Kolagēns: definīcija, struktūra, loma saistaudos un pielietojums

Kolagēns: definīcija, struktūra, loma saistaudos un pielietojums — uzzini, kā šis būtiskais proteīns stiprina ādu, kaulus, saites un tā izmantošana medicīnā, kosmētikā un uzturā.

Kolagēns ir dabā sastopamu olbaltumvielu grupa. Dabā tas sastopams tikai dzīvniekiem, īpaši zīdītāju miesā un saistaudos. Tas ir galvenais saistaudu komponents un visizplatītākais proteīns zīdītāju organismā — tas veido aptuveni 25 % līdz 35 % no visa ķermeņa olbaltumvielu satura.

Kolagēns iegarenu fibrilu veidā galvenokārt ir sastopams šķiedrveida audos, piemēram, cīpslās, saitēs un ādā, kā arī ir bagātīgi sastopams radzenē, skrimšļos, kaulos, asinsvados, zarnās un starpskriemeļu diskos. Kolagēns veido 1 % līdz 2 % muskuļu audu un veido 6 % no spēcīgu, cīpslainu muskuļu svara. Želatīns, ko izmanto pārtikā un rūpniecībā, ir kolagēns, kas ir neatgriezeniski hidrolizēts.

Struktūra un veidi

Kolagēna pamatvienība ir trīs alfa-virknēs saliktas polipeptīdu ķēdes, kas veido stabilu trīskāršu spirāli (triple helix). Katrā ķēdē bieži atkārtojas aminoskābju secība Gly–X–Y (glicīns–prolins/hiproļins–cits). Glicīns kā mazākā aminoskābe ir nepieciešams, lai ķēdes varētu cieši salocīties.

• Galvenie kolagēna tipi: ir apmēram 28 zināmi tipi, no kuriem visbiežāk sastopami:
  • Type I — dominē ādā, kaulos, saitēs un cīpslās (visbiežākais)
  • Type II — galvenokārt skrimšļos
  • Type III — retikulārie tīkli, jaunās brūces un iekšējie orgāni
  • Type IV — pamata membrānas (basement membrane)
  • Type V — sastopams placentā, dažkārt kopā ar Type I

Biosintēze un modificācijas

Kolagēna sintēzi veic šūnas, galvenokārt fibroblasti. Procesu var īsi aprakstīt šādi:

• Ribosomā sintezējas preprokolagēna alfa-ķēdes ar signalpeptīdu.
• Signalpeptīds tiek nogriezts un prolinu/lysīnu atlikumi hidroksilējas — tas prasa vitamīnu C (askorbīnskābi) kā kofaktoru.
• Daļēja glikozilācija un trīskāršas spirāles veidošanās iekššūnu apstākļos (prokolagēns).
• Prokolagēns tiek izsecretēts ekstracelulārā telpā, propeptīdi tiek noņemti, un tropokolagēna molekulas savienojas fibrilos.
• Fibrilu stabilitāti nodrošina šķērssaitēs enzīms lysyl oxidase, kam nepieciešams varš (Cu).

Funkcijas saistaudos

• Mechaniskā izturība un strukturālais atbalsts ādai, cīpslām, saitēm un kauliem.
• Elastības un deformācijas izturības nodrošināšana kombinācijā ar elastīnu un proteoglikāniem.
• Šūnu adhēzija un signālu transdukcija — kolagēns mijiedarbojas ar šūnu recektoriem (piem., integrīniem).
• Rūpējas par audu reģenerāciju un brūču dzīšanu, jo jaunie kolagēna veidi aizpilda bojājumus.
• Veido barjeras (piem., pamatmembrāna), kas atdala dažādas audu nišas.

Degradācija un novecošana

Kolagēna noārdīšanos vidē veicina proteolītiskie enzīmi — īpaši matricālas metaloproteināzes (MMPs) un gelatināzes. Ar vecumu kolagēna sintēze samazinās, bet neenzīmatiskās šķērssaites (glicācijas produkti) palielinās, kas padara audus stīvākus un mazāk elastīgus — tas ir viens no ādas grumbu, locītavu problēmu un intersticiālo audu samazināšanās mehānismiem.

Kliniskā nozīme

• Skorbu izraisa vitamīna C deficīts, kas traucē prolinu/lysīnu hidroksilēšanu — rezultātā kolagēna šķiedras nav stabilas, parādās asiņošana, brūču sadzīšanas traucējumi un locītavu sāpes.
• Ģenētiskas kolagēna slimības: Ehlers–Danlos sindroms (dažādi tipa traucējumi kolagēna sintēzē/struktūrā) un osteogenesis imperfecta (bieži Type I kolagēna mutācijas, trausli kauli).
• Locītavu deģeneratīvas pārmaiņas (osteoartrīts) saistītas ar skrimšļa kolagēna bojājumiem.

