מה זה קולגן | הזרקת קולגן

קולגן / ˈ k ɒ l ə dʒ ə n / הוא החלבון המבני העיקרי במטריקס החוץ-תאי המצוי ברקמות החיבור השונות של הגוף. כמרכיב העיקרי של רקמת החיבור, זהו החלבון השכיח ביותר ביונקים, המהווה בין 25% ל-35% מתכולת החלבון בכל הגוף. קולגן מורכב מחומצות אמינו הקשורות יחד ליצירת סליל משולש של סיב מוארך המכונה סליל קולגן. הוא נמצא בעיקר ברקמות חיבור כגון סחוס, עצמות, גידים, רצועות ועור.
ויטמין C חיוני לסינתזת קולגן, וויטמין E משפר את ייצור הקולגן.

HCR- FISH הדמיה של ביטוי קולגן ב- P.

waltl
בהתאם למידת המינרליזציה, רקמות הקולגן עשויות להיות קשיחות (עצם) או תואמות (גיד) או בעלות שיפוע מקשיח לתואם (סחוס). קולגן מצוי בשפע גם בקרניות, בכלי דם, במעיים, בדיסקים הבין חולייתיים ובדנטין בשיניים. ברקמת השריר, הוא משמש כמרכיב עיקרי של האנדומיזיום. קולגן מהווה אחוז עד שניים מרקמת השריר ומהווה 6% ממשקל רקמת שריר השלד.
הפיברובלסט הוא התא הנפוץ ביותר שיוצר קולגן.
ג'לטין, המשמש במזון ובתעשייה, הוא קולגן שעבר הידרוליזה בלתי הפיכה באמצעות חום, תמיסות בסיסיות או חומצות חלשות.

אטימולוגיה

קולגן
השם קולגן מגיע מיוונית κόλλα kólla, שפירושו " דבק ", והסיומת -γέν, -gen, המציינת "מפיק".
טיפוסי אדם
למעלה מ-90% מהקולגן בגוף האדם הוא קולגן מסוג I. עם זאת, נכון לשנת 2011, 28 סוגים של קולגן אנושי זוהו, תוארו וחולקו למספר קבוצות לפי המבנה שהם יוצרים.
כל הסוגים מכילים לפחות סליל משולש אחד.
מספר הסוגים מראה את הפונקציונליות המגוונת של הקולגן.

Fibrillar (סוג I, II, III, V, XI)
לא פיברילרי
FACIT (קולגנים הקשורים לפיבריל עם סליל משולש קטוע) (סוג IX, XII, XIV, XIX, XXI)
שרשרת קצרה (סוג VIII, X)
קרום בסיס (סוג IV)
Multiplexin (דומיינים משולשים הליקס מרובים עם הפרעות) (סוג XV, XVIII)
MACIT (קולגנים הקשורים לממברנה עם סליל משולש קטוע) (סוג XIII, XVII)
יצירת מיקרופיברילים (סוג VI)
עיגון סיבים (סוג VII)
חמשת הסוגים הנפוצים ביותר הם:
סוג I : עור, גיד, כלי דם, איברים, עצם (המרכיב העיקרי של החלק האורגני של העצם)
סוג II : סחוס (המרכיב הקולגן העיקרי של הסחוס)
סוג III : מרושת (מרכיב עיקרי של סיבים רשתיים, נמצא בדרך כלל לצד סוג I
סוג IV : יוצר הלמינה הבסיסית, השכבה המופרשת באפיתל של קרום הבסיס
סוג V : משטחי תאים, שיער ושליה
בביולוגיה של האדם
לב
שלד הלב הקולגן הכולל את ארבע טבעות מסתמי הלב, קשור היסטולוגית, אלסטית וייחודית לשריר הלב. השלד הלבבי כולל גם את המחיצות המפרידות של חדרי הלב – המחיצה הבין-חדרית והמחיצה הפרוזדורית. תרומת הקולגן למדידת ביצועי הלב מייצגת באופן כללי כוח פיתול מתמשך המנוגד למכניקת הנוזלים של לחץ הדם הנפלט מהלב. המבנה הקולגן המפריד בין החדרים העליונים של הלב לחדרים התחתונים הוא קרום אטום המדיר גם דם וגם דחפים חשמליים באמצעים פיזיולוגיים טיפוסיים. עם תמיכה מקולגן, פרפור פרוזדורים לעולם אינו מתדרדר לפרפור חדרים. קולגן מרובד בצפיפויות משתנות עם מסת שריר חלקה. המסה, ההפצה, הגיל והצפיפות של הקולגן תורמים כולם לעמידה הנדרשת להזזת הדם הלוך ושוב. עלוני מסתמי לב בודדים מקופלים לצורה על ידי קולגן מיוחד בלחץ משתנה. שקיעת סידן הדרגתית בתוך הקולגן מתרחשת כפונקציה טבעית של הזדקנות.
נקודות מסויידות בתוך מטריצות קולגן מציגות ניגודיות בתצוגה נעה של דם ושרירים, מה שמאפשר לשיטות של טכנולוגיית הדמיה לבבית להגיע ליחסים המציינים בעצם דם פנימה קלט לבבי ודם החוצה תפוקת לב.
הפתולוגיה של הקולגן שבבסיס הלב מובנת בקטגוריה של מחלות רקמת חיבור.

