Strukturní Biochemie/Kolagen

Kolagenu Úvod
Kolagenu, který je nejhojnějším proteinem u savců, je také hlavní vláknitá složka kůže, kosti, šlachy, chrupavky a zuby. Suchá hmotnost kůže člověka se skládá z více než 1/3 kolagenu. Tento extracelulární protein je molekula ve tvaru tyčinky, asi 3000 Å dlouhá a pouze 15 Å v průměru. Existuje nejméně dvacet-osm různých typů kolagenu, které jsou tvořeny nejméně 46 rozdílných polypeptidových řetězců, které byly umístěny v obratlů a jiných proteinů, které obsahují kolagenní domén. Určující charakteristikou kolagenu je, že to je strukturální proteiny, které jsou složeny z praváky svazek tři paralelní-levák polyproline II-typ spirál. Vzhledem k těsnému balení spirál PPII uvnitř trojité šroubovice je každý třetí zbytek, což je aminokyselina, Gly (Glycin). To má za následek opakující se vzor xaayaagly sekvence. Ačkoli se tento vzorec vyskytuje u všech typů kolagenu, v určitých oblastech umístěných v trojité spirálovité doméně nefibrilárních kolagenů dochází k určitému narušení tohoto vzoru. Aminokyselina, která nahrazuje XAA v sekvenci, je s největší pravděpodobností (2S) – prolin (pro, 28%). Nejpravděpodobnější náhradní aminokyselinou v poloze Yaa je (2s, 4R)-4-hydroxyprolin (Hyp, 38%). To znamená, že ProHypGly sekvence je nejběžnější triplet v kolagenu. Mnoho výzkumů bylo provedeno na zjištění struktury kolagenových trojitých šroubovic a jak jejich chemické vlastnosti ovlivňují stabilitu kolagenu. Bylo zjištěno, že stereo elektronické efekty a preorganizace jsou důležitými faktory při určování stability kolagenu. Typ kolagenu zvaný kolagen typu I má strukturu podrobně odhalenou. Syntéza umělých kolagenových fibril, které jsou menšími vlákny vlákniny, byla nyní možná a nyní mohou obsahovat vlastnosti, které mají přírodní kolagenové fibrily. Tím, že neustále pochopení mechanických a strukturálních vlastností nativních kolagenových fibril, pomůže výzkumu navrhnout a rozvíjet způsoby, jak vytvořit umělé kolagenní materiály, které mohou být použity na mnoho aspektů našeho života, jako jsou biomedicína a nanotechnologie.

Struktura Kolagenu
struktura kolagenu byl vyvinut intenzivně v celé historii. Na první, Astbury a Bell vztáhl jejich nápad, že kolagen byl vyroben jediný prodlužuje polypeptidový řetězec se všemi jejich amidové vazby v cis konformaci. V roce 1951 další výzkumy správně určily struktury pro alfa helix a beta list. Pauling a Corey uvedli svou strukturu, že tři polypeptidové řetězce jsou vytvořeny společně prostřednictvím vodíkových vazeb ve spirálovité konformaci. V roce 1964, Ramachandran a Kartha vyvinuli pokročilou strukturu kolagenu v tom, že to byl pravou rukou triple helix tří levák polypeptid 2 spirál s všechny peptidové vazby v trans konformaci a dvou vodíkových vazeb v každé trojice. Poté byla struktura vylepšena Richem a Crickem na dnes přijatou trojitou šroubovice, která obsahuje jediný interstrand N-H (Gly)…O=C(Xaa) vodíková vazba na Trojici a desetinásobná spirálová symetrie s 28,6 A axiálním opakováním.

Funkce a rozmanitost
Kolagen, který je přítomen ve všech mnohobuněčných organismu, není jeden protein, ale rodinu strukturně příbuzných proteinů. Různé kolagenové proteiny mají velmi rozmanité funkce. Extrémně tvrdé struktury kostí a zubů obsahují kolagen a polymer fosforečnanu vápenatého. V šlachách tvoří kolagen provazovitá vlákna s vysokou pevností v tahu, zatímco v kůži tvoří kolagen volně tkaná vlákna, která se mohou rozšiřovat ve všech směrech. Různé typy kolagenu jsou charakterizovány různými polypeptidovými kompozicemi. Každý kolagen se skládá ze tří polypeptidových řetězců, které mohou být všechny identické nebo mohou být ze dvou různých řetězců. Jedna molekula kolagenu typu I má molekulovou hmotnost 285 kDa, šířku 1,5 nm a délku 300 nm.

