Wchłanianie i metabolizm kolagenu w organizmie człowieka.
Glicyna, prolina czy hydroksyprolina należą do łatwo przyswajalnych aminokwasów – niemniej jednak skomplikowana struktura kolagenu, którego są istotną częścią sprawia, że kolagen jest odporny na działanie typowych proteaz, które odpowiedzialne są za rozkład białek. Jedynie fibroblasty wytwarzają specjalne enzymy, które mają zdolność degradacji wysoko zorganizowanych struktur kolagenu. W organizmie ludzkim wyróżnia się dwie drogi biodegradacji białek kolagenowych: drogę zewnątrz- i wewnątrzkomórkową (1). Zewnątrzkomórkowy szlak degradacji kolagenu opiera się na działaniu enzymów zwanych metaloproteinazami macierzy zewnątrzkomórkowej (MMP). Enzymy te są endopeptydazami, zawierającymi w swojej budowie atom cynku, który to pełni dodatkowo rolę katalityczną. W obrębie tej grupy wyróżnia się: koleganazy, żelatynazy, stromelizyny, matrylizyny, metaloproteinazy błonowe oraz inne metaloproteinazy. Aktywność każdej metaloproteinazy jest hamowana przez endogenne inhibitory tkankowe (TIMP). Ponadto enzymy te wydzielane są jako wrażliwe na pH proenzymy, które ulegają aktywacji w określonym środowisku (2). W strukturach proenzymów charakterystyczne jest związanie z atomem cynku cysteiny N-końcowego fragmentu łańcucha polipeptydowego. Aktywacja enzymu polega na rozerwaniu tego wiązania, następnie w kaskadowej reakcji polegającej na zmianach przestrzennych w budowie enzymu następuje odsłonięcie miejsca aktywnego metaloproteinazy i obniżenie jej masy cząsteczkowej. Każda metaloproteinaza ma zdolność trawienia tylko określonych białek macierzy zewnątrzkomórkowej. Proces degradacji cząsteczek kolagenu zapoczątkowują mateloproteinazy, które należą do kolagenaz (MMP-1, MMP-8, oraz MMP-13), żelatyna z (MMP-2 i MMP-9), stromelizyn (MMP-10), matrylizyn (MMP-7) oraz innych metaloproteinaz (MMP14, MMP-15 i MMP-16), a każdy z tych enzymów trawi tylko określone typy białka. Zdolności enzymatyczne metaloproteinaz zależą od: pH środowiska, innych enzymów proteolitycznych, oksydantów, jonów metali, a także detergentów, ilości danego substratu oraz tkankowych inhibitorów metaloproteinaz (2).
Rycina 1. Etapy degradacji kolagenu w drodze zewnątrzkomórkowej (2)
Z kolei aktywna kolagenaza poprzez rozrywanie wiązania pomiędzy glicyną a izoleucyną (lub leucyną) ma zdolność degradowania potrójnej helisy kolagenu. Tak powstają dwie duże molekuły, z których pierwsza stanowi około 75%, druga natomiast 25% pierwotnego związku. Ze względu na to, że produkty tego rozpadu nie mają już właściwości złożonej struktury, stają się mniej odporne na działanie temperatury. Temperatura ciała nasila proces denaturacji, co prowadzi do zaburzenia struktur superheliksy i poprawia zdolności rozpuszczania w wodzie. Dalsze trawienie łańcucha białkowego zachodzi już pod wpływem działania nieswoistych proteaz i prowadzi do powstania krótkich peptydów lub nawet pojedynczych aminokwasów (Rycina 1)(3). Szlak wewnątrzkomórkowy ma zdecydowanie mniejszy udział w biodegradacji kolagenu. Główną rolę w tym szlaku pełnią receptory na powierzchni komórek, które wiążą się z cząsteczką kolagenu. Tak zapoczątkowany proces degradacji prowadzi poprzez endocytozę do wchłonięcia cząsteczki kolagenu i jej transportu do lizosomów (Rycina 2.). W lizosomach kwaśne pH denaturuje superhelisę, dzięki czemu staje się ona łatwa do strawienia przez obecne w nich enzymy proteolityczne (1).
Rycina 2. Endocytoza receptorowa w komórce (4)
Bibliografia:
1. Wagenaar-Miller RA, Engelholm LH, Gavard J, Yamada SS, Gutkind JS, Behrendt N, i in. Complementary Roles of Intracellular and Pericellular Collagen Degradation Pathways In Vivo. Mol Cell Biol. wrzesień 2007;27(18):6309–22.
2. Anna Wasilewska, Katarzyna Taranta-Janusz, Walentyna Zoch-Zwierz, Agnieszka Rybi-Szumińska, Zbigniew Kołodziejczyk. Rola metaloproteinaz (MMP) i ich tkankowych inhibitorów (TIMP) w nefrologii. Przegląd Lekarski. 2009;66(9):485–90.
3. Zelaszczyk D, Waszkielewicz A, Marona H. Kolagen – struktura oraz zastosowanie w kosmetologii i medycynie estetycznej. Estetologia Medyczna i Kosmetologia. 1 styczeń 2012;14–20.
4. Konopska B, Gołąb K, Gburek J. Endocytoza niezależna od klatryny – rola w patomechanizmie chorób i aspekty farmaceutyczne. Postepy Hig Med Dosw. 2015;(69):763–76.