השתלות עצם
מכיוון שהשלד יוצר את מבנה הגוף, חיוני שהוא ישמור על חוזקו, גם לאחר הפסקות ופציעות. קולגן משמש בהשתלת עצם מכיוון שיש לו מבנה סלילי משולש, מה שהופך אותו למולקולה חזקה מאוד.
הוא אידיאלי לשימוש בעצמות, מכיוון שהוא אינו פוגע בשלמות המבנית של השלד.
המבנה הסלילי המשולש של הקולגן מונע את פירוקו על ידי אנזימים, הוא מאפשר הדבקות של תאים והוא חשוב להרכבה נכונה של המטריצה ​​החוץ תאית.

התחדשות רקמות
פיגומי קולגן משמשים להתחדשות רקמות, בין אם בספוגים, יריעות דקות, ג'לים, או סיבים.
לקולגן תכונות חיוביות להתחדשות רקמות, כגון מבנה נקבוביות, חדירות, הידרופיליות ויציבות in vivo.
פיגומי קולגן תומכים גם בשקיעה של תאים, כגון אוסטאובלסטים ופיברובלסטים, ולאחר הכנסתם, מקלים על הצמיחה להתקדם כרגיל.

שימושים כירורגיים משחזרים
קולגנים נמצאים בשימוש נרחב בבניית תחליפי עור מלאכותיים המשמשים בניהול כוויות ופצעים חמורים. קולגנים אלו עשויים להיות מופקים ממקורות בקר, סוסים, חזירים או אפילו אנושיים; ולעתים משתמשים בהם בשילוב עם סיליקונים, גליקוזאמינוגליקנים, פיברובלסטים, גורמי גדילה וחומרים אחרים.
ריפוי פצעים

קטע זה זקוק לציטוטים נוספים לצורך אימות.
אנא עזור לשפר מאמר זה על ידי הוספת ציטוטים למקורות מהימנים בחלק זה.
חומר ללא מקור עשוי להיות ערער ולהסיר.

אפריל 2021 למד כיצד ומתי להסיר הודעה זו
קולגן הוא אחד ממשאבי הטבע המרכזיים של הגוף ומרכיב ברקמת העור שיכול להועיל לכל שלבי ריפוי הפצעים. כאשר קולגן זמין למיטת הפצע, יכולה להתרחש סגירה. כך ניתן להימנע מהידרדרות הפצע, ולאחריה לפעמים הליכים כגון קטיעה.

קולגן הוא מוצר טבעי ולכן משמש כחבישה טבעית לפצעים ובעל תכונות שאין לחבושות פצעים מלאכותיות. הוא עמיד בפני חיידקים, שיש לו חשיבות חיונית בחבישת פצעים. זה עוזר לשמור על הפצע סטרילי, בגלל יכולתו הטבעית להילחם בזיהום.
כאשר קולגן משמש כחבישה לכוויה, רקמת גרנולציה בריאה מסוגלת להיווצר מהר מאוד מעל הכוויה, ועוזרת לה להחלים במהירות.

לאורך ארבעת השלבים של ריפוי פצעים, קולגן מבצע את הפונקציות הבאות:

תפקיד מנחה: סיבי קולגן משמשים להנחיית פיברובלסטים. פיברובלסטים נודדים לאורך מטריצת רקמת חיבור.

תכונות כימוטקטיות : שטח הפנים הגדול הזמין על סיבי קולגן יכול למשוך תאים פיברוגניים המסייעים בריפוי.

גרעין : קולגן, בנוכחות מולקולות מלח ניטרליות מסוימות, יכול לשמש כחומר גרעיני הגורם להיווצרות מבנים פיברילריים.

תכונות המוסטטיות : טסיות הדם פועלות באינטראקציה עם הקולגן כדי ליצור פקק המוסטטי.
מחקר בסיסי
קולגן משמש במחקרי מעבדה לתרבית תאים, חקר התנהגות תאים ואינטראקציות סלולריות עם הסביבה החוץ-תאית. קולגן נמצא בשימוש נרחב גם בתור ביו-דיו עבור הדפסה ביולוגית תלת-ממדית וייצור ביולוגי של מודלים של רקמות תלת-ממדיות.

ביולוגיה
חלבון הקולגן מורכב מסליל משולש, המורכב בדרך כלל משתי שרשראות זהות (α1) ושרשרת נוספת השונה מעט בהרכבה הכימי (α2). הרכב חומצות האמינו של הקולגן אינו אופייני לחלבונים, במיוחד בהתייחס לתכולת הידרוקסיפרולין הגבוהה שלו.
המוטיבים הנפוצים ביותר ברצף חומצות האמינו של קולגן הם גליצין – פרולין- X וגליצין-X-הידרוקסיפרולין, כאשר X הוא כל חומצת אמינו מלבד גליצין, פרולין או הידרוקסיפרולין.
ניתן ההרכב הממוצע של חומצות אמינו לעור דגים ויונקים.

חומצת אמינו שפע בעור יונק
שאריות /1000) שפע בעור דגים
(שאריות/1000)
גליצין 329 339
פרולין 126 108
אלנין 109 114
הידרוקסיפרולין 95 67
חומצה גלוטמית 74 76
ארגינין 49 52
חומצה אספרטית 47 47
סרין 36 46
ליזין 29 26
לאוצין 24 23
ולין 22 21
ת'רונין 19 26
פנילאלנין 13 14
איזולאוצין 11 11
הידרוקסיליזין 6 8
מתיונין 6 13
היסטידין 5 7
טירוזין 3 3
ציסטאין 1 1
טריפטופן 0 0
סינתזה

קטע זה זקוק לציטוטים נוספים לצורך אימות.
אנא עזור לשפר מאמר זה על ידי הוספת ציטוטים למקורות מהימנים בחלק זה.
חומר ללא מקור עשוי להיות ערער ולהסיר.