Přehled Biosyntéza
kolagenové polypeptidy jsou syntetizovány ribozomy na hrubém endoplazmatickém retikulu (RER). Polypeptidový řetězec pak prochází aparátem RER a Golgiho, než je sekretován. Po cestě se posttranslačně modifikuje: zbytky Pro a Lys se hydroxylují a přidávají se uhlohydráty. Před sekrecí se tři polypeptidové řetězce spojí a vytvoří trojitou spirálovitou strukturu známou jako prokolagen. Na prokolagenu je pak vylučován do extracelulární prostory pojivové tkáně, kde eextensions z polypeptidových řetězců, tak i u N a C termini (rozšíření peptidy) jsou odstraněny peptidázami tvořit troppcollagen. Molekuly tropokolagenu se agregují a jsou značně zesíťovány, aby vytvořily zralé kolagenové vlákno.

Stabilita Triple Helix Struktura
Kolagen je důležitý pro zvířata, protože obsahuje mnoho základních vlastností, jako je tepelná stabilita, mechanická pevnost a schopnost se spojit a komunikovat s jinými molekulami. Vědět, jak jsou tyto vlastnosti ovlivněny, vyžaduje pochopení struktury a stability kolagenu. Nahrazení aminokyselin místo kterékoli z pozic XaaYaaGly může ovlivnit strukturu a stabilitu kolagenu mnoha způsoby.

Glycin Substituce
Nahrazení Glycinu pozici v XaaYaaGly sekvence často příčinou onemocnění je spojena s mutacemi v trojité šroubovice a non triple-helikální domény řadu kolagenů. Škodlivé mutace na kolagen jsou způsobeny substitucí Gly zapojených do posledních vodíkových tělísek v trojité šroubovice. Například aminokyselina nahrazující Gly a umístění substituce může ovlivnit patologii osteogeneze. Nahrazení Gly v oblastech bohatých na prolin kolagenové sekvence má menší narušení než oblasti chudých oblastí proline. Časové zpoždění, způsobené substituce Glycinu výsledky v overmodification z protocollagen řetězců, které mění normální stav triple helix struktury a přispívá tak rozvoji osteogenesis.

struktura kolagenu vyššího řádu.

Kolagenu je tvořena hieracharcal komponenty z menších jednotek jednotlivých TC monomery, které samostatně sestavit do makromolekulární vlákna. V kolagenu typu 1 tvoří monomery mikrofibrily, které pak tvoří fibris.

Vláknitá Struktura.
TC monomerů typu 1 kolagenu mají zvláštní rys v tom, že jsou nestabilní při tělesné teplotě, což znamená, že dávají přednost být neuspořádané, spíše než strukturované a pořádek. Otázkou je, jak může být něco nestabilního součástí něčeho tak stabilního, jako je struktura trojité šroubovice kolagenu. Odpověď na tuto otázku je, že kolagenová fibrillogeneze stabilizuje trojitou šroubovice, což znamená, že když se monomery tvoří společně, mají stabilizační účinek. To přispívá k síle struktury kolagenové trojité šroubovice.

Kolagenu fibrillogenesis dochází prostřednictvím tvorby středně-velké vlákenné úseky zvané mikrovlákna. Existují dvě základní otázky, na které je třeba odpovědět, abychom pochopili molekulární strukturu kolagenových fibril. První otázkou je, jaké je uspořádání jednotlivých TC monomerů, které tvoří mikrofibril. Druhou otázkou je, jak tyto mikrofibrily tvoří kolagenový fibril. Na tyto otázky je obtížné odpovědět, protože jednotlivé přírodní mikrofibrily nelze izolovat a velká velikost a nerozpustnost zralých kolagenových vláken znemožňují standardním technikám zjistit strukturu.

Vlákna Kolagenu Typu I – TEM

biosyntéza Kolagenu (fr)