構造生化学/コラーゲン
コラーゲンはじめに
哺乳類で最も豊富なタンパク質であるコラーゲンは、皮膚、骨、腱、軟骨、歯の主要な繊維成分でもあります。 人間の皮膚の乾燥重量は1/3以上のコラーゲンで構成されています。 この細胞外タンパク質は棒状の分子であり、長さは約3000Å、直径はわずか15Åである。 椎骨およびcollagenous範囲を含んでいる他の蛋白質に置かれた少なくとも46のポリペプチドの鎖から成っているコラーゲンの少なくとも28のタイプがあ コラーゲンの決定的な特徴は、三つの平行左利きポリプロリンII型ヘリックスの右利きバンドルで構成されている構造タンパク質であることです。 三重らせん内のPPIIヘリックスのタイトなパッキングのため、アミノ酸であるすべての第三の残基は、Gly（グリシン）です。 これにより、XaaYaaGly配列の繰り返しパターンが得られる。 このパターンがすべてのタイプのコラーゲンに起こるが、nonfibrillar collagensの三重の螺旋形の範囲の内であるある特定の区域のこのパターンの中断があります。 配列中のＸａａを置換するアミノ酸は、（２Ｓ）−プロリン（Ｐｒｏ、２ ８％）である可能性が最も高い。 Yaa位置の最も可能性の高い置換アミノ酸は、（2s、4R）-4-ヒドロキシプロリン（Hyp、38％）である。 これはProHypGly順序がコラーゲンの共通の三重項であることを意味します。 多くの研究はコラーゲンの三重の螺旋形の構造および化学特性がコラーゲンの安定性にいかに影響を与えるか把握で行われました。 ステレオの電子効果およびpreorganizationがコラーゲンの安定性の決定の重要な要因であることが分りました。 タイプIのコラーゲンと呼ばれるタイプのコラーゲンに詳しく明らかにされる構造があります。 繊維のより小さい繊維である人工的なコラーゲンの原線維の総合は今可能で、自然なコラーゲンの原線維が持っている特性を今含むことができます。 天然コラーゲン原線維の機械的および構造的性質を継続的に理解することにより、生物医学やナノテクノロジーなど、私たちの生活の多くの側面に適用
コラーゲンの構造
コラーゲンの構造は歴史を通して集中的に開発されてきました。 最初に、AstburyおよびBellはコラーゲンがシス形の配座のすべてのアミドの結束が付いている単一の延長ポリペプチドの鎖の上で構成されていたという考え 1951年、他の研究ではαヘリックスとβシートの構造が正しく決定された。 PaulingとCoreyは、三つのポリペプチド鎖が螺旋状の立体配座の水素結合を介して一緒に形成されるという構造を示した。 1964年、RamachandranとKarthaは、トランス配座にすべてのペプチド結合と各三重項に2つの水素結合を持つ3つの左利きのポリペプチド2ヘリックスの右利きの三重ヘリックスであるという点で、コラーゲンの高度な構造を開発した。 その後、この構造はrich and Crickによって、単一の鎖間N-H（Gly）を含む、今日受け入れられている三重らせん構造に磨かれた。..三重項あたりのO=C(Xaa)水素結合と28.6a軸リピートと十倍螺旋対称性。
機能と多様性
すべての多細胞生物に存在するコラーゲンは、一つのタンパク質ではなく、構造的に関連するタンパク質のファミリーです。 異なったコラーゲンタンパク質に非常に多様な機能があります。 骨や歯の非常に硬い構造には、コラーゲンとリン酸カルシウムが含まれています。 腱では、コラーゲンは高い引張強さのロープそっくりの繊維を形作るが、皮でコラーゲンはすべての方向で拡大できる緩く編まれた繊維を形作る。 異なったタイプのコラーゲンは異なったポリペプチドの構成によって特徴付けられます。 各コラーゲンは、３つのポリペプチド鎖から構成され、これらは全て同一であってもよく、または２つの異なる鎖のものであってもよい。 タイプIのコラーゲンの単一の分子に285kdaの分子量、1.5nmの幅および300nmの長さがあります。
