж використання хворих тварин на підприємствах з переробки шкіряної сировини цілком виключено завдяки ретельному багаторазовому ветеринарно-санітарному контролю. Відповідно до прийнятих міжнародних стандартів шкіри тварин піддаються ретельній санітарній обробці.

Очищення колагену дуже довгий та трудомісткий хімічний процес. Він займає тривалий час і має кілька щаблів.

Як діє колаген у косметичному засобі

Колаген у кремі здатний надавати кілька важливих функцій. По-перше, він має значну зволожуючу дію. По-друге, колаген демонструє широкі загоювальні можливості. По-третє, він є провідним структуроутворюючим інгредієнтом косметичного засобу, виконуючи роль певної матриці, де інші компоненти посилюють свою дію.

Натуральний колаген у складі кремів, емульсій і сироваток, стикаючись зі шкірою під дією температури тіла, вступає в хімічну реакцію, утворюючи низькомолекулярні та водорозчинні сполуки. Ці сполуки за допомогою ехансерів (провідників), присутніх у косметичному засобі, здатні обминути роговий шар та підключатися до обмінних реакцій, що стимулюють регенеративні процеси у шкірі.

Варто уточнити, що коли ми говоримо про колаген у косметичному засобі, йдеться лише про гідролізат колагену. Гідролізат – це продукт, отриманий у процесі гідролізу. Гідроліз - це розщеплення складної речовини за допомогою води. Такі методи переробки сировини застосовують для її кращого засвоєння організмом. Наприклад, колаген розщеплюється на легкодоступні для засвоєння білки, амінокислоти та пептиди.

Сировину, що використовується в косметології, одержують із природних джерел: шкур великої рогатої худоби. Такий колаген піддається багатофазовому очищенню від небажаних домішок, але його молекулярна маса є досить «важкою» для проникнення в дерму. З цієї причини колаген гідролізують.

Вибираючи крем, ретельно досліджуйте інгредієнти, що входять до його складу. Пам'ятайте, що колаген і еластин повинні бути у формі гідролізату, в такій формі вони проникають через роговий шар і демонструють свої властивості, що регенерують. Але це аж ніяк не відноситься до гіалуронової кислоти. Колаген та еластин – білки, їх можна піддавати гідролізу, а гіалуронова кислота – це хімічна сполука. Тому, побачивши на упаковці словосполучення «гідролізат гіалуронової кислоти», можете сміливо відкинути крем убік.

Чому ми втрачаємо колаген?

З роками розпад колагену в організмі переважає його синтез. Причому цей процес починається у досить молодому віці. Так само справи і з гіалуроновою кислотою і еластином. Це є закономірний біологічний процес.


Шкіра старіє при втраті колагену

Процес розпаду колагену сприяє погіршенню шкірних характеристик. Шкіра втрачає пружність та еластичність, стає в'ялою та сухою, на ній з'являються глибокі зморшки. Що ж сприяє розпаду колагену?

Причина № 1. Ультрафіолетове опромінення

Під згубним впливом ультрафіолету відбувається як зниження синтезу колагену, а й зміна його структури. Тривале опромінення ультрафіолетом типу А сприяє утворенню у шкірі вільних радикалів. Вільні радикали – це молекули-гуляки, які гуляють самі собою, вступають у хаотичні «зв'язки» з організованими молекулами, вносячи таким чином сум'яття в гармонійну роботу клітин.

Нова молекула теж стає вільно радикальною і намагається знайти вже для себе нову «жертву». Наприклад, ультрафіолет, що проникає глибоко в шкіру, може трансформувати молекули колагену у вільні радикали. Молекули колагену, що стали вільними радикалами, зв'язуються з іншими молекулами, утворюють пошкоджений колаген. Морфоструктура такого колагену порушена, він стає дефектним, внаслідок чого шкіра старіє раніше за встановлений термін. Цей процес подібний до «принципу доміно». Якщо він запускається, зупинити його зовсім не просто.

