Collagen là gì? Cấu trúc và phân loại Collagen

1. Collagen là gì?

Collagen là loại Protein cấu trúc chính yếu, chiếm khoảng 30% tổng lượng protein trong cơ thể ở các động vật có xương sống. Collagen có nhiều trong gân, da, xương, hệ thống mạch máu của động vật và có mặt trong các lớp màng liên kết bao quanh các cơ. Khoảng 10% Protein trong cơ ở động vật có vú là collagen, các protein ngoại bào (hơn 90% trong gân, xương và khoảng 50% trong da) có chứa collagen. Nó có tác dụng như một chất keo liên kết các tế bào lại với nhau để hình thành các mô và cơ quan nền tảng trong cơ thể.

Collagen cung cấp cho các mô liên kết những đặc tính nổi trội nhờ vào sự hiện diện rộng khắp và sự sắp xếp mang tính cấu trúc của nó. Nó phân bố khắp nơi trong cơ thể, từ chõ gân nối bắp chân và gót chân cho tới giác mạc. Trong gân và dây chằng, collagen có tác dụng truyền lực từ cơ sang xương và tích trữ năng lượngđàn hồi. Sự di chuyển nhịp nhàng, uyển chuyển  sẽ không thể thực hiện đực nếu thiếu tính chất này. Collagen còn là chất nền hữu cơ có trong xương, men răng giúp chống lại sự rạn nứt. Nó là thành phần chính trong da, mạch máu, các cơ. Collagen không chỉ có chức năng cơ học, chẳng hạn như ở giác mạc, trật tư cấu trúc của các sợi collagen tạo lên sự trong suốt.

Collagen được xem như một vật liệu xây dựng. Sự linh hoạt của nó là nhờ vào cấu trúc cấp bậc phức tạp, tạo nên sự đa dạng trong tính chất nhằm phục vụ những chức năng nhất định.

2. Cấu trúc của chollagen

Cấu trúc phân tử collagen

Phân tử collagen (hay còn cọi là tropocollagen) là một protein hình trụ, dài khoảng 300mm, đường kính khoảng 15mm.

Nó bao gồm 3 chuỗi Polypeptide (gọi là chuỗi α) cuộn lại với nhau. Mỗi chuỗi α cuộn thành đường xoắn ốc theo hướng từ phải sang trái với 3 gốc trên một vòng xoắn. ba chuỗi này xoắn lại với nhau theo hướng từ trái sang phải tạo thành đường bộ ba xoắn ốc.

Mỗi chuỗi polypeptide có khối lượng phân tử khoảng 100kDa, tạo nên tổng khối lượng phẩn tử của Collagen khoảng 300kDa. Chuỗi α được cấu tạo bởi khoảng 1000 amino acid. Các chuỗi α khác nhau (α1, α2 và α3) ở thành phần amino acid. Sự  phân bố của các chuỗi α1, α2 và α3 trong các phân tử collagen khác nhau tùy thuộc vào sự khác nhau về gen.

Collagen không chứa tryptophan, giàu thành phần glycine, Proline và hydroxyproline, là một trong số ít những protein cs chứa hydroxylysine. Nó chứa khoảng 33% glycine, 12% proline và 11% hydroxyproline.

Cấu trúc sợi collagen

Phần lớn collagen trong mạng lưới ngoại bào được tìm thấy ở dạng sợi, bao gồm những sợi mảnh, nhỏ. Thông qua quá trình tạo sợi, các phân tử collagen tổ hợp với nhau hình thành nên các vi sợi (microfibril) bao gồm 4-8 phân tử collagen hoặc với số lượng nhiều hơn sẽ tạo thành các sợi (fibril). Những sợi này có đường kính 10-500mm tùy thuộc vào loại mô và giai đoạn phát triển. Các sợi collagen sẽ thiết lập nên các sợi lớn hơn (fiber) và cao hơn nữa là các bó sợi (fiber bundle).

Các chuỗi collagen sắp xếp song song theo chiều dọc tạo thành các sợi với tính chu kỳ nhất định. Chúng được sắp xếp so le nhau một khoảng 67mm và có một số khoảng trống khoảng 40mm giữa các phân tử liền kề nhau.

Nhờ vào cấu trúc có thứ bậc, độ bền vốn có của các chuỗi xoắn ốc được chuyển sang các sợi collagen, cung cấp cho các mô độ cứng, độ đàn hồi và những đặc tính cơ học riêng biệt.

Sợi collagen có là các tổ hợp cấu trúc bán kết tinh của các phân tử collagen. Các vi sợi kết hợp tạo nên sợi lớn hơn. Các sợi collagen được sắp xếp với những cách thức kết hợp và mức độ tập trung khác nhau trong các mô khác nhau để cung cấp các đặc tính khác nhau của mô.

3. Phân loại collagen

Tính đến thời điểm hiện tại có 42 loại chuỗi polypeptide được nhận dạng. Chúng được mã hóa bởi 41 loại gen khác nhau, tạo thành 27 loại chollagen. Họ collagen được phân loại thành những phân họ khác nhau dựa vào sự tổ hợp của các siêu phân tử.

Hiện tại, có ít nhất khoảng 13 loại collagen đã được trích chiết. Chúng khác nhau về chiều dài của chuỗi xoẵn ốc cũng như bản chất và kích cỡ của những phần không xoắn ốc.

Hơn 90% collagen trong cơ thể là các collagen loại I, II, III và IV. Những bệnh tật liên quan đến collagen là do sự khuyết tật về gen ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp, sự sắp xếp cũng như quá trình khác trọng sự sản sinh collagen một cách bình thường.

Xem thêm

Collagen cá Tuyết

13 loại thực phẩm giúp cơ thể sản xuất Collagen

6 lợi ích hàng đầu của việc bổ sung collagen