I tipa kolagēns: ķermeņa galvenais balstproteīns

Kolagēna ražošana ir viens no visgarākajiem pēctranslācijas apstrādes ceļiem cilvēka šūnā. Katrā solī var rasties kļūda, un lielākā daļa iedzimto saistaudu slimību ir tieši šo soļu traucējumi.

Ražotājs ir fibroblasts ādā un cīpslās, osteoblasts kaulā un odontoblasts zobā.

1. Šūnā tiek sintezētas trīs prokolagēna ķēdes ar papildu galiem abos galos.
2. Fermenti hidroksilē prolīnu un lizīnu, izmantojot C vitamīnu un dzelzi.
3. Daļai hidroksilizīnu tiek pievienoti cukuri.
4. Ķēdes savienojas no viena gala un savijas trīskāršā spirālē.
5. Prokolagēns tiek izvadīts no šūnas ārpusšūnas vidē.
6. Fermenti nogriež galu fragmentus, un veidojas kolagēna pamatvienība.
7. Molekulas pašas sakārtojas nobīdītās rindās un veido šķiedriņas.
8. Lizila oksidāze, kurai vajadzīgs varš, izveido šķērssaites starp molekulām.

Tipu sajaukšana ir izplatīta, īpaši runājot par locītavām un uztura bagātinātājiem. Katram tipam ir sava vieta un sava raksturīgā slimība.

Kaula izturība nav tikai kalcija jautājums. Kaula pamatvielu veido divi komponenti: minerālkristāli, kas dod cietību un pretestību saspiešanai, un I tipa kolagēna šķiedras, kas dod elastību un pretestību stiepšanai. Tikai minerālvielas vien radītu materiālu, kas ir ciets, bet trausls kā krīts.

Kolagēns kaulā ir sakārtots slāņos, kuros šķiedru virziens katrā nākamajā slānī ir pagriezts. Šāds izkārtojums atgādina saplāksni un ļauj kaulam izturēt slodzi no dažādiem virzieniem. Kad kaula kolagēns ir bojāts, blīvums izmeklējumā var būt normāls, bet kauls tik un tā lūst.

Tieši tāpēc nepilnīgās kaulošanās gadījumā, kur bojāts kolagēns, nevis minerālvielas, kaula blīvuma mērījums nav pietiekams diagnozes rādītājs, un kalcija piedevas slimību neatrisina.

Ja organismā trūkst C vitamīna, prolīna hidroksilēšana notiek nepietiekami, trīskāršā spirāle kļūst nestabila un jaunais kolagēns tiek sadalīts, pirms paspēj izveidot šķiedru. Klīniski tas izpaužas kā skorbuts: asiņojošas smaganas, zilumi, vaļīgi zobi, slikta brūču dzīšana un locītavu sāpes. Mūsdienās tas ir rets, bet joprojām sastopams cilvēkiem ar ļoti vienveidīgu uzturu, alkohola atkarību vai smagiem gremošanas traucējumiem.

Ar gadiem mainās ne tik daudz kolagēna daudzums, cik tā kvalitāte. Šķērssaišu skaits pieaug, un daļa no tām veidojas nevis fermentatīvi, bet ķīmiski, cukuriem piesaistoties olbaltumvielai. Šādas saites nav kontrolējamas, tās padara audus stīvākus un grūtāk atjaunojamus. Tieši tāpēc cīpslas ar vecumu kļūst mazāk elastīgas un dzīšana ilgst ilgāk, un tāpēc ilgstoši augsts cukura līmenis asinīs paātrina šo procesu.

Ādā ar gadiem samazinās jaunu šķiedru veidošanās un pieaug to sadalīšana, ko īpaši veicina ultravioletais starojums. Tas ir viens no galvenajiem ādas novecošanas mehānismiem, un saules aizsardzība to ietekmē vairāk nekā jebkurš uztura bagātinātājs.

• C vitamīns ir nepieciešams hidroksilēšanas fermentu darbībai.
• Varš ir nepieciešams šķērssaišu veidošanas fermentam.
• Ultravioletais starojums aktivē kolagēnu sadalošos fermentus ādā.
• Augsts cukura līmenis rada nekontrolētas ķīmiskas šķērssaites.
• Smēķēšana pasliktina ādas un brūču kolagēna kvalitāti.