Причина № 2. Колаген руйнує фермент колагеназу

Як і будь-який білок, колаген розпадається через певний час. В організмі відбувається регулярне відновлення та заміна старого пошкодженого колагену на новий колаген. Але з роками молодого колагену стає все менше, а старого – все більше, ніж має бути. У молодому організмі існує сувора рівновага між цією пропорцією: новий – старий колаген. У процесі дорослішання шкіри ця рівновага порушується, але, як стає зрозумілим, вік не єдина причина, через яку погіршує синтез колагену.

У нашому організмі є фермент колагеназу, який розщеплює пептидні зв'язки на деяких ділянках спіралізованого колагену. Цей процес розпаду та синтезу колагену можна порівняти зі зміною пір року, тільки, у міру повторення цього процесу, синтезується молодого колагену в організмі дедалі менше. А все тому, що в молодості процес обміну колагену протікає з певною інтенсивністю, а з віком (особливо в старості) процес помітно знижується, оскільки у людей похилого віку зростає кількість поперечних зшивок між молекулами колагену.

Можна навіть сказати, що синтез колагену не так знижується, скільки змінюється його структура та якість. В результаті шкіра стоншується, ставати в'ялою, втрачає еластичність, покривається зморшками. Сучасні регенеративні технології, такі як: плазмоліфтинг, плацентотерапія, SPRS-терапія – здатні «розбудити» фібробласти та спонукати їх до синтезу колагену.

Причина № 3. Куріння сприяє руйнуванню колагену

Це банальна фраза, яка давно у всіх на слуху є незаперечною істиною. Недавні дослідження японських учених показали, що куріння стимулює вироблення молекул під назвою матриксна металопротеїназа (ММР), які сприяє деградації колагену в організмі, а зовнішній вплив сигаретного диму на шкіру сприяє його подвоєному виробленню. Після кожної викуреної сигарети синтез колагену в організмі зменшується приблизно на 40%.

Причини № 4. Нестача вітаміну С

Відомо, що вітамін С, поряд з вітамінами А, Е та селеном, є потужним антиоксидантним комплексом. Антиоксиданти – речовини, що протистоять окисленню клітин та перешкоджають утворенню вільних радикалів. Як було сказано вище, ультрафіолетове випромінювання ушкоджує молекули колагену, перетворюючи їх на вільні радикали. Нестача вітаміну С може прискорити та посилити цей процес.

Нестача вітаміну С в організмі зменшують синтез колагену та його структуру. Замість «нормального» колагену виробляється непружний дефектний колаген зі зниженою механічною міцністю. Наприклад, при нестачі в організмі вітаміну С розвивається небезпечне захворювання – цинга. При цьому відбувається ушкодження колагенових волокон.

Як відновити колаген у шкірі

На сьогоднішній день відновити колаген у шкірі можна двома шляхами:

  • заповнити його дефіцит за допомогою косметичних засобів;
  • підвищити стимулювання власного колагену

Скажімо чесно, що за допомогою косметичних кремів, емульсій та сироваток не відбувається відновлення колагену у шкірі. Ми вже писали, що колаген має високу молекулярну масу. Для того щоб він проникнув крізь роговий шар шкіри, слід використовувати гідролізат колагену. Але навіть у цьому випадку він проникає не далі за верхній шар епідермісу (епідерміс складається з п'яти шарів). Максимум на що здатний колаген у кремі: зволожувати та живить верхній шар епідермісу. І треба зазначити, робить він це чудово.


В ін'єкціях використовують розщеплений колаген, тобто молекулу хімічно обробляють до втрати видової ідентичності (дроблять на дуже дрібні частини). Ін'єкції з колагеном лише заповнюють його дефіцит у шкірі, дають хороший косметичний результат, але додаткове введення колагену в шкіру не сприяє синтезу власного колагену, а повністю блокує його вироблення.

