Коллагеновые и эластические волокна

Волокнистый компонент внеклеточного матрикса в основном состоит из двух белковых систем с комплементарными механическими функциями. Коллагеновые волокна обеспечивают прочность на разрыв и сопротивление растяжению, тогда как эластические волокна позволяют тканям растягиваться и возвращаться в исходное состояние. Их относительное количество и расположение, наряду с тонкой ретикулярной коллагеновой сетью, во многом определяют механические свойства любой соединительной ткани.

Definition

Коллагеновые и эластические волокна — это две основные волокнистые системы внеклеточного матрикса: коллаген представляет собой семейство тройных спиральных белков, которые собираются в фибриллы и волокна, придавая прочность на разрыв, а эластические волокна состоят из сшитого эластина, отложенного на каркасе из фибриллиновых микрофибрилл, обеспечивая растяжение и возврат в исходное состояние.

Scope

Эта тема охватывает основные волокна соединительной ткани: коллаген (его тройная спиральная молекула, сборка фибрилл и волокон, а также ретикулярный подтип) и эластические волокна (эластин и фибриллиновые микрофибриллы, на которых он откладывается). Основное внимание уделяется структуре и сборке; более широкий матрикс и его основное вещество рассматриваются в теме «Состав внеклеточного матрикса». Это структурный справочник, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как устроена молекула коллагена и как она собирается в фибриллы и волокна?
• Что отличает эластические волокна от коллагена по структуре и механическому поведению?
• Как ретикулярные волокна соотносятся с обычными коллагеновыми волокнами?

Key concepts

• Тройная спиральная молекула коллагена (повтор Gly-X-Y)
• Фибриллярные коллагены (типы I, II, III) и сборка фибрилл
• Посттрансляционная модификация и сшивание
• Ретикулярные волокна (сеть коллагена типа III)
• Эластин и эластическая отдача
• Фибриллиновые микрофибриллы как каркас для эластина

Mechanisms

Основной единицей коллагена является молекула из трех полипептидных альфа-цепей, свернутых в тройную спираль, что возможно благодаря повторяющейся последовательности Gly-X-Y, в которой глицин занимает каждую третью позицию, а пролин и гидроксипролин встречаются часто. После секреции фибриллярные коллагены (такие как типы I, II и III) собираются в полосатые фибриллы, которые объединяются в волокна; ковалентные поперечные связи, образующиеся после модификации остатков лизина и гидроксилизина, стабилизируют сборку и определяют ее прочность. Ретикулярные волокна представляют собой тонкую разветвленную сеть, состоящую в основном из коллагена типа III, которая поддерживает клеточные органы и ткани. Эластические волокна работают по-другому: сшитый эластин образует аморфное ядро, которое может растягиваться и возвращаться в исходное состояние, подобно резине, и он откладывается на каркасе из богатых фибриллином микрофибрилл, которые организуют волокно и необходимы для его правильной сборки.

Clinical relevance

Целостность коллагеновых и эластических волокон определяет, как кожа, сухожилия, стенки сосудов и другие ткани сопротивляются силе и восстанавливают свою форму, поэтому структурные данные здесь составляют основу для понимания наследственных и приобретенных нарушений этих волокон. Описания касаются нормальной биологии волокон и не являются основанием для индивидуальной диагностики или лечения в области здравоохранения.

History

Коллаген был одним из первых белков, структура которого была понята на молекулярном уровне, при этом тройная спираль была установлена в середине двадцатого века, а более крупное семейство коллагенов было определено последующей молекулярной биологией. Эластические волокна изначально определялись по их окрашиванию и эластичному поведению; более поздние работы идентифицировали эластин как возвращающееся в исходное состояние ядро, а фибриллиновые микрофибриллы как каркас, на котором он откладывается, проясняя, как собирается двухкомпонентное волокно.

Seminal works

• shoulders-2009
• ricard-blum-2011
• wagenseil-2007

Frequently asked questions

В чем разница между коллагеновыми и эластическими волокнами?

Коллагеновые волокна прочны и устойчивы к растяжению, придавая тканям прочность на разрыв, тогда как эластические волокна могут растягиваться, а затем возвращаться в исходное состояние, позволяя таким тканям, как кожа и артерии, восстанавливать свою первоначальную форму после деформации.

Являются ли ретикулярные волокна отдельным видом волокон?

Нет. Ретикулярные волокна в основном состоят из коллагена типа III; они представляют собой тонкую, разветвленную коллагеновую сеть, которая обеспечивает деликатный поддерживающий каркас, отличающийся по внешнему виду, но химически являющийся формой коллагена.