Структура молекул коллагена

Первичная структураКоллаген - это не один белок, а семейство белков. Коллаген, используемый для получения желатина, в основном относится к типу I, который в изобилии содержится в коже, костях и сухожилиях животных. Аминокислоты образуют коллаген путем реакции дегидратации, как и другие белки. В других белках аминокислоты не повторяются, но в коллагене существует повторяющаяся структура G-X-Y, которая составляет 96% всей пептидной цепи. G - это глицин; пролин и гидроксипролин предпочитают позиции X, Y, но могут быть и другие аминокислоты, содержание которых варьируется у разных организмов. Около тысячи таких аминокислотных остатков составляют пептид, С- и N-концы которого представляют собой короткие цепи без повторений G-X-Y. Отсутствие триптофана и цистеина, низкое содержание метионина, гистидина и тирозина означает, что коллаген является неполноценным белком, поэтому люди не могут выжить, питаясь только коллагеном.

Вторичная структура

Коллаген I типа состоит из трех пептидов, два из которых - одинаковые пептиды α1, а другой - немного другой пептид α2. Каждый пептид свернут в конформацию левосторонней спирали с помощью водородных связей.

Третичная структура

Три левовращающих пептида закручиваются друг вокруг друга, образуя при помощи водородных связей похожую на веревку правовращающую тройную спираль, называемую тропоколлагеном (длина 300 нм, диаметр 1,5 нм). Группы G расположены внутри веревки, а группы X, Y направлены наружу. Пространство внутри веревки слишком мало для размещения других групп, кроме атомов водорода.

Четвертичная структураЭти тропоколлагены собираются вместе и спонтанно превращаются в фибриллы из-за распределения поверхностного заряда и гидрофобных групп. В фибрилле молекулы тропоколлагена располагаются в шахматном порядке на четверть своей длины, образуя несколько рядов. Расстояние между тропоколлагенами в одном ряду составляет 0,6D, а перекрывающаяся часть соседних молекул - 3,3D (D=67нм). Остатки лизина и гидроксилизина соседних тропоколлагенов образуют ковалентные связи для укрепления фибрилл. Фибриллы располагаются параллельно, образуя линейные волокна (кости, сухожилия), или располагаются в случайном направлении, образуя ретикулярные волокна (кожа). Тройная спираль и ковалентное сшивание придают коллагену большую механическую прочность. Он играет важную роль в жизнедеятельности организма, например, в росте волос, заживлении ран, а также в поддержании органов и защите тела. Больше всего коллагена содержится в соединительной ткани, коже и костях животных.