У медицині існує такий термін, як замісна терапія. Це коли пацієнту призначають речовини (ферменти чи гормони), у яких відчуває дефіцит. Тривале застосування таких лікарських препаратів призводить до гальмування власного синтезу цих речовин, і в результаті все ускладнюється.

Тобто вираз «сидіти на колагенових ін'єкціях» стає об'єктивною реальністю. Приблизно через 3-6 місяців колаген повністю розщеплюється в організмі, і підтримки косметичного ефекту потрібно введення нових порцій.

До того ж вживання чужорідного колагену може спричинити алергічну реакцію та її відторгнення, незважаючи на високий ступінь відчищення продукту.

Для того щоб запустити синтез власного колагену, необхідна стимуляція аутологічних (власних) фібробластів (клітини сполучної тканини, що виробляють колаген, еластин та гіалуронову кислоту).

У цьому випадку слід звернутися до процедур на основі регенеративних технологій, які запускають природні омолодження. На даний момент існують декілька таких технологій: плазмоліфтинг, плацентотерапія, застосування основних амінокислот колагену та SPRS-терапія (клітинна терапія на основі аутологічних фібробластів). Плазмоліфтинг та плацентотерапія – досить відомі техніки.

Зупинимося останніх двох методиках.

Застосування основних амінокислот колагену

Як відомо, білки складаються з ключових амінокислот, і колаген не є винятком. Він складається з проліну, лізину, гліцину. Також до його складу входять дві рідкісні амінокислоти: оксипролін та оксилизин, які майже не зустрічаються в інших білках. Відповідно, підвищуючи їх надходження в дерму, можна збільшити вироблення власного колагену.

SPRS-терапія (клітинна терапія на основі аутологічних фібробластів)

Всі технології, що регенерують, на основі аутологічних (власних) речовин здатні «розбудити» клітини «від сплячки» і змусити їх згадати молодість. На цьому принципі грунтується техніка плазмоліфтингу та техніка клітинного омолодження ACR (що в принципі одне й те саме).

У чому полягає суть SPRS-терапії? У пацієнта роблять забір матеріалу (у разі шматочок шкіри), потім шляхом стандартних технологій виділяють із нього аутологічні фібробласти. Але в процесі культивування здійснюють відсів та стимуляцію лише активних та молодих клітин. Потім їх розмножують до необхідної кількості та за допомогою ін'єкцій впроваджують у ті ділянки шкіри, які потребують корекції.

Молоді, активні, а головне, власні фібробласти легко запускають обмінні процеси в клітинах і сприяють регенерації шкіри. В даний час дана методика отримала світове визнання і з успіхом застосовується як у Росії, так і в зарубіжних країнах.

Що таке фібробласти

Фібробласти – це клітини сполучної тканини, що синтезують міжклітинний матрикс. Фібробласти виділяють попередників колагену та еластину, а також глікозаміногліканів, найвідоміша з яких – гіалуронова кислота. Фібробласти є зародковою тканиною як у людини, так і тварин. Фібробласти мають різноманітну форму, залежно від місцезнаходження в організмі та від рівня своєї активності. Слово «фібробласти походять від латинського кореня «фібра» – волокно та грецького «бластос» – зародок.


Фібробласти – це клітини, що синтезують міжклітинний матрикс

Основна роль фібробластів в організмі - синтез компонентів позаклітинного матриксу:

  • білків (колагену та еластину), які утворюють фіброволокна;
  • мукополісахаридів (аморфна речовина).

У шкірі фібробласти відповідають за процес її відновлення та оновлення. Вони синтезують колаген та еластин – основний каркас шкіри та гіалуронову кислоту, що зв'язує у тканинах воду. Іншими словами, саме фібробласти є генераторами молодості та краси нашої шкіри. З роками кількість фібробластів зменшує, а фібробласти, що залишилися, втрачають свою активність.

Тому темпи регенерації шкірних покривів знижуються, колаген і еластин втрачають свою впорядковану структуру, внаслідок чого з'являється більше пошкоджених волокон, нездатних виконувати свої прямі функції. У результаті, настає вікове в'янення шкіри: в'ялість, сухість, втрата обсягів та поява зморшок.

