Strukturell Biokjemi / Kollagen
Kollageninnføring
Kollagen, som er det mest omfattende proteinet i pattedyr, er også den viktigste fibrøse komponenten av hud, bein, sene, brusk og tenner. Menneskets tørrvekt av hud består av over 1/3 kollagen. Dette ekstracellulære proteinet er et stavformet molekyl, omtrent 3000 Å langt og bare 15 Å i diameter. Det er minst tjueåtte forskjellige typer kollagen som består av minst 46 forskjellige polypeptidkjeder som har blitt plassert i ryggvirvler og andre proteiner som inneholder kollagenøse domener. Den definerende egenskapen til kollagen er at det er et strukturelt protein som består av en høyrehendt bunt av tre parallelle venstrehendte polyproline II-type helikser. På grunn AV den tette pakningen AV PPII-helikser i trippelhelixen, er hver tredje rest, som er en aminosyre, Gly (Glycin). Dette resulterer i et repeterende mønster Av En xaayaagly-sekvens. Selv om dette mønsteret forekommer i alle typer kollagen, er det noen forstyrrelse av dette mønsteret i visse områder som ligger i det triple spiralformede domenet til nonfibrillar kollagener. Aminosyren som erstatter Xaa i sekvensen er mest sannsynlig (2s) –prolin (Pro, 28%). Den mest sannsynlige erstatningsaminosyren I yaa-posisjonen er (2s, 4R) – 4-hydroksyprolin (Hyp, 38%). Dette betyr At prohypgly-sekvensen er den vanligste tripletten i kollagen. Mange undersøkelser har blitt gjort på å finne ut strukturen av kollagen trippel helices og hvordan deres kjemiske egenskaper påvirker kollagen stabilitet. Det har blitt funnet at stereo elektroniske effekter og preorganisering er viktige faktorer for å bestemme stabiliteten av kollagen. En type kollagen kalt type i kollagen har strukturen avslørt i detalj. Syntetisering av kunstige kollagenfibriller, som er mindre tråder av fiber, har nå vært mulig og kan nå inneholde egenskaper som naturlige kollagenfibriller har. Ved kontinuerlig å forstå de mekaniske og strukturelle egenskapene til innfødte kollagenfibriller, vil det bidra til forskning å utarbeide og utvikle måter å lage kunstige kollagenholdige materialer som kan brukes på mange aspekter av våre liv som biomedisin og nanoteknologi.
Struktur Av Kollagen
strukturen av kollagen har blitt utviklet intensivt gjennom historien. I begynnelsen la Astbury Og Bell frem sin ide om at kollagen ble gjort opp en enkelt utvidet polypeptidkjede med alle deres amidbindinger i cis-konformasjonen. I 1951 bestemte andre undersøkelser korrekt strukturen for alpha helix og beta-arket. Pauling Og Corey legger frem sin struktur at tre polypeptidstrenger dannes sammen gjennom hydrogenbindinger i en spiralformet konformasjon. I 1964 utviklet Ramachandran Og Kartha en avansert struktur for kollagen ved at Det var en høyrehendt trippelhelix av tre venstrehendte polypeptid 2-helikser med alle peptidbindingene i transkonformasjonen og to hydrogenbindinger i hver triplett. Etterpa ble strukturen slipt Av Rich og Crick til den aksepterte triple helix-strukturen i dag, som inneholder en enkelt interstrand Nh (Gly)…O = c (Xaa) hydrogenbinding per triplett og en tidoblet spiralformet symmetri med en 28,6 A aksial gjentakelse.
Funksjon og mangfold
Kollagen, som er tilstede i alle multicellulære organismer, er ikke ett protein, men en familie av strukturelt relaterte proteiner. De forskjellige kollagenproteinene har svært forskjellige funksjoner. De ekstremt harde strukturer av bein og tenner inneholder kollagen og en kalsiumfosfatpolymer. I sener danner kollagen taulignende fibre med høy strekkstyrke, mens kollagen i huden danner løst vevde fibre som kan ekspandere i alle retninger. De forskjellige typer kollagen er preget av forskjellige polypeptidblandinger. Hvert kollagen består av tre polypeptidkjeder, som kan være alle identiske eller kan være av to forskjellige kjeder. Et enkelt molekyl av type i kollagen har en molekylvekt på 285kDa, en bredde på 1,5 nm og en lengde på 300nm.