אפריל 2021 למד כיצד ומתי להסיר הודעה זו
ראשית, מרכיבים מבנה תלת מימדי, כאשר חומצות האמינו גליצין ופרולין הם מרכיביו העיקריים. זה עדיין לא קולגן אלא המבשר שלו, פרוקולגן. לאחר מכן משתנה פרוקולגן על ידי הוספת קבוצות הידרוקסיל לחומצות האמינו פרולין וליזין. שלב זה חשוב עבור גליקוזילציה מאוחרת יותר ויצירת מבנה הסליל המשולש של הקולגן. מכיוון שאנזימי הידרוקסילאז המבצעים תגובות אלו דורשים ויטמין C כקו-פקטור, מחסור ארוך טווח בויטמין זה גורם לפגיעה בסינתזה של קולגן וצפדינה. תגובות הידרוקסילציה אלו מזורזות על ידי שני אנזימים שונים: פרוליל 4-הידרוקסילאז וליזיל הידרוקסילאז. התגובה צורכת מולקולת אסקורבט אחת לכל הידרוקסילציה. סינתזה של קולגן מתרחשת בתוך ומחוץ לתא. היווצרות של קולגן אשר מביאה לקולגן פיברילרי (הצורה הנפוצה ביותר) נידונה כאן. קולגן Meshwork, המעורב לעתים קרובות ביצירת מערכות סינון, הוא הצורה השנייה של קולגן. כל סוגי הקולגנים הם סלילים משולשים, וההבדלים נעוצים בהרכב של פפטידי אלפא שנוצרו בשלב 2.

שעתוק של mRNA : כ-44 גנים קשורים ליצירת קולגן, כל אחד מקודד לרצף mRNA ספציפי, ובדרך כלל יש להם את הקידומת " COL ". תחילת סינתזת הקולגן מתחילה בהפעלת גנים הקשורים ליצירת פפטיד אלפא מסוים (בדרך כלל אלפא 1, 2 או 3).

היווצרות טרום-פרו-פפטידית : ברגע שה-mRNA הסופי יוצא מגרעין התא ונכנס לתוך הציטופלזמה, הוא מתקשר עם תת-היחידות הריבוזומליות ותהליך התרגום מתרחש. החלק המוקדם/ראשון של הפפטיד החדש ידוע כרצף האותות. רצף האותות על מסוף ה-N של הפפטיד מזוהה על ידי חלקיק זיהוי אותות על הרשת האנדופלזמית, אשר יהיה אחראי על הפניית הפרה-פרו-פפטיד לתוך הרשת האנדופלזמית. לכן, ברגע שהסינתזה של פפטיד חדש מסתיימת, הוא נכנס ישירות לרשת האנדופלזמית לעיבוד שלאחר תרגום. זה ידוע כיום בשם פרפרוקולגן.

טרום-פרו-פפטיד לפרו-קולגן : שלושה שינויים של הפרה-פרו-פפטיד מתרחשים המובילים ליצירת פפטיד אלפא:
פפטיד האות על טרמינל N מוסר, והמולקולה ידועה כעת כפרופפטיד (לא פרוקולגן).

הידרוקסילציה של ליזינים ופרולינים על פרופפטיד על ידי האנזימים 'פרוליל הידרוקסילאז' ו'ליסיל הידרוקסילאז' (ליצור הידרוקסיפרולין והידרוקסליזין) מתרחשת כדי לסייע בהצלבה של פפטידי אלפא. שלב אנזימטי זה דורש ויטמין C כקו-פקטור. בצפדינה, היעדר הידרוקסילציה של פרולינים וליזינים גורם לסליל משולש רופף יותר (שנוצר על ידי שלושה פפטידים אלפא).

גליקוזילציה מתרחשת על ידי הוספת מונומרים של גלוקוז או גלקטוז על קבוצות ההידרוקסיל שהונחו על ליזינים, אך לא על פרולינים.

לאחר שהשינויים הללו התרחשו, שלושה מהפרופפטידים המוידקסילונים והמסוכרים מתפתלים לסליל משולש היוצר פרוקולגן. לפרוקולגן עדיין יש קצוות נפולים, אשר יקוצצו מאוחר יותר. בשלב זה, הפרוקולגן נארז לתוך שלפוחית ​​העברה המיועדת למנגנון גולגי.

שינוי מנגנון גולגי : במנגנון גולגי, הפרוקולגן עובר שינוי אחרון לאחר תרגום לפני שהוא מופרש מחוץ לתא. בשלב זה מוסיפים אוליגוסכרידים (לא חד סוכרים כמו בשלב 3), ולאחר מכן נארז הפרוקולגן לתוך שלפוחית ​​הפרשה המיועדת לחלל החוץ תאי.

היווצרות טרופקולגן : ברגע שהם מחוץ לתא, אנזימים הקשורים לממברנה הידועים כקולגן פפטידאזים, מסירים את "הקצוות הרופפים" של מולקולת הפרוקולגן. מה שנשאר ידוע כטרופוקולגן. פגמים בשלב זה מייצרים אחת מהקולגנאופתיות הרבות הידועות כתסמונת אהלר-דנלוס. שלב זה נעדר בעת סינתזה מסוג III, סוג של קולגן פיברילרי.

יצירת פיבריל הקולגן : ליזיל אוקסידאז, אנזים חוץ -תאי תלוי נחושת, מייצר את השלב האחרון במסלול סינתזת הקולגן.
אנזים זה פועל על ליזינים והידרוקסיליזינים המייצרים קבוצות אלדהיד, אשר בסופו של דבר יעברו קשר קוולנטי בין מולקולות הטרופוקולגן.
פולימר זה של טרופקולגן ידוע בתור סיב קולגן.