Під впливом УФ-випромінювання в шкірі утворюються вільні радикали, що руйнують колагенові та еластичні волокна. Але не лише вільні радикали руйнують колаген та еластин. У процесі руйнування колагену та еластину також задіяні ферменти колагеназу та еластазу, які теж синтезуються фібробластами. Ферменти розщеплюють волокна білків на основні компоненти, з яких потім фібробласти виробляють попередників колагену та еластину.

Можна сказати, що фібробласти відіграють ключову роль у процесі круговороту деградації та синтезу клітин та волокон.

Ще раз назвемо основні функції фібробластів в організмі:

  • сприяють епітелізації та загоєнню пошкодженої шкіри за рахунок стимуляції кератиноцитів;
  • прискорюють проліферацію та диференціювання клітин;
  • відіграють велику роль у загоєнні ран, сприяють переміщенню фагоцитів;
  • синтезують колаген, еластин та гіалуронову кислоту;
  • беруть участь у процесах регенерації та оновлення шкірних покривів.

Як активувати фібробласти?

Вище ми дізналися, які причини старіння організму, і яку роль цьому процесі грають фібробласти. І тут народжується цілком закономірне питання: як активізувати фібробласти? Адже з віком їхня кількість не просто знижується, навіть якщо кількість фібробластів залишається незмінною, вони стають пасивними і повністю втрачають свою активність. Завдання регенеративних біотехнологій визначити методи на фібробласти, щоб змусити їх «згадати молодість». Чи є успіхи у цьому напрямі? З упевненістю можна сказати, що так.

Заповнення у шкірі білків молодості – колагену та еластину – ін'єкційним методом не дає надійних результатів омолодження. Вони здатні покращити характеристики шкіри лише на деякий час. Тобто стан шкіри стає кращим, але процес старіння не призупинений, біологічний годинник невблаганно йде вперед. І через деякий час, після деградації колагену, еластину та гіалуронової кислоти, стан шкіри залишає бажати кращого.

Найкращий засіб омолодження – це наша природна система оновлення та регенерації. Стимуляція власних ресурсів організму – ключ до нашої молодості. На даний момент існують регенеративні біотехнології, які здатні дійсно омолодити організм. Чільну роль цих методиках відводиться фібробластам.

Сучасні регенеративні технології

В основі сучасних регенеративних технологій є принцип стимуляції аутологічних дермальних фібробластів. Суть цих технологій полягає у поповненні популяції фібробластів молодими та активними клітинами. Цей метод називається SPRS-терапія, що буквально означає service for personal regeneration of skin (сервіс для індивідуального відновлення шкіри).

Як це відбувається? Зі шматочка шкіри шляхом певних лабораторних маніпуляцій виділяють фібробласти. Відбору та стимуляції піддаються лише молоді та активні фібробласти. Потім їх населення протягом деякого часу доводиться до необхідних обсягів, і вони готові для впровадження в організм. При впровадженні аутологічних (власних) фібробластів немає відторгнень і алергічних реакцій, оскільки у організм надходять свої власні клітини.

Нові фібробласти здатні регенерувати шкірні покриви протягом двох років і навіть більше. Результат помітний відразу після першого сеансу клітинної терапії. Відбувається помітне поліпшення шкірних покривів: зникає в'ялість та сухість, покращується колір обличчя та структура шкіри, повністю зникають дрібні зморшки, а глибокі стають менш помітними.

Фібробласти, стовбурові клітини та онкогенез

Багато пацієнтів ототожнюють фібробласти зі стовбуровими клітинами. Тому часто запитують, чи не є фібробласти стовбуровими клітинами? Ні, ні, і ще раз ні. Фібробласти не мають жодного відношення до стовбурових клітин, використання яких, до речі, заборонено в усьому світі. Фібробласти відносяться до зрілих, спеціалізованих для певної тканини клітин.

