Коллаген.
Его строение и структура
- КОЛЛАГЕН
(от греч. kolla-клей и -genes - рождающий, рожденный)
- фибриллярный белок, составляющий основу
соединительной ткани животных (кожи,
связок, сухожилий, костей, хрящей и др.)
и обеспечивающий ее прочность.
- Молекула
коллагена представляет собой правозакрученную
спираль из трёх α-цепей. Такое образование
известно под названием тропоколлаген.
Один виток спирали α-цепи содержит три
аминокислотных остатка. Молекулярная
масса коллагена около 300, длина 300 нм,толщина
1,5 нм.
Первичная
структура коллагена
- Первичная
структура представляет собой левозакрученную
полипептидную цепь без водородных
связей.
- Для первичной
структуры белка характерно высокое содержанием
глицина, низкое содержание серосодержащих
аминокислот и отсутствие триптофана.
Вторичная
структура
- Суперспираль:
3 полипептидные цепи сворачиваются в
тройную, линейную, правозакрученную спираль.
Тройная спираль стабилизируется многочисленными
межцепочечными поперечными сшивками
между лизиновыми и гидроксилизиновыми
остатками.
Третичная
структура
- В каждой
из трех цепочек (A, B, C) отмечаются
то, что связи, соединяющие дополнительные
цепочки с водородным атомом α, исходят
из центра тройного пучка, тогда как α-углеродные
атомы глицина с двумя водородными атомами
находятся вблизи центра.
Четвертичная
структура
- Пять
тройных спиралей тропоколлагена, выказывающих
взаимный сдвиг на интервал в 67 нм, в результате
чего образована цилиндрическая формация
диаметром в 4 нм.
Типы коллагена
- Изоколлагены
типов I-III – фибрилформирующие коллагены
- Типы
IV и VII – сетьформирующие коллагены
- Изоколлагены
IX и XII – фибрилассорциируемые коллагены
- Так, сухожилия
рассчитаны на сопротивление напряжению
и построены из параллельных пучков
волокон коллагена I типа, хрящи
– на сопротивление давлению и
содержат трехмерную сеть тонких волокон
коллагена II типа, стенки сосудов и
кожа – на растяжение в разных направлениях
и имеют в своем составе
смесь коллагенов I типа и III типа, базальные
мембраны
Изменение
коллагена при сухом и мокром
нагреве
- При подогревании
влажного коллагена на определенную
температуру происходит выраженное
структуральное изменение, сопровождаемое
повышенным набуханием и наличием измененных
физико-химических свойств. Образуется
желатин. При температуре подогрева
происходит лишь незначительное растворение
нормального коллагена физиологически
зрелой коллагенной ткани. Данное превращение
в сухом состоянии не наступает даже при
таких температурах, которые ведут к пиролитическому
разложению протеинов.
Кислоты и
щелочи взаимодействуют с коллагеном
в следующих направлениях:
- химическое
связывание с аминными и карбоксильными
группами как свободными, так и образовавшимися
в результате разрыва меж- и внутримолекулярных
связей;
- разрыв
электровалентных связей;
- разрыв
водородных связей, например, между -СО-
и -NH-группами пептидных цепей;
- разрушение
амидов кислот с выделением аммиака;
- разрушение
поперечных меж- и внутримолекулярных
ковалентных связей, в результате чего
возможно возникновение в боковых цепях
некоторого количества свободных карбоксильных
или аминных групп или тех и других вместе
и -ОН-групп;
- разрыв
связей в главных цепях с образованием
свободных карбоксильных и аминных групп.
Действие
кислот, щелочей, солей на коллаген
- В растворах
солей коллаген претерпевает ряд
изменений, которые зависят от их
природы, концентрации, температуры
и длительности воздействия раствора.
Действие кислот, щелочей и некоторых
нейтральных солей может привести
коллаген в растворенное состояние.
Растворимые продукты, образующиеся
в начальных стадиях распада
коллагена, называются глутин и желатина.
Они представляют собой коллоидные растворы,
застудневающие на холоде даже при минимальных
концентрациях белка и дающие ряд характерных
цветных реакций.
- При взаимодействии
коллагена с солями тяжелых металлов
образуются устойчивые к действию горячей
воды соединения с более высокой
температурой сваривания.
- Облучение
коллагена вызывает образование в его
структуре свободных радикалов, которые
могут быть активными центрами различных
реакций. При умеренных дозах облучения
γ-лучами преобладает структурирование,
способствующее улучшению физико-механических
свойств коллагена. При облучении высокими
дозами коллаген деструктурируется. Во
влажном состоянии он более чувствителен
к облучению, чем в сухом.
Коллагеновые
материалы
- Из
продуктов растворения коллагена
можно получить коллагеновые пленки,
губки, нити, трубки и др.
- Коллагеновыми
материалами лечат раны, ожоги, трофические
язвы, пульпиты, их используют для пластики
сосудов, клапанов, трахеи, закрытия дефектов
кожи ожоговой или травматической этиологии,
дефектов кости, твердой мозговой оболочки,
роговицы, барабанной перепонки, печени
и селезенки, а также в качестве шовного
рассасывающегося материала и гемостатических
средств и тампонов для заполнения костных
полостей и т.д.