Коллагеновые волокна. Образование, строение, свойства, биологическое значение

1. Молекулы тропоколлагена I, II, III типов спонтанно выстраиваются параллельно, со сдвигом на 1/4 относительно друг друга. Концы тропоколлагена располагаются не притык, между ними имеется промежуток в 35—40 нм (в костной ткани в промежутки откладываются кристаллы гидроксиаппатита). Так образуются микрофибриллы, которые далее объединяются в фибриллы. Появившиеся фибриллы незрелы, они не обладают механической прочностью.

2. Процесс созревания фибрилл происходит при образовании ковалентных сшивок внутри и между молекулами тропоколлагена.

а). Внеклеточная лизилоксидаза (РР, В₆, Cu²⁺) осуществляет окислительное дезаминирование в некоторых остатках лизина и гидроксилизина с образованием активных альдегидов: аллизина и гидроксиаллизина.

б). активные альдегиды образуют ковалентные связи между собой, а также с другими остатками лизина или гидроксилизина. В результате возникают очень прочные зрелые фибриллы.

3. Далее зрелые фибриллы агрегируют в коллагеновые волокна.

Коллагеновые волокна находятся преимущественно в тканях, которые испытывают значительную механическую нагрузку (кости, сухожилия, хрящи, межпозвоночные диски, кровеносные сосуды), а также входят в состав стромы паренхиматозных органов.

Количество поперечных связей в фибриллах зависит от функции и возраста ткани. Между молекулами тропоколлагена ахиллова сухожилия сшивок особенно много, так как для этой структуры важна большая прочность. С возрастом количество поперечных связей в фибриллах тропоколлагена возрастает, что приводит к замедлению скорости его обмена у пожилых и старых людей.

Регуляция синтеза коллагена

Синтез коллагена стимулируют половые гормоны, аскорбиновая кислота (а также синтез протеогликанов и пролиферацию фибробластов).

Синтез коллагена тормозят глюкокортикоиды (путём снижения уровня мРНК проколлагена и ингибированием активности пролил-и лизилгидроксилазы), сам коллаген и N-пpoпептиды после своего отщепления.

Патологии образования коллагена

При дефиците витамина С нарушается гидроксилирование пролина и лизина, и образуются менее прочные коллагеновые волокна. В результате развивается цинга, при которой наблюдаются: повышенная хрупкость и ломкость кровеносных сосудов, множественные точечные кровоизлияний под кожу и слизистые оболочки, кровоточивость дёсен, выпадение зубов, анемия.

При снижении активности проколлагенпептидаз (синдром Элерса-Данло-Русакова, тип VII) концевые пропептиды проколлагена не отщепляются, нарушается образование тропоколлагена и образование нормальных коллагеновых волокон. Клинически это проявляется малым ростом, искривлением позвоночника, привычными вывихами суставов, высокой растяжимостью кожи.

При снижении активности лизилоксидазы, при недостатке меди, витаминов РР, В₆ нарушается образование поперечных сшивок и, снижается прочность и упругость коллагеновых волокон. Такие структуры, как кожа, сухожилия, кровеносные сосуды, становятся хрупкими, легко разрываются.

Также существует ряд наследственных заболеваний, связанных с нарушением структуры или синтеза коллагена. Основная причина — мутации в генах коллагена, которые широко представлены в разных хромосомах.

При многих заболеваниях наблюдают не только костно-суставную патологию или изменения со стороны кожи, но и ярко выраженные висцеральные проявления: поражения кишечника, почек, лёгких, сердца, сосудов.

Тип колла­гена	Ген	Локализация коллагена в тканях	Заболевания	Причина	Клинические проявления
I	COL1A1 COL1A2	Кости, кожа, связки, сухожилия, склера, роговица, строма внутренних органов	Несовер­шенный остеогенез	Мутации в генах (более 160). Самая неблаго­приятная — замена глицина на другую АК, в резуль­тате чего в проколлагена появляется перелом или изгиб, и нормальная тройная спираль не образуется	Повышенная ломкость костей, аномалии зубов, треугольная форма лица, гиперподвижность суставов, голубые склеры
II	COL2A1	Хрящи, межпозво­ночные диски, стекловидное тело	Болезнь Книста	Деления в гене, которая приводит к синтезу укороченных цепей коллагена	Укорочение и дефор­мации конечностей, туго-подвижность суставов, кифосколиоз, миопия высокой степени
			Синдром Стиклера и Вагнера	Образование терминиру­ющего кодона, вследст­вие чего в стекловидном теле синтезируется поло­вина молекулы коллагена	Прогрессирующая миопия, часто отслойка сетчатки; патология сус­тавов по типу хроничес­кого остеоартрита
III	COL3A1	Кожа, сосуды, строма паренхима­тозных органов, матка	Синдром Элерса-Данло - Русакова, IV тип	Мутации в гене (более 20). Синтезируется молекула коллагена с нарушением первичной структуры, которая отли­чается сниженной ста­бильностью. Фибриллы тоньше нормальных и менее организованы	Спонтанные разрывы крупных сосудов, перфорации кишечника, разрывы беременной матки, спонтанный пневмоторакс
IV	COL4A3-COL4A6	Вязальные мембраны (почки и легкие)	Синдром Альпорта	Мутации в генах, которые сопровождаются нарушением образования базальных мембран	Преимущественное пора­жение почек, прояв­ляющееся гематурией и протеинурией; при
			Синдром Гудпасчера	Образование антител к молекулам коллагена IV типа	временно развивается диффузный эзофагеаль-ный лейомиоматоз (до­брокачественная опухоль гладких мышц пищевода). Гломерулонефрит, лёгочный гемосидероз
VII	COL7A1	Кожа	Буллёзный эпидермолиз	Мутации в гене, приводящие к снижению общего количества «заякоренных» фибрилл в коже, а также синтез дефектных фибрилл	Эпидермис слабо связан с дермой, легко слущивается и образует пузыри (буллы), которые легко травмируются, и на их месте образуются эрозии