kolagén

kolagén [gr.] — proteín tvoriaci základnú zložku extracelulárneho matrixu mnohobunkových organizmov, najmä spojivového tkaniva (kosť, chrupka, šľachy, väzivo), ktorému dodáva pevnosť a flexibilitu; v tele cicavcov predstavuje 25 – 30 % všetkých proteínov. Kolagén je fibrilárny (vláknitý) proteín nerozpustný vo vode, rozkladá sa teplom, slabými kyselinami a zásadami. Doteraz bolo identifikovaných najmenej 27 typov kolagénu s rozličnou chemickou štruktúrou, ktoré sa odlišujú svojimi fyzikálno-chemickými vlastnosťami, najvýznamnejšie sú typy I – V (kolagén I sa vyskytuje v koži, kostiach a šľachách, kolagén II v hyalínovej a elastickej chrupke, kolagén III tvorí pravdepodobne retikulárne vlákna, kolagén IV sa nachádza v bazálnej membráne a kolagén V v plodových obaloch a v cievach). Molekula kolagénu sa skladá z troch polypeptidových reťazcov, ktoré majú primárnu štruktúru \(\alpha 1\), \(\alpha 2\) alebo \(\alpha 3\) (aj v rámci nich však existujú rozdiely v aminokyselinovom zložení, z čoho vyplýva variabilita v štruktúre kolagénu), každý reťazec obsahuje 1 050 aminokyselinových jednotiek, pričom každá tretia je glycín, hojné zastúpenie majú aj aminokyseliny 4-hydroxyprolín a prolín, najmenej zastúpený je 5-hydroxylyzín, na ktorého hydroxylovú skupinu sa viaže sacharidový zvyšok (ᴅ-glukóza, glukozylgalaktóza), preto sa kolagény zaraďujú medzi glykoproteíny. Každý polypeptidový reťazec vytvára ľavotočivý helix a všetky tri reťazce spolu vytvárajú pravotočivý superhelix (trojzávitnicu) nazývaný tropokolagén (základná stavebná jednotka kolagénu v tvare tyčinky s dĺžkou asi 300 nm). Tropokolagén je stabilizovaný vodíkovými väzbami medzi jednotlivými polypeptidovými reťazcami (za významnej účasti hydroxyprolínu) a kovalentnými väzbami medzi bočnými reťazcami aminokyselinových zvyškov lyzínu a 5-hydroxylyzínu zabezpečujúcimi jeho pevnosť v ťahu. Aminokyseliny 4-hydroxyprolín a 5-hydroxylyzín nie sú priamo zabudovávané do polypeptidového reťazca pri jeho syntéze, ale vznikajú enzýmovou oxidáciou aminokyselinových zvyškov prolínu a lyzínu v priebehu vytvárania štruktúry tropokolagénu. Na tvorbu hydroxyprolínu je potrebná aj kyselina askorbová (vitamín C), preto pri nedostatku vitamínu C je závitnicová štruktúra kolagénu nestabilná alebo nevznikajú kolagénové vlákna (má to za následok krehkosť krvných kapilár a poškodenie kože; klinickým prejavom je skorbut). Štruktúrnou jednotkou kolagénu sú kolagénové mikrofibrily s hrúbkou 0,3 – 0,5 μm vznikajúce agregáciou tropokolagénových jednotiek, ktoré sú po 5 paralelne usporiadané v tvare valca a navzájom posunuté asi o štvrtinu dĺžky tropokolagénu, čo umožňuje vznik medzimolekulových väzieb medzi nimi. Skladaním mikrofibríl vznikajú ohybné, 1 – 12 μm hrubé a mimoriadne pevné kolagénové vlákna (fibrily), z ktorých sa tvoria kolagénové zväzky. Syntézu kolagénu v organizme stimulujú rôzne rastové faktory, jeho degradáciu zabezpečuje enzým kolagenáza. Porušená rovnováha medzi syntézou a degradáciou kolagénu je príčinou vzniku hypertrofických jaziev, fibróz a orgánových dysfunkcií. Kolagén je schopný viazať veľké množstvo vody (množstvo viazanej vody – stupeň napučania kolagénu, závisí od pH, napr. 100 g kolagénu pri pH 5 – 7 viaže asi 200 g vody); táto vlastnosť sa využíva pri spracovaní surovín obsahujúcich kolagén. Čiastočnou hydrolýzou (napr. povarením) sa kolagén mení na želatínu alebo na glej (premena je nevratná, pretože sa mení jeho štruktúra). Kolagén sa využíva v potravinárstve (ako želatína), v lekárstve (šijací materiál používaný v chirurgii, katgut; na úpravu cievnych protéz, v plastickej chirurgii, v tkanivovom inžinierstve), v kozmetike, na výrobu gleja a i.