פעולה של ליזיל אוקסידאז
חומצות אמינו
לקולגן יש הרכב ורצף חומצות אמינו יוצאי דופן:

גליצין נמצא כמעט בכל שאריות שלישיות.

פרולין מהווה כ-17% מהקולגן.

קולגן מכיל שתי חומצות אמינו נגזרות יוצאות דופן שלא הוכנסו ישירות במהלך התרגום. חומצות אמינו אלו נמצאות במקומות ספציפיים ביחס לגליצין ומשונות לאחר תרגום על ידי אנזימים שונים, שניהם דורשים ויטמין C כקו -פקטור.

הידרוקסיפרולין המופק מפרולין
הידרוקסיליזין המופק מליזין – בהתאם לסוג הקולגן, מספרים משתנה של הידרוקסיליזינים עוברים גליקוזילציה (בעיקר עם דו-סוכרים מחוברים).
קורטיזול ממריץ פירוק של (עור) קולגן לחומצות אמינו.
היווצרות קולגן I
רוב הקולגן נוצר בצורה דומה, אך התהליך הבא אופייני לסוג I:

בתוך התא
שני סוגים של שרשראות אלפא – אלפא-1 ואלפא 2, נוצרות במהלך התרגום על ריבוזומים לאורך הרשת האנדופלזמית המחוספסת (RER). שרשראות פפטידים אלו הידועות בשם פרפרוקולגן, כוללות פפטידי רישום בכל קצה ופפטיד אות. שרשראות פוליפפטידים משתחררות לתוך לומן ה-RER.

פפטידי אות מפוצלים בתוך ה-RER והשרשרות ידועות כיום כשרשראות פרו-אלפא.

הידרוקסילציה של חומצות אמינו ליזין ופרולין מתרחשת בתוך הלומן. תהליך זה תלוי וחומצה אסקורבית (ויטמין C) כקו -פקטור וצורך אותו.

מתרחשת גליקוזילציה של שאריות הידרוקסיליזין ספציפיות.

מבנה סלילי אלפא משולש נוצר בתוך הרשת האנדופלזמית משתי שרשראות אלפא-1 ושרשרת אלפא-2 אחת.

פרוקולגן נשלח למנגנון Golgi, שם הוא נארז ומופרש לחלל החוץ תאי על ידי אקסוציטוזיס.

מחוץ לתא
פפטידי רישום מבוקעים וטרופיקולגן נוצר על ידי פרוקולגן פפטידאז.

מולקולות טרופקולגן מרובות יוצרות סיבים של קולגן, באמצעות קישור צולב קוולנטי תגובת אלדול על ידי ליסייל אוקסידאז המקשר בין שאריות הידרוקסיליזין וליזין. סיבים מרובים של קולגן נוצרים לסיבי קולגן.

קולגן עשוי להיות מחובר לממברנות התא באמצעות מספר סוגים של חלבון, כולל פיברונקטין, למינין, פיבולין ואינטגרין.

פתוגנזה סינתטית
מחסור בוויטמין C גורם לצפדינה, מחלה קשה וכואבת שבה קולגן פגום מונע היווצרות רקמת חיבור חזקה. החניכיים מתדרדרות ומדממות, עם אובדן שיניים; העור משתנה, והפצעים אינם נרפאים. לפני המאה ה-18, מצב זה היה ידוע לשמצה בקרב משלחות צבאיות ארוכות, במיוחד ימיות, שבמהלכן נשלל מהמשתתפים מזונות המכילים ויטמין C.

מחלה אוטואימונית כמו לופוס אריתמטוזוס או דלקת מפרקים שגרונית עלולה לתקוף סיבי קולגן בריאים.

חיידקים ווירוסים רבים מפרישים גורמי ארסיות, כמו האנזים קולגנאז, אשר הורס קולגן או מפריע לייצור שלו.

מבנה מולקולרי

קטע זה זקוק לציטוטים נוספים לצורך אימות.
אנא עזור לשפר מאמר זה על ידי הוספת ציטוטים למקורות מהימנים בחלק זה.
חומר ללא מקור עשוי להיות ערער ולהסיר.

אפריל 2021 למד כיצד ומתי להסיר הודעה זו
מולקולת קולגן בודדת, טרופקולגן, משמשת ליצירת אגרגטים גדולים יותר של קולגן, כגון סיבים. אורכו כ-300 ננומטר וקוטרו 1.5 ננומטר, והוא מורכב משלושה גדילי פוליפפטיד (הנקראים אלפא פפטידים, ראה שלב 2), שלכל אחד מהם יש מבנה של סליל שמאלי – אין לבלבל זאת עם סליל האלפא הימני. שלושת הסלילים השמאליים הללו מסובבים יחד לסליל משולש ימני או "סליל על", מבנה רבעוני שיתופי מיוצב על ידי קשרי מימן רבים. עם קולגן מסוג I ואולי כל הקולגנים הפיברילריים, אם לא כל הקולגנים, כל סליל משולש מתחבר לסליל סופר-סופר ימני המכונה מיקרו-פיבריל קולגן. כל מיקרו-פיבריל משולב עם המיקרו-פיברילים השכנים שלו במידה שעלולה לרמוז שהם לא יציבים בנפרד, אם כי בתוך סיבים של קולגן, הם מסודרים היטב עד שהם גבישיים.

שלושה פוליפפטידים מתפתלים ליצירת טרופקולגן. טרופקולגנים רבים נקשרים יחד ליצירת סיב, ורבים מהם יוצרים סיב.

