Udostępnij

O kolagenie i elastynie od lat bardzo wiele się mówi – najczęściej w kontekście ich wykorzystania w medycynie estetycznej i kosmetologii. Bardzo rzadko zastanawiamy się jednak czym naprawdę są te białka i jaka jest ich rola w organizmie. Niniejszy artykuł ma za zadanie przybliżyć najważniejsze zagadnienia na temat tych dwóch ważnych białek.

O kolagenie i elastynie od lat bardzo wiele się mówi – najczęściej w kontekście ich wykorzystania w medycynie estetycznej i kosmetologii. Bardzo rzadko zastanawiamy się jednak czym naprawdę są te białka i jaka jest ich rola w organizmie. Niniejszy artykuł ma za zadanie przybliżyć najważniejsze zagadnienia na temat tych dwóch ważnych białek.

    Obserwując okładki kolorowych gazet trudno nie odnieść wrażenia, że żyjemy w czasach kultu młodości. Dzisiaj bycie wiecznie młodym i pięknym staje się celem bardzo wielu osób. Czy jest to jednak postawa godna potępienia? Współczesna medycyna i kosmetologia dostarczają nam przecież wiele sposobów na zachowanie ładnego wyglądu przez lata – dlaczego mielibyśmy nie skorzystać z możliwości, jakie daje nam nauka? Abstrahując  od aspektów socjologicznych i psychologicznych, coraz większa wiedza na temat funkcjonowania organizmu na poziomie molekularnym dostarcza nam coraz nowocześniejszych metod „upiększania”. Wiele z nowoczesnych preparatów kosmetycznych ma za zadanie dostarczanie naszej skórze substancji niezbędnych do jej prawidłowego funkcjonowania. W jakim stopniu „odżywianie” skóry  od zewnątrz ma sens – to już zupełnie odrębny temat. Ciekawe jest jednak, że coraz częściej wykorzystujemy substancje, których znaczenia dla organizmu kiedyś nie rozumiano lub nie dostrzegano. Dziś powszechnie wykorzystujemy np. kosmetyki zawierające witaminę C czy E.W gabinetach kosmetycznych i salonach odnowy biologicznej wykorzystuje się także preparaty kolagenowe. O kolagenie każdy chyba słyszał, powstało także mnóstwo kosmetyków zawierających go w swoim składzie. Jak często jednak zastanawiamy się czym właściwie jest kolagen i jaka jest jego biologiczna funkcja? Jaka jest zatem rola tego białka i gdzie naturalnie się ono znajduje?
    Organizmy wielokomórkowe wykazują się zwykle bardzo złożoną budową. Poszczególne komórki funkcjonują jako elementy tkanek i są w stanie wykonywać tylko ściśle określone czynności. Budowa takich komórek jest zmodyfikowana. W skrajnych przypadkach pojedyncze komórki pozbawione są niemal wszystkich organelli, co oczywiście ma umożliwiać im spełnianie swojej roli w tkance (np. czerwone krwinki ssaków nie posiadają nawet jądra komórkowego). Mimo tak skomplikowanej budowy, poszczególne komórki tworzą wraz z innymi jedną funkcjonalną całość w tkance, w związku z czym muszą pozostawać w stałym kontakcie z innymi komórkami. Pomiędzy komórkami w tkankach istnieją zatem różnego rodzaju połączenia, a całe tkanki są wyjątkowo dobrze stabilizowane obecnością szeregu złożonych związków organicznych – białek i cukrów. Wspomniane związki tworzą tzw. macierz zewnątrzkomórkową –  ECM (ang. extracellular matrix), od której zależy utrzymanie prawidłowej funkcji i struktury tkanek.  Bardzo ważnym składnikiem macierzy jest kolagen, a dokładniej rzecz ujmując- kolageny.