| Type | Polypeptidsammensetning | Distribusjon |
|---|---|---|
| I | 2, alfa 2 (I) | Hud, bein, sene, hornhinne,blodkar |
| II | 3 | Brusk, intervertebral disk |
| III | 3 | Fetal hud, blodkar |
| IV | 2, alfa 2(IV) | Kjellermembran |
| V | 2, alfa 2(V) | Placenta,hud |
Oversikt over Biosyntese
Kollagen polypeptider syntetiseres av ribosomer på det grove endoplasmatiske retikulum (RER). Polypeptidkjeden passerer deretter GJENNOM RER-og Golgi-apparatet før den blir utskilt. Underveis er Det post-translasjonelt modifisert: pro-og Lys-rester blir hydroksylert og karbohydrat tilsettes. Før sekresjon kommer tre polypeptidkjeder sammen for å danne en trippel-spiralformet struktur kjent som prokollagen. Prokollagen utskilles deretter i de ekstracellulære romene i bindevevet hvor eextensions av polypeptidkjedene ved Både N-og C-termini (forlengelsespeptider) fjernes av peptidaser for å danne troppkollagen. Tropokollagenmolekylene aggregerer og er i stor grad tverrbundet til procuce den modne kollagenfiberen.
Stabilitet Av Triple Helix Struktur
Kollagen er viktig For dyr som den inneholder mange viktige egenskaper som termisk stabilitet, mekanisk styrke, og evnen til å binde og samhandle med andre molekyler. Å vite hvordan disse egenskapene påvirkes krever en forståelse av strukturen og stabiliteten til kollagen. Bytte aminosyrer i stedet For Noen Av XaaYaaGly-posisjonene kan påvirke strukturen og stabiliteten til kollagen på mange måter.
Glysin Substitusjoner
Erstatte Glysin posisjon I xaayaagly sekvens ofte føre til sykdommer har det er forbundet med mutasjoner i triple spiralformede og ikke triple-spiralformede domener av en rekke kollagener. De skadelige mutasjonene til kollagen er forårsaket av substitusjonen Av Gly involvert i de siste hydrogenlegemene i trippelhelixen. For eksempel kan aminosyren som erstatter Gly og plasseringen av substitusjonen påvirke patologien til osteogenese. Erstatte Gly i prolin rike områder av kollagen sekvensen har mindre avbrudd deretter områdene av prolin fattige regioner. Tidsforsinkelsen forårsaket Av Glycinsubstitusjoner resulterer i en overmodifisering av protokollagenkjedene, som endrer den normale tilstanden til trippelhelixstrukturen og dermed bidrar til utvikling av osteogenese.
høyere orden kollagen Struktur.
Kollagen består av hierakarkale komponenter fra de mindre enhetene av individuelle tc-monomerer som selv samler seg inn i makromolekylære fibre. I type 1 kollagen utgjør monomerer mikrofibriller som deretter utgjør fibris.
Fibril Struktur.
TC monomerer av type 1 kollagen har en merkelig funksjon ved at de er ustabile ved kroppstemperatur, noe som betyr at de foretrekker å være uordnet i stedet for strukturert og orden. Spørsmålet er at hvordan kan noe ustabilt være en komponent i noe så stabilt, som triple helix-strukturen av kollagen. Svaret på dette spørsmålet er at kollagenfibrillogenese stabiliserer trippelhelixen, noe som betyr at når monomerene dannes sammen, har de en stabiliserende effekt. Dette bidrar til styrken av kollagen triple helix-strukturen.
Kollagenfibrillogenese oppstår ved dannelse av mellomstore fibrilsegmenter kalt mikrofibriller. Det er to viktige spørsmål som må besvares for å forstå den molekylære strukturen av kollagenfibriller. Det første spørsmålet er hva som er arrangementet av de enkelte tc-monomerer som utgjør mikrofibrilen. Det andre spørsmålet er da hvordan disse mikrofibrils utgjør kollagen fibril. Disse spørsmålene er vanskelige å svare på fordi individuelle naturlige mikrofibriller ikke kan isoleres, og den store størrelsen og uoppløseligheten av modne kollagenfibriller gjør det umulig for standardteknikker å finne ut strukturen.
