коллаген

КОЛЛАГЕН (от греч. kolla — клей и — genes — рождающий, рожденный)

фибриллярный белок, составляющий основу соединит, ткани животных (кожи, связок, сухожилий, костей, хрящей и др.) и обеспечивающий ее прочность. К., или тропоколлаген, — наиболее распространенный белок животного мира; у млекопитающих во взрослом организме на его долю приходится почти 30% от всей массы белков. Молекула К. (мол. м. ок. 300 тыс., длина 300 нм, толщина 1,5 нм) имеет стержневидную структуру и состоит из трех т. наз. а-цепей (мол. м. ок. 100 тыс.), формирующих правозакрученную тройную спираль таким образом, что один виток спирали α-цепи содержит три аминокислотных остатка. Три α-цепи в свою очередь объединяются в структуру, слегка закрученную в правую спираль. Каждая α-цепь характеризуется высоким содержанием глицина, низким содержанием серосодержащих аминокислот и отсутствием триптофана. К. — один из немногих животных белков, содержащих остатки 3- и 4-гидроксипролина (НО—Pro), а также 5-гидроксилизина (НО—Lys); на них приходится ок. 21% от всех аминокислотных остатков. Уникальная особенность К. — многократно повторяющаяся последовательность в α-цепях триплетов аминокислот глицин—X—Y (X, Y-остаток любой α-аминокислоты, кроме глицина), создающая конформац. основу для спирализации α-цепей. Триплетная последовательность составляет ок. 90% всей α-цепи и расположена в ее центр. части; концевые участки представлены неспирализованными (не содержащими остаток глицина через каждые 2 аминокислоты) последовательностями (т. наз. телопептиды). Описано 5 основных и ок. 10 "минорных" типов К., различающихся по первичной структуре α-цепей. К. — гликопротеин и в зависимости от источника содержит на 1000 аминокислотных остатков от 2 до 80 углеводных остатков (в осн. в виде моно- или дисахаридов), связанных О-гликозидной связью с НО-группой НО—Lys. Моносахариды представлены D-галактозой, которая связана с остатком аминокислоты β-гликозидной связью. В дисахаридах D-глюкоза связана α-1:2 — связью с D-галактозой. Стабилизация молекулы К. осуществляется благодаря электростатич. и гидрофобным взаимод., а также водородными и ковалентными поперечными связями между α-цепями. Водородные связи образованы карбонильной группой и группами NH пептидной связи или НО — группой НО—Pro; возможны также связи с участием H₂O. Ковалентные связи между α-цепями (сшивки) образуются в результате альдольной конденсации остатков 2-амино-6-оксогексановой или 2-амино-5-гидрокси-6-оксогексановой кислот, которые образуются соотв. из остатков лизина или 5-гидр-оксилизина. Сшивки α-цепей соседних молекул К. осуществляются в результате образования альдиминов путем взаимодействия остатков 6-оксогексановых кислот с группой NH₂ лизина или 5-гидроксилизина (см. модификация белков). В К. обнаружены поперечные сшивки, связывающие 3 или 4 α-цепи соседних молекул. Нативный К. плохо раств. в воде при pH ок. 7. При умеренном нагревании в водных растворах К. денатурирует с разрывом нековалентных связей — α-цепи расплетаются, "плавятся" с образованием желатина. При ренатурации а-цепи могут образовывать димеры (β-частицы) или тримеры (γ-частицы), которые могут образовывать спираль. Внутриклеточным предшественником К. в организме является проколлаген (синтезируется в осн. в фибробластах, хондроцитах и др. клетках соединит, ткани), молекулы которого состоят из трех про-α-цепей с мол. м. 140 тыс.-180 тыс. Эти цепи содержат на N- и С-концевых участках глобулярные (неспирализованные) последовательности (т. наз. пропептиды), отщепляющиеся при внеклеточном "созревании" К. В С-концевых пропептидах локализованы межцепьевые связи S—S, стабилизирующие молекулы проколлагена. Биол. роль К. определяется его способностью образовывать упорядоченные надмолекулярные агрегаты фибриллы (волокна), которые выполняют главные опорно-мех. функции в разл. типах соединит. ткани. Фибриллы состоят из повторяющихся тропоколлагеновых структур, уложенных вдоль волокна в виде параллельных пучков по типу "голова к хвосту". В параллельных рядах молекулы тропоколлагена сдвинуты относительно друг друга ступенчатым образом на одно и то же расстояние (64 нм). Этим объясняются характерные для фибрилл поперечные сшивки, которые повторяются с таким же периодом. Являясь одним из осн. компонентов межклеточного матрикса (вещество, заполняющее пространство между клетками) и образуя комплексы с его компонентами (протеогликанами и др.), К. участвует в межклеточном взаимод., оказывает влияние на подвижность клеток, морфогенез (формообразование) органов и тканей в процессе развития и роста организма. По мере старения организма поперечных сшивок в волокнах становится все больше, что приводит к увеличению хрупкости хрящей и сухожилий, делает более ломкими кости, понижает прозрачность хрусталика глаз. Получаемый из К. желатин (он легко образует студни) используют в пищ. промышленности, при изготовлении фотографич. материалов, как среду для культивирования микроорганизмов в микробиологии. Нарушение структуры и функции К. — ключевое звено ряда заболеваний соединит. ткани (т. наз. коллагеновых болезней).

^{Лит.: Мазуров В. И., Биохимия коллагеновых белков. М.. 1974; Никитин В. Н., Перский Е. Э., Утевская Л. А.. Возрастная и эволюционная биохимия коллагеновых структур. К., 1977; Ленинджер А.. Основы биохимии, пер. с англ., т I. М.. 1985. с. 176 79; Biochemistry of collagen, ed. by G.N. Ramachandran, A.H. Reddi, N.Y. L., 1976; Cell biology of extracellular matrix, ed. by E D. Hay, N.Y. L., 1983. A. E. Бсрман.}