מאפיין ייחודי של קולגן הוא הסידור הקבוע של חומצות אמינו בכל אחת משלוש השרשראות של תת-יחידות הקולגן הללו. הרצף עוקב לרוב אחר הדפוס Gly – Pro -X או Gly-X- Hyp, כאשר X עשוי להיות כל אחד משאריות חומצות אמינו שונות. פרולין או הידרוקסיפרולין מהווים כ-1/6 מהרצף הכולל. כאשר גליצין אחראי על 1/3 מהרצף, פירוש הדבר שכמחצית מרצף הקולגן אינו גליצין, פרולין או הידרוקסיפרולין, עובדה שהוחמצה לעתים קרובות עקב הסחת הדעת של האופי החריג GX 1 X 2 של קולגן אלפא-פפטידים. תכולת הגליצין הגבוהה של הקולגן חשובה ביחס לייצוב של סליל הקולגן מכיוון שהדבר מאפשר קשר הדוק מאוד של סיבי הקולגן בתוך המולקולה, מה שמקל על קשרי מימן ויצירת קשרים צולבים בין מולקולריים. סוג זה של חזרה קבועה ותכולת גליצין גבוהה נמצא רק בכמה חלבונים סיביים אחרים, כגון פיברואין משי.

קולגן הוא לא רק חלבון מבני. בשל תפקידו המרכזי בקביעת הפנוטיפ של התא, היצמדות התא, ויסות רקמות ותשתית, לחלקים רבים של האזורים הלא עשירים בפרולין יש תפקידי קשר/ויסות של תאים או מטריקס. התכולה הגבוהה יחסית של טבעות פרולין והידרוקסיפרולין, עם קבוצות האמינו המוגבלות מבחינה גיאומטרית, יחד עם השפע העשיר של גליצין, מסבירים את הנטייה של גדילי הפוליפפטיד הבודדים ליצור סלילים שמאליים באופן ספונטני, ללא כל תוך-שרשרת. קשר מימן.

מכיוון שגליצין היא חומצת האמינו הקטנה ביותר ללא שרשרת צד, היא ממלאת תפקיד ייחודי בחלבונים מבניים סיביים. בקולגן, Gly נדרש בכל עמדה שלישית מכיוון שההרכבה של הסליל המשולש שמה שאריות זה בחלק הפנימי (ציר) של הסליל, שם אין מקום לקבוצת צד גדולה יותר מאשר אטום המימן היחיד של גליצין. מאותה סיבה, הטבעות של ה-Pro וה-Hyp חייבות להצביע כלפי חוץ. שתי חומצות אמינו אלו עוזרות לייצב את הסליל המשולש – Hyp אפילו יותר מ-Pro; ריכוז נמוך יותר שלהם נדרש בבעלי חיים כמו דגים, שטמפרטורת הגוף שלהם נמוכה יותר מרוב בעלי החיים בעלי הדם החם. תכולת פרולין והידרוקסיפרולין נמוכה יותר אופיינית לדגי מים קרים אך לא חמים; אלה האחרונים נוטים להיות בעלי תכולת פרולין והידרוקסיפרולין דומה ליונקים. תכולת הפרולין וההידרוקסיפרולין הנמוכה יותר של דגי מים קרים וחיות פויקילותרמיות אחרות מובילה לכך שלקולגן שלהם יש יציבות תרמית נמוכה יותר מקולגן יונקים. יציבות תרמית נמוכה זו פירושה שג'לטין המופק מקולגן דגים אינו מתאים ליישומי מזון ויישומים תעשייתיים רבים.

תת-היחידות הטרופוקולגן מתארגנות באופן ספונטני, עם קצוות משובצים באופן קבוע, למערכים גדולים עוד יותר בחללים החוץ-תאיים של הרקמות. הרכבה נוספת של פיברילים מונחית על ידי פיברובלסטים, המפקידים פיברילים שנוצרו במלואם מפיבריפוזיטים. בקולגנים הפיברילריים, מולקולות מדורגות למולקולות סמוכות בכ-67 ננומטר (יחידה המכונה 'D' ומשתנה בהתאם למצב ההידרציה של המאגר). בכל חזרה של תקופת D של המיקרופיבריל, ישנו חלק המכיל חמש מולקולות בחתך, הנקרא "חפיפה", וחלק המכיל רק ארבע מולקולות, הנקרא "הפער". אזורי החפיפה והפערים הללו נשמרים כאשר מיקרו-סיביים מתאספים לסיבים, וכך ניתן לראות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים. הטרופוקולגנים הסליליים המשולשים במיקרופיברילים מסודרים בתבנית אריזה quasihexagonal.

תקופת ה-D של סיבי קולגן גורמת לרצועות 67 ננומטר גלויות כאשר נצפתה במיקרוסקופ אלקטרוני.