    Białka macierzy zewnątrzkomórkowej bywają określane jako „biologiczny klej”. Jeszcze kilkanaście lat temu przypisywano im bowiem głównie „mechaniczną” rolę w stabilizowaniu struktury tkanek. Dziś wiemy na ich temat dużo więcej. Zasadniczo białka ECM dzieli się na dwie grupy – białka kolagenowe i niekolagenowe. Z biochemicznego punktu widzenia białka te stanowią glikoproteiny, tj. białka  z przyłączonymi resztami cukrowymi. Oprócz białek, w ECM występują także wielocukry, tworzące swego rodzaju żel polisacharydowy. Wszystkie te substancje wydzielane są przez różne komórki tkanki łącznej (w tym także przez osteoblasty w tkance kostnej), a ich funkcja jest bardzo ważna. Cząsteczki białek i cukrów w ECM biorą bowiem udział nie tylko w „zlepianiu” komórek w jedną całość w tkance, ale także w ich rozwoju, metabolizmie a nawet różnicowaniu.
    Kolageny to charakterystyczne białka o budowie włókienkowej, chociaż istnieją także cząsteczki o nieco innej strukturze. Występują w ogromnych ilościach w organizmach zwierząt, stanowiąc nawet 40% białek w skórze, ścięgnach, chrząstkach czy więzadłach. Pod terminem „kolagen” rozumie się grupę przynajmniej dwunastu białek, z których kilka poznano już bardzo dobrze. Ważną cechą kolagenów, decydującą o ich przydatności biologicznej, jest ogromna wytrzymałość na rozciąganie. Jedno włókno kolagenowe o średnicy 1mm wytrzymuje ciężar 10kg! Wbrew obiegowej opinii kolagen nie jest zatem białkiem bardzo elastycznym. Inną ciekawą cechą kolagenu jest fakt, że nie rozpuszcza się on w wodzie. Utrudniało to początkowo badania, jednak z czasem biochemikom udało się obejść ten problem. Jak wspomniano wcześniej, obecnie znamy przynajmniej kilkanaście typów kolagenu, z czego najczęściej występującym jest kolagen typu I, stanowiący 90% wszystkich białek kolagenowych, a występujący w dużych ilościach w skórze, więzadłach i ścięgnach.
    Podstawową jednostka strukturalną cząsteczki kolagenu jest tropokolagen. W przypadku kolagenu I i niektórych innych typów stanowi on włókienkowate białko, kształtem zbliżone to grubego sznura lub liny. Jedna taka cząsteczka składa się z trzech cieńszych włókien, owiniętych wokół siebie. Taki opis struktury stanowi oczywiście spore uproszczenie, ale w pełni oddaje asymetrię, jaką dostrzegamy w budowie cząsteczki kolagenu. Ciekawą właściwością biochemiczną takich cząsteczek jest fakt powtarzalności ściśle określonych aminokwasów. Spory udział w budowie cząsteczki mają glicyna, prolina i hydroksyprolina. Ten ostatni aminokwas, a konkretnie 4-hydroksyprolina, występuje w przyrodzie bardzo rzadko. Do jego powstania niezbędna jest obecność jonów askorbinianowych, czyli witaminy C. Między innymi z tego powodu obecność tej witaminy ma ogromne znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania skóry, w której kolagenu jest bardzo dużo.
    Jak wspomniano wcześniej, cząsteczki kolagenu produkowane są przez komórki tkanki łącznej. Proces biosyntezy obejmuje kilka etapów, z których część ma miejsce już poza wspomnianymi komórkami. Wyizolowano szereg enzymów biorących udział w procesie biosyntezy kolagenu. Końcowym etapem procesu jest samowolne gromadzenie się cząsteczek powstałego tropokolagenu w mikrowłókienka, które następnie gromadzą się w większe włókna aż do powstania właściwej grubości włókien (około 0,5 um). Pomiędzy nimi powstają wiązania, dzięki którym pojedyncze cząsteczki tropokolagenu zebrane są w rzędy i tworzą większe struktury o ściśle określonym przesunięciu cząsteczek względem siebie. Takie ułożenie ma prawdopodobnie ogromne znaczenie dla funkcji kolagenu – umożliwia min. prawidłowe odkładanie związków mineralnych w kościach.
    Kolagen typu I. występuje w kościach, narządach wewnętrznych, skórze, więzadłach i ścięgnach. Zawiera mało hydroksyproliny, a jego włókna są grube. Inne kolageny występują min. w chrząstkach, krążkach międzykręgowych, ścianach naczyń krwionośnych a czasem w niektórych komórkach nowotworowych. W tabeli poniżej przedstawiono występowanie wybrancych typów kolagenu w organizmie człowieka.