Вони здатні перетворитися лише на фіброцити. Фіброцити – це також клітини сполучної тканини, які здатні ділитися. Стовбурові клітини - це незрілі, недиференційовані клітини, які можуть дати початок кільком типам клітини і з яких можна виростити будь-яку тканину нашого організму.

Інше питання, яке часто ставлять пацієнти, чи здатні аутологічні фібробласти переродитися в пухлинні клітини? Це абсолютно неможливо. Фібробласти не здатні переродитися на злоякісні клітини, тому що вони не піддаються непрямому поділу клітин (мітозу). Вони запрограмовані на певну кількість поділів, після чого гинуть, а їхнє місце посідають нові клітини.

Після впровадження в шкіру фібробласти не діляться, але тривалий час виробляють необхідні речовини, що сприяють регенерації та омолодженню шкіри. Таким чином, вони залишаються абсолютно безпечними аутологічними фібробластами як у процесі культивування в лабораторії, так і в процесі впровадження в організм.

Культивовані аутологічні фібробласти піддаються суворому контролю щодо біологічної безпеки і життєздатності клітин.

Основа структурної організації колагенових фібрил – ступінчасто розташовані паралельні ряди молекул тропоколагену, які зсунуті на 1/4 відносно один одного (рис. 15-3). На схемі добре видно, що молекули колагену не пов'язані між собою "кінець у кінець", а між ними є проміжок 35 - 40 нм. Передбачається, що у кістковій тканині ці проміжки виконують роль центрів мінералізації, де відкладаються кристали кальцію фосфату. При електронній мікроскопії фіксовані та контрастовані фібрили колагену виглядають поперечно смугастими з періодом 67 нм, який включає одну темну і одну світлу смужки. Вважають, що така будова максимально підвищує опір всього агрегату навантаженням, що розтягує. Фібрили колагену утворюються спонтанно, шляхом самоскладання. Але ці фібрили ще не є зрілими, тому що не мають достатньої міцності (відомо, що зріле колагенове волокно завтовшки 1 мм витримує навантаження до 10 кг). Колагенові фібрили, що утворилися, зміцнюються внутрішньо- і міжланцюжковими ковалентними зшивками (вони зустрічаються тільки в колагені та еластині). Ці зшивки утворюються так:

  • позаклітинний мідьвмісний фермент ли-зилоксидаза здійснює окисне дезамінування ε-аміногруп у деяких залишках лізину та гідроксилізину з утворенням реактивних альдегідів (алізіну та гідроксиаллізину). Для цих реакцій необхідна присутність вітамінів РР та В6 (рис. 15-4).
  • Реактивні альдегіди, що утворилися, беруть участь у формуванні ковалентних зв'язків між собою, а також з іншими залишками лізину або гідроксилізину сусідніх молекул тропоколагену, і в результаті виникають поперечні "Ліз-Лізсшивки", що стабілізують фібрили колагену (рис. 15-5).

Кількість поперечних зв'язків у фібрилах колагену залежить від функції та віку тканини. Наприклад, між молекулами колагену

Мал. 15-3. Схема ступінчастого розташування молекул колагену в колагеновій фібрилі.

Мал. 15-4. Утворення поперечних зв'язків у колагені.А - утворення альдольної поперечної зшивки з двох бічних ланцюгів лізину; Б - утворення шиффових основ з бічних ланцюгів лізину та алізину.

ахіллового сухожилля зшивок особливо багато, тому що для цієї структури важлива велика міцність. З віком кількість поперечних зв'язків у фібрилах колагену зростає, що призводить до уповільнення швидкості його обміну у людей похилого віку та старих людей. При зниженні активності лізилоксидази, а також при нестачі міді або вітамінів РР або В 6 порушується утворення поперечних зшивок і, як наслідок, знижуються міцність та пружність колагенових волокон. Такі структури, як шкіра, сухожилля, кровоносні судини стають крихкими, легко розриваються. Докладніше ці питання розглядаються нижче у підрозділі, присвяченому еластину.