קיים קשר צולב קוולנטי מסוים בתוך הסליל המשולש וכמות משתנה של הצלבה קוולנטית בין סלילי הטרופוקולגן היוצרים אגרגטים מאורגנים היטב (כגון סיבים). צרורות פיברילרים גדולים יותר נוצרים בעזרת מספר סוגים שונים של חלבונים (כולל סוגי קולגן שונים), גליקופרוטאינים ופרוטאוגליקנים כדי ליצור את הסוגים השונים של רקמות בוגרות משילובים חלופיים של אותם שחקני מפתח. חוסר המסיסות של הקולגן היווה מחסום לחקר הקולגן המונומרי עד שנמצא שניתן להפיק טרופקולגן מבעלי חיים צעירים מכיוון שהוא עדיין לא מקושר לחלוטין. עם זאת, התקדמות בטכניקות מיקרוסקופיה (כלומר מיקרוסקופיה אלקטרונית (EM) ומיקרוסקופיית כוח אטומי (AFM)) ודיפרקציה של קרני רנטגן אפשרו לחוקרים לקבל תמונות מפורטות יותר ויותר של מבנה הקולגן באתרו. ההתקדמות המאוחרת יותר חשובה במיוחד כדי להבין טוב יותר את האופן שבו מבנה הקולגן משפיע על תקשורת תא-תא ותא-מטריקס וכיצד רקמות בנויות בצמיחה ותיקון ומשתנות בהתפתחות ובמחלות. לדוגמה, באמצעות ננו-אינדנט מבוסס AFM הוכח שסיב קולגן בודד הוא חומר הטרוגני לאורך הכיוון הצירי שלו עם תכונות מכניות שונות באופן משמעותי באזורי הפער והחפיפה שלו, המתאם עם הארגונים המולקולריים השונים שלו. שני האזורים הללו.

סיבים/אגרגטים של קולגן מסודרים בשילובים וריכוזים שונים ברקמות שונות כדי לספק תכונות רקמה משתנות. בעצם, סלילי קולגן משולשים שלמים נמצאים במערך מקביל ומסודר. פערים של 40 ננומטר בין הקצוות של תת-יחידות הטרופוקולגן (שווים בקירוב לאזור הפער) משמשים כנראה כאתרי גרעין לשקיעת גבישים ארוכים, קשים ועדינים של הרכיב המינרל, שהוא הידרוקסילפטיט (בערך) Ca 10 (OH) 2 (PO 4 6. קולגן מסוג I נותן לעצם את חוזק המתיחה שלה.

הפרעות נלוות
מחלות הקשורות לקולגן נובעות לרוב מפגמים גנטיים או מחסורים תזונתיים המשפיעים על הביוסינתזה, ההרכבה, השינוי שלאחר התרגום, ההפרשה או תהליכים אחרים המעורבים בייצור תקין של קולגן.

פגמים גנטיים של גנים קולגן
סוג הערות גנים הפרעות
אני זהו הקולגן השופע ביותר בגוף האדם. הוא קיים ברקמת צלקת, התוצר הסופי כאשר הרקמה מתרפאת על ידי תיקון. הוא נמצא בגידים, בעור, בדפנות העורקים, בקרנית, באנדומיזיום המקיף את סיבי השריר, בסחוס ובחלק האורגני של העצמות והשיניים. COL1A1, COL1A2 Osteogenesis imperfecta, תסמונת אהלר-דנלוס, היפרוסטוזיס קליפת המוח אינפנטילי, הידוע גם כמחלת קפי.

II סחוס היאלין, מהווה 50% מכלל חלבון הסחוס.
הומור זגוגי של העין.

COL2A1 קולגנאופתיה, סוגים II ו-XI
III זהו הקולגן של רקמת גרנולציה והוא מיוצר במהירות על ידי פיברובלסטים צעירים לפני סינתזה של קולגן מסוג I. סיבים רשתיים. נמצא גם בדפנות עורקים, בעור, במעיים וברחם COL3A1 תסמונת אהלר-דנלוס, התכווצות של דופויטרן
IV למינה בזלית ; עדשת עין. משמש גם כחלק ממערכת הסינון בנימים ובגלומרולי של נפרון בכליה. COL4A1, COL4A2, COL4A3, COL4A4, COL4A5, COL4A6 תסמונת אלפורט, תסמונת Goodpasture
V רוב רקמת הביניים, אס. עם סוג I, הקשור לשליה COL5A1, COL5A2, COL5A3 תסמונת אהלר-דנלוס (קלאסית)
VI רוב רקמת הביניים, אס. עם סוג I COL6A1, COL6A2, COL6A3, COL6A5 מיופתיה של אולריך, מיופתיה של ביתלם, אטופיק דרמטיטיס VII יוצר סיבים מעגנים בצמתים דרמואפידרמיים COL7A1 Epidermolysis bullosa dystrophica
ח כמה תאי אנדותל COL8A1, COL8A2 ניוון קרנית פולימורפית אחורית 2
ט קולגן FACIT, סחוס, אס. עם סיבים מסוג II ו-XI COL9A1, COL9A2, COL9A3 EDM2 ו- EDM3
איקס סחוס היפרטרופי ומינרליזציה​ COL10A1 שמיד דיספלסיה מטפיזית
XI סחוס COL11A1, COL11A2 קולגנאופתיה, סוגים II ו-XI
XII קולגן FACIT, מקיים אינטראקציה עם סוג I המכיל סיבים, דקורין וגליקוזאמינוגליקנים COL12A1 –
XIII קולגן טרנסממברני, יוצר אינטראקציה עם אינטגרין a1b1, פיברונקטין ורכיבים של ממברנות בסיס כמו nidogen ו- perlecan. COL13A1 –
XIV קולגן FACIT, הידוע גם בשם undulin COL14A1 –
XV – COL15A1 –
XVI קולגן FACIT COL16A1 –
XVII קולגן טרנסממברנלי, הידוע גם בשם BP180, חלבון של 180 kDa COL17A1 פמפיגואיד שוורי וצורות מסוימות של צומת אפידרמוליזיס בולוזה
XVIII מקור לאנדוסטטין COL18A1 –
XIX קולגן FACIT COL19A1 –
XX – COL20A1 –
XXI קולגן FACIT COL21A1 –
XXII קולגן FACIT COL22A1 –
XXIII קולגן MACIT COL23A1 –
XXIV – COL24A1 –
XXV – COL25A1 –
XXVI – EMID2 –
XXVII – COL27A1 –
XXVIII – COL28A1 –
XXIX קולגן אפידרמיס COL29A1 אטופיק דרמטיטיס בנוסף להפרעות שהוזכרו לעיל, שקיעה מוגזמת של קולגן מתרחשת בסקלרודרמה.