Typ kolagenu    Występowanie
I                            Skóra, aparat więzadłowy, ścięgna, kości
II                          Ciecz szklista w oku, krążki międzykręgowe, chrząstki
VII                        Łożysko, błony płodowe
X                           Chrząstki

    Ciekawe jest to, że niektóre rodzaje kolagenu mają nietypową budowę, tzn. nie mają postaci typowych włókienek, lecz posiadają obszary „poplątanych kłębków” (naukowe określenie takich „kłębków” to struktura globularna). Do takich nietypowych kolagenów należy min. kolagen typu IV, który jest najważniejszym składnikiem błony podstawnej – elementu, na którym oparta jest konstrukcja wszystkich nabłonków. Ciekawostką niech będzie fakt, że błony podstawne, oparte na kolagenie IV, pełnią min. funkcję filtrów molekularnych w ścianach kłębuszków nerkowych.
    Kolageny stanowią ważną składową macierzy zewnątrzkomórkowej, jednakże ich funkcja powiązana jest z funkcją białek niekolagenowych. Jednym z ważniejszych przedstawicieli tej grupy jest elastyna.
    Jak sama nazwa wskazuje, elastyna jest białkiem wyjątkowo elastycznym, tzn. sprężystym. Syntetyzowana jest nie tylko przez komórki tkanki łącznej, jak kolagen, ale także przez szereg innych typów komórek, min. przez mięśnie gładkie. Budowa chemiczna elastyny przypomina nieco budowę kolagenu – głównie za sprawą obecności podobnych aminokwasów (min. glicyny i proliny). W elastynie jest jednak niewiele hydroksyproliny, której sporo jest w cząsteczkach kolagenu. Struktura przestrzenna cząsteczki elastyny różni się od cząsteczki kolagenu – tworzą ją bowiem pojedyncze włókna, pomiędzy którymi występują wiązania łączące i tworzące przestrzenną sieć.
    Bardzo ważną cechą elastyny jest jej zdolność do rozciągania. Obecność elastyny w tkankach pozwala im na bezpieczne skręcanie (oczywiście w określonych granicach). Kolageny były białkami mało rozciągliwymi, ale za to odpornymi na zerwanie. Oczywiście w ECM włókna kolagenowe i elastynowe „współpracują”. Ciekawą właściwością elastyny jest także jej odporność na gotowanie, a nawet na działanie kwasów i zasad. Skutecznie trawi ją jedynie jeden enzym produkowany w trzustce – elastaza.
    Właściwości elastyny znajdują odzwierciedlenie w jej rozmieszczeniu w tkankach. Stanowi ona ważny składnik więzadeł, które są z natury bardzo sprężyste, występuje także w ścianach naczyń krwionośnych – szczególnie w tętnicach. Elastyny mniej jest za to w ścięgnach (tam przeważa obecność włókien kolagenowych) i – tu pewne zaskoczenie – w skórze. Rola elastyny w utrzymaniu elastyczności skóry jest jednak bardzo ważna. Widać to bardzo dobrze u osób w wieku podeszłym – włókna elastynowe ulegają z wiekiem uszkodzeniom, co przejawia się min. jako zmniejszenie sprężystości skóry.
    Białka macierzy zewnątrzkomórkowej stanowią bardzo ważny czynnik regulujący funkcjonowanie tkanek. Oprócz białek, w ECM występują także inne substancje. O kolagenie mówi się często w kontekście jego znaczenia dla zachowania młodego wyglądu skóry. Stanowi składnik wielu preparatów „odmładzających”, ujędrniających i przeciwzmarszczkowych. Należy pamiętać, że rola kolagenu i innych białek ECM jest bardzo szeroka, a skóra jest tylko jednym z wielu miejsc, w którym one występują. Nie należy także zapominać, że kosmetyczne zastosowanie preparatów kolagenowych ma swoje ograniczenia, wynikające min z możliwości wykorzystania takich włókien dostarczonych z zewnątrz do budowy struktur w tkance łącznej skóry.
    Włókna kolagenowe są wykorzystywane także w medycynie – pomagają odbudowywać zniszczone tkanki. Przełomowym wydarzeniem było tutaj stworzenie „sztucznej skóry” o nazwie Integra, opartej na strukturze kolagenu bydlęcego. Kolageny służą też do produkcji niektórych nici chirurgicznych. W chirurgii plastycznej włókna kolagenowe używane są do wypełniania ust. Kolagen na potrzeby medycyny i do zastosowań kosmetycznych pozyskuje się z tkanek zwierzęcych. Udało się także stworzyć syntetyczny ludzki kolagen, który może być lepiej tolerowany przez organizm człowieka, niż kolagen zwierzęcy, co ma szczególne znaczenie przy stricte medycznym jego zastosowaniu. Podjęto również próby uzyskiwania kolagenu drogą inżynierii genetycznej, z wykorzystaniem transgenicznej kukurydzy.
    Jeśli chodzi o zastosowanie kolagenu do zabiegów poprawiających wygląd skóry, warto pamiętać że obecność odpowiedniej ilości włókien kolagenowych w skórze to tylko jeden z elementów niezbędnych do zachowania jej „młodego” wyglądu. Istotne są  także takie czynniki, jak „kondycja” elastyny w tkance, stopień nawilżenia skóry (tu pojawia się ważna rola kwasu hialuronowego – polisacharydu związanego z ECM) i – co oczywiste – ogólny stan organizmu. Przeglądając literaturę dotyczącą kolagenu czy elastyny warto jednak pamiętać, jak ważna jest rola tych związków w organizmie, uwzględniając jednocześnie funkcję całej macierzy zewnątrzkomórkowej. Tylko takie spojrzenie pozwoli w pełni zrozumieć złożoność zagadnienia. Można podejrzewać, że „moda” na kolagen nie tylko szybko się nie skończy, ale wraz z pełniejszym poznaniem mechanizmów starzenia się skóry będzie ona jeszcze większa.
 

autor: LukaszIw.
link:


Udostępnij

Komentarze

komentarze