Pielietojumi medicīnā, kosmetikā un rūpniecībā

• Medicīnā: kolagēna šķiedras un matricu biomateriāli izmanto ādas aizvietošanai, brūču aplīmēšanai, hemostatiskiem spilventiņiem un lēnās atbrīvošanas matricām zālēm. Agrāk injicējamais kolagēna pildviela tips tiek izmantots estētiskajās procedūrās.
• Kosmetika: kolagēna saturoši krēmi, serumi un maskas — uz ādas virsmas tās galvenokārt mitrina, bet pierādījumi, ka lielas kolagēna molekulas ievērojami iekļūst dziļākos slāņos, ir ierobežoti. Hidrolizētie kolagēna peptīdi (kollagēna peptīdi) iekšķīgi lietojot var sekmēt ādas elastību atsevišķos pētījumos.
• Pārtika un rūpniecība: Želatīns (hidrolizēts kolagēns) tiek izmantots pārtikas rūpniecībā, farmācijā un fotoindustrijā kā želejojošs un stabilizējošs līdzeklis.
• Biomedicīna: kolagēna balstīti materiāli (hidrogēli, šķiedru tīkli) tiek pētīti audu inženierijā, piemēram, kā šūnu audzēšanas matrica un implanti.

Avoti un uztura papildinājumi

Kolagēns dabā tiek iegūts no dzīvnieku audu (liellopu, cūkgaļas, zivju). Uzturā to satur kaulu buljoni, ādas, tunelēti zobu uzturs, kā arī hidrolizēti kolagēna peptīdi un želatīns. Uztura bagātinātāji piedāvā kolagēna peptīdus pulveros, kapsulās un šķidrumos.

Par lietderību: klīniskie pētījumi rāda, ka kolagēna peptīdi var samazināt locītavu sāpes un uzlabot ādas elastību un mitrināšanu nelielā, bieži īslaicīgā efektā. Tomēr rezultāti atšķiras — efektivitāte var būt atkarīga no devas, peptīdu veida un pētījuma kvalitātes. Tipiskas devas pētījumos svārstās no 2,5 līdz 15 g dienā.

Drošība un ētiskie apsvērumi

• Lielākoties kolagēna papildinājumi tiek uzskatīti par drošiem, ar retiem gremošanas traucējumiem (vēdera uzpūšanās, jutīgums).
• Alerģijas risks pastāv, īpaši ar jūras izcelsmes produktiem (zivju kolagēns) — cilvēkiem ar zivju alerģiju jābūt uzmanīgiem.
• Avota izvēle ir svarīga (BSE, vīrusu, baktēriju kontrole), tāpēc ražotājiem jānodrošina kvalitatīva pārstrāde un pārbaude. Relīģiski/ētiski apsvērumi var prasīt specifisku izcelsmi (piem., mākslīgs/vegāns kolagēna aizvietotājs nav īsts kolagēns — tas var būt sintētisks biomateriāls vai peptīdi).

Praktiski ieteikumi

• Ja apsverat kolagēna lietošanu kā papildinājumu, izvēlieties produktu ar skaidru marķējumu par izcelsmi un ražotāja kvalitātes kontroli.
• Ja Jums ir hroniskas veselības problēmas vai lietojat medikamentus, konsultējieties ar ārstu pirms papildinājumu uzsākšanas.
• Atcerieties: sabalansēts uzturs ar pietiekamu olbaltumvielu, C vitamīna un minerālvielu (piem., varš) daudzumu veicina organisma spēju sintētizēt un uzturēt kolagēnu.

Kopsavilkums: Kolagēns ir kritiski svarīga olbaltumviela saistaudos, nodrošinot struktūru, izturību un elastību. Tā biosintēze un modifikācijas ir sarežģīts process, kurām nepieciešami specifiski kofaktori (piem., vitamīns C). Kolagēns ir nozīmīgs gan veselības, gan rūpnieciskajās un medicīniskajās lietojumprogrammās, taču lietošanas rezultāti, īpaši uztura papildinājumiem, var atšķirties, un ir svarīgi ņemt vērā drošības un izcelsmes jautājumus.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir kolagēns?

J: Kāda ir kolagēna galvenā funkcija?

J: Kur organismā kolagēns ir sastopams visbiežāk?

Jautājums: Cik lielu daļu no visa ķermeņa olbaltumvielu satura veido kolagēns?

J: Kas ir želatīns un kā to ražo?

J: Vai kolagēnu var atrast muskuļu audos?

J: Vai kolagēnu var atrast arī citos avotos, kas nav dzīvnieku izcelsmes?

Meklēt pēc burta