מחלות
אלף מוטציות זוהו ב-12 מתוך יותר מ-20 סוגי קולגן. מוטציות אלו עלולות להוביל למחלות שונות ברמת הרקמה.

Osteogenesis imperfecta – נגרמת על ידי מוטציה בקולגן מסוג 1, הפרעה אוטוזומלית דומיננטית, גורמת לעצמות חלשות ורקמת חיבור לא סדירה, חלק מהמקרים יכולים להיות קלים בעוד אחרים יכולים להיות קטלניים. מקרים קלים הורידו את רמות הקולגן מסוג 1 בעוד שבמקרים חמורים יש פגמים מבניים בקולגן.

Chondrodysplasias – הפרעת שלד נגרמת על ידי מוטציה בקולגן מסוג 2, מחקר נוסף נערך כדי לאשר זאת.

תסמונת אהלר-דנלוס – ידועים 13 סוגים שונים של הפרעה זו, המובילים לעיוותים ברקמת החיבור. חלק מהסוגים הנדירים יותר יכולים להיות קטלניים, מה שמוביל לקרע של עורקים. כל תסמונת נגרמת ממוטציה אחרת. לדוגמה, סוג כלי הדם (vEDS) של הפרעה זו נגרם על ידי מוטציה בקולגן מסוג 3.

תסמונת אלפורט – יכולה לעבור גנטית, לרוב כדומיננטית מקושרת X, אך גם כהפרעה אוטוזומלית דומיננטית ואוטוזומלית רצסיבית, לסובלים מהמצב יש בעיות בכליות ובעיניים, אובדן שמיעה יכול להתפתח גם במהלך הילדות או שנות התבגרות.

תסמונת קנובלוך – נגרמת על ידי מוטציה בגן COL18A1 המקודד לייצור קולגן XVIII. חולים מציגים בליטה של ​​רקמת המוח וניוון של הרשתית; אדם שיש לו בני משפחה עם ההפרעה נמצא בסיכון מוגבר לפתח אותה בעצמו מאחר וקיים קשר תורשתי.

מאפיינים
קולגן הוא אחד מהחלבונים המבניים הארוכים והסיביים שתפקידיהם שונים בתכלית מאלה של חלבונים כדוריים, כגון אנזימים. צרורות קשוחים של קולגן הנקראים סיבי קולגן הם מרכיב עיקרי במטריקס החוץ- תאי התומך ברוב הרקמות ונותן לתאים מבנה מבחוץ, אך קולגן נמצא גם בתוך תאים מסוימים. לקולגן יש חוזק מתיחה גדול, והוא המרכיב העיקרי של פאשיה, סחוס, רצועות, גידים, עצם ועור. יחד עם אלסטין וקראטין רך, הוא אחראי על חוזק העור וגמישותו, והשפלתו מובילה לקמטים הנלווים להזדקנות. הוא מחזק את כלי הדם וממלא תפקיד בהתפתחות הרקמה.
הוא קיים בקרנית ובעדשת העין בצורה גבישית.
זה עשוי להיות אחד החלבונים הנפוצים ביותר בתיעוד המאובנים, בהתחשב בכך שנראה שהוא מתאבן לעתים קרובות, אפילו בעצמות מהמזוזואיקון והפליאוזואיקון.

מאפיינים מכניים
קולגן הוא חומר היררכי מורכב בעל תכונות מכניות המשתנות באופן משמעותי על פני סולמות שונים.

בקנה מידה מולקולרי, סימולציות דוגמנות אטומיסטיות וגרעיניות, כמו גם שיטות ניסוי רבות, הובילו למספר הערכות של מודול הקולגן של יאנג ברמה המולקולרית. רק מעל קצב עקה מסוים יש קשר חזק בין מודול אלסטי וקצב מתח, אולי בשל מספר האטומים הגדול במולקולת קולגן. אורך המולקולה חשוב גם הוא, כאשר למולקולות ארוכות יותר יש חוזק מתיחה נמוך יותר מאלה קצרות יותר בשל מולקולות קצרות שבהן חלק גדול מקשרי מימן נשברים ומתחדשים.

בסולם הפיברילרי, לקולגן יש מודולוס נמוך יותר בהשוואה לסולם המולקולרי, והוא משתנה בהתאם לגיאומטריה, סולם התצפית, מצב העיוות ורמת ההידרציה. על ידי הגדלת צפיפות הצולבות מאפס ל-3 לכל מולקולה, המתח המרבי שהסיב יכול לתמוך בו עולה מ-0.5 GPa ל-6 GPa.

בדיקות מוגבלות נעשו לחוזק המתיחה של סיב הקולגן, אך בדרך כלל הוכח שיש לו מודול יאנג נמוך יותר בהשוואה לסיבים.

כאשר בוחנים את התכונות המכניות של קולגן, הגיד נבחר לעתים קרובות כחומר האידיאלי מכיוון שהוא קרוב למבנה קולגן טהור ומיושר. עם זאת, בקנה מידה מאקרו, רקמות, המספר העצום של מבנים שניתן לארגן סיבי קולגן וסיבים, מביא למאפיינים משתנים ביותר. לדוגמה, לגיד יש בעיקר סיבים מקבילים, בעוד העור מורכב מרשת של סיבים גליים, וכתוצאה מכך חוזק גבוה בהרבה וגמישות נמוכה יותר בגיד בהשוואה לעור.
התכונות המכניות של קולגן ברמות היררכיות מרובות נתונות.