Abus šī kolagēna gēnus skar vesela slimību grupa. Vispazīstamākā ir nepilnīgā kaulošanās, ko dēvē arī par trauslo kaulu slimību. Ja gēnā notikusi izmaiņa, kuras dēļ viena kopija vispār nedarbojas, kolagēna ir mazāk, bet tas ir normālas kvalitātes, un slimības gaita mēdz būt vieglāka. Ja turpretī glicīns spirāles iekšpusē tiek aizstāts ar lielāku aminoskābi, bojātās ķēdes iesaistās spirālē un sabojā visu molekulu, un slimības gaita ir daudz smagāka.

Šī atšķirība ir viens no skaidrākajiem piemēriem tam, kāpēc ģenētikā svarīgi zināt ne tikai to, kurš gēns ir skarts, bet arī kāda veida izmaiņa tajā notikusi. Papildus kauliem šādiem pacientiem bieži skarti zobi, dzirde un locītavu saites, un zilgana acu sklēra ir raksturīga, kaut ne obligāta pazīme.

Retāk šo gēnu izmaiņas rada saistaudu vājuma formu ar izteiktu locītavu vaļīgumu un iedzimtiem gūžu izmežģījumiem. Ar šādiem pacientiem strādā medicīnas ģenētiķis kopā ar ortopēdu, endokrinologu, zobārstu un rehabilitācijas komandu. Bērnam ar atkārtotiem lūzumiem bez atbilstoša trieciena vienmēr nepieciešama padziļināta izmeklēšana.

Tiešu kolagēna analīzi asinīs neveic, taču pastāv ļoti tuvs aizstājējs. Kad osteoblasts izvada prokolagēnu, nogrieztie gali nonāk asinīs, un viens no tiem tiek mērīts kā kaula veidošanās rādītājs. Kad osteoklasts kaulu noārda, asinīs nonāk šķērssaistītie kolagēna gala fragmenti, un tos mēra kā noārdīšanas rādītāju. Tādējādi parasta asins analīze osteoporozes uzraudzībā faktiski lasa kolagēna apriti.

Kaula blīvumu vērtē ar rentgena absorbciometriju, ādas un saistaudu uzbūvi ar biopsiju un elektronmikroskopiju, bet iedzimtu slimību apstiprina ar gēnu izmeklēšanu. Histoloģijā kolagēnu izceļ ar īpašiem krāsojumiem, kas polarizētā gaismā parāda šķiedru virzienu un briedumu.

• Kaula veidošanās un noārdīšanas rādītāji asinīs.
• Kaula blīvuma mērījums ar rentgena absorbciometriju.
• Gēnu izmeklēšana iedzimtu slimību gadījumā.
• Ādas biopsija ar elektronmikroskopiju saistaudu slimībās.
• Speciāli histoloģiskie krāsojumi audu paraugos.

Uzņemot kolagēnu ar pārtiku vai bagātinātāju, tas gremošanas traktā tiek sašķelts aminoskābēs un īsos peptīdos tieši tāpat kā jebkura cita olbaltumviela. Uzsūktās aminoskābes nonāk kopējā krājumā, no kura organisms būvē visas olbaltumvielas, un tām nav adreses, kas tās novirzītu uz ādu vai locītavu.

Tas nenozīmē, ka olbaltumvielu uzņemšana nav svarīga; nepietiekams olbaltumvielu un C vitamīna daudzums tiešām pasliktina kolagēna sintēzi un brūču dzīšanu. Tas nozīmē tikai to, ka konkrētā produkta izcelsme no kolagēna pati par sevi nedod priekšrocību. Ārējā lietošanā kolagēna molekula ir pārāk liela, lai iekļūtu dzīvajos ādas slāņos, tāpēc krēma iedarbība ir mitrinoša, nevis strukturāla.

Kolagēna šķiedriņā molekulas nav novietotas gals pie gala, bet nobīdītas cita pret citu vienmērīgā solī. Šī nobīde rada gan raksturīgo svītrojumu, gan, pats galvenais, regulāras spraugas starp molekulu galiem. Kaulā tieši šajās spraugās sākas minerālkristālu veidošanās, un no turienes tie izaug tālāk.

Tas nozīmē, ka kauls nav kolagēns, kas vēlāk applūdināts ar kalciju, bet gan materiāls, kurā olbaltumviela pati nosaka, kur tieši minerālvielām atrasties. Rezultāts ir kompozītmateriāls ar īpašībām, kādas nav nevienam no komponentiem atsevišķi. Šī iemesla dēļ kaulu veselībā svarīgs ir ne tikai kalcijs un D vitamīns, bet arī pietiekams olbaltumvielu uzņēmums un slodze, kas kolagēna karkasu treniņa veidā pārkārto.