| タイプ | ポリペプチドコンポジション | 分布 |
|---|---|---|
| I | 2、α2(I) | 皮膚、骨、腱、角膜、血管 |
| ⅱ | 3 | 軟骨、椎間板 |
| III | 3 | 胎児の皮、血管 |
| IV | 2、α2(IV) | 基底膜 |
| V | 2、アルファ2(V) | 胎盤、皮膚 |
の概要 生合成
コラーゲンポリペプチドは、粗い小胞体（RER）上のリボソームによって合成される。 次いで、ポリペプチド鎖は、分泌される前にＲＥＲおよびゴルジ装置を通過する。 途中でそれは翻訳後修飾されます：Pro残基とLys残基はヒドロキシル化され、炭水化物が添加されます。 分泌の前に、3つのポリペプチドの鎖はprocollagenとして知られている三重螺旋形の構造を形作ることを一緒に来ます。 ProcollagenはnおよびCのtermini（延長ペプチッド）両方のポリペプチドの鎖のeextensionsがpeptidasesによってtroppcollagenを形作るために取除かれる結合組織の細胞外スペースにそれから分泌 Tropocollagenの分子はprocuceに成長したコラーゲン繊維集まり、広く架橋結合されます。
三重らせん構造の安定性
コラーゲンは、熱安定性、機械的強度、他の分子と結合し相互作用する能力など、多くの重要な特性を含んでいるため、動物 これらの特性がどのように影響を受けるかを知るには、コラーゲンの構造と安定性を理解する必要があります。 XaaYaaGly位置の何れかの代わりにアミノ酸を取り替えることは多数の方法でコラーゲンの構造そして安定性に影響を与えることができます。
グリシン置換
XaaYaaGly配列内のグリシン位置を置換することは、様々なコラーゲンの三重ヘリカルおよび非三重ヘリカルドメインにおける変異と関連している疾患を引き起こすことが多い。 コラーゲンへの有害な突然変異は三重の螺旋形内の最後の水素のbodにかかわるGlyの取り替えによって引き起こされます。 例えば、Ｇｌｙを置換するアミノ酸および置換の位置は、骨形成の病理に影響を及ぼすことができる。 コラーゲン順序のプロリンの豊富な区域のGlyを代わりにすることにより少ない中断がそしてプロリンの悪い地域の区域あります。 グリシン置換によって引き起こされる時間遅延は、トリプルヘリックス構造の正常な状態を変化させ、したがって骨形成の発達に寄与するプロトコラーゲン鎖の過剰修飾をもたらす。
高次コラーゲン構造。
コラーゲンは、個々のTC単量体のより小さな単位から構成されており、高分子繊維に自己集合する。 タイプ1のコラーゲンでは、単量体はfibrisを構成するmicrofibrilsを構成します。
1型コラーゲンのTC単量体は、体温で不安定であるという奇妙な特徴を持っています。 問題は、コラーゲンの三重らせん構造のように、不安定なものがどのようにして安定したものの構成要素になることができるかということです。 この質問への答えは単量体が一緒に形作るとき意味するコラーゲンのfibrillogenesisが三重の螺旋形を安定させること安定化の効果をもたらすことです。 これはコラーゲンの三重の螺旋形の構造の強さに貢献します。
コラーゲン線維形成は、ミクロフィブリルと呼ばれる中間サイズの線維セグメントの形成によって起こる。 コラーゲン線維の分子構造を理解するために答えられる必要がある2つの本質的な質問があります。 最初の質問は、マイクロフィブリルを構成する個々のTC単量体の配置は何であるかです。 第2質問はそれらのmicrofibrilsがコラーゲンの原繊維をいかに構成するかそれからです。 これらの質問は個々の自然なmicrofibrilsが隔離することができないし、成長したコラーゲンの原線維の大きいサイズそしてinsolubilityが標準的な技術が構造を把握する