מודול הקולגן של יאנג ברמות היררכיות מרובות
רמה היררכית המודולוס של יאנג
מולקולרית (באמצעות דוגמנות אטומיסטית) 2.4-7 GPa ליפון 0.2-0.
8 GPa סיבים (נמדדים מגיד זנב חולדה מוצלב) 1.
10 GPa סיבים (נמדדים מגיד זנב חולדה שאינו מוצלב) 50-250 MPa קולגן ידוע כמוצק ויסקו אלסטי.

כאשר סיב הקולגן מעוצב כשני דגמי קלווין-ווג'ט בסדרה, שכל אחד מהם מורכב מקפיץ ודשפוט במקביל, ניתן לעצב את המתח בסיב

לקולגן מגוון רחב של יישומים, ממזון ועד רפואי. בתעשייה הרפואית, הוא משמש בניתוחים קוסמטיים וניתוחי כוויות. בתחום המזון, דוגמה אחת לשימוש היא במארזים לנקניקיות.

אם הקולגן נתון לדנטורציה מספקת, כגון על ידי חימום, שלושת גדילי הטרופוקולגן נפרדים באופן חלקי או מלא לתחומים כדוריים, המכילים מבנה משני שונה מהקולגן הרגיל פוליפרולין II (PPII) של סלילים אקראיים. תהליך זה מתאר את היווצרותו של ג'לטין, המשמש במזונות רבים, כולל קינוחי ג'לטין בטעמים. מלבד מזון, נעשה שימוש בג'לטין בתעשיות התרופות, הקוסמטיקה והצילום. הוא משמש גם כתוסף תזונה, ופורסם כתרופה פוטנציאלית נגד תהליך ההזדקנות.

מיוונית לדבק, kolla, משמעות המילה קולגן היא " יוצר דבק " ומתייחסת לתהליך המוקדם של הרתחה של העור והגידים של סוסים ובעלי חיים אחרים כדי להשיג דבק. דבק קולגן שימש את המצרים לפני כ-4,000 שנה, ואינדיאנים השתמשו בו בקשתות לפני כ-1,500 שנה. הדבק העתיק בעולם, מתוארך לפחמן כבן יותר מ-8,000 שנה, התגלה כקולגן – המשמש כבטנת הגנה על סלי חבלים ובדים רקומים, כדי להחזיק כלים יחד, ובקישוטים צולבים על גולגולות אנושיות. הקולגן הופך בדרך כלל לג'לטין, אך שרד עקב תנאי יובש. דבקים לבעלי חיים הם תרמופלסטיים, מתרככים שוב עם חימום חוזר, כך שהם עדיין משמשים לייצור כלי נגינה כמו כינורות וגיטרות משובחים, שאולי יש צורך לפתוח אותם מחדש לתיקונים – יישום שאינו תואם עם דבקי פלסטיק קשיחים סינתטיים, שהם קבועים. גידים ועורות של בעלי חיים, כולל עור, שימשו לייצור מאמרים שימושיים במשך אלפי שנים.

דבק ג'לטין- resorcinol- פורמלדהיד (ועם פורמלדהיד מוחלף בפנטנדיאל ואתנדיאל פחות רעילים שימש לתיקון חתכים ניסיוניים בריאות ארנבת.
קוסמטיקה

קולגן בקר נמצא בשימוש נרחב בחומרי מילוי עוריים לתיקון אסתטי של קמטים והזדקנות העור.
קרמי קולגן נמכרים גם הם באופן נרחב למרות שקולגן אינו יכול לחדור לעור מכיוון שסיביו גדולים מדי.
רוב המחקרים על תוספי קולגן מומנו על ידי תעשיות שיכולות להפיק תוצאת מחקר חיובית.

היסטוריה
המבנים המולקולריים והאריזה של הקולגן חמקו ממדענים במשך עשרות שנות מחקר. העדות הראשונה לכך שיש לו מבנה קבוע ברמה המולקולרית הוצגה באמצע שנות ה-30. לאחר מכן, המחקר התרכז בקונפורמציה של מונומר הקולגן, ויצר מספר מודלים מתחרים, אם כי התמודד בצורה נכונה עם הקונפורמציה של כל שרשרת פפטיד בודדת. מודל ה"מדרס" המשולש, שהוצע על ידי GN Ramachandran ב-1955, סיפק מודל מדויק של המבנה הרבעוני בקולגן. מודל זה נתמך במחקרים נוספים של רזולוציה גבוהה יותר בסוף המאה ה-20.

מבנה האריזה של הקולגן לא הוגדר באותה מידה מחוץ לסוגי הקולגן הפיברילרי, אם כי זה זמן רב ידוע שהוא משושה. בדומה למבנה המונומרי שלו, מספר מודלים סותרים מציעים שסידור האריזה של מולקולות הקולגן הוא 'דמוי יריעה', או שהוא מיקרופיברילרי. המבנה המיקרו-פיברילרי של סברי קולגן בגיד, בקרנית ובסחוס צולם ישירות במיקרוסקופ אלקטרוני בסוף המאה ה-20 ותחילת המאה ה-21. המבנה המיקרו-פיברילרי של גיד זנב החולדות עוצב ככזה שהוא קרוב ביותר למבנה הנצפה, למרות שהוא פישט יתר על המידה את ההתקדמות הטופולוגית של מולקולות קולגן שכנות, ולכן לא חזה את הקונפורמציה הנכונה של ה-D הלא רציף.
סידור פנטאמרי תקופתי המכונה מיקרופיבריל.