Коллаген - что это такое и как работает

Коллаген - главный структурный белок внеклеточного матрикса, на который приходится примерно треть всего белка в организме человека. Кожа, кости, сухожилия, хрящи, стенки сосудов, базальные мембраны - всё это держится на коллагеновых каркасах. Но если открыть упаковку с надписью «коллаген», возникает законный вопрос: что именно внутри? Ведь коллаген - это не одна молекула, а семейство из 28 разных белков, и каждый из них отвечает за свою ткань.

Три цепи, один узел: почему спираль не распадается

Каждая молекула коллагена устроена как тройная спираль: три полипептидные цепи закручены вокруг общей оси так плотно, что конструкция выдерживает нагрузки, с которыми не справится большинство других белков (Shoulders and Raines, 2009). Секрет прочности - в аминокислотной последовательности. Каждый третий остаток в цепи - глицин, самая маленькая аминокислота. Только глицин физически помещается в центральное пространство спирали, где три цепи сходятся вплотную; любая другая аминокислота раздвинула бы конструкцию изнутри.

Остальные две позиции в повторяющемся мотиве занимают пролин и гидроксипролин. Пролин задаёт излом цепи, а гидроксипролин скрепляет спираль водородными связями между соседними цепями. И вот здесь кроется важная деталь: гидроксипролин не записан в геноме напрямую. Он появляется уже после сборки цепи, когда фермент пролилгидроксилаза пришивает гидроксильную группу к пролину. А этому ферменту необходим кофактор - витамин C. Без аскорбиновой кислоты гидроксилирование останавливается, спираль не стабилизируется, и собранный проколлаген разрушается внутри клетки, так и не выйдя наружу.

Именно поэтому при тяжёлом дефиците витамина C - цинге - раны перестают заживаться, дёсны кровоточат, а сосуды становятся ломкими: коллаген в тканях попросту не собирается в прочные волокна.

Карта тела: 28 типов, и каждый на своём месте

Белки коллагенового семейства различаются не только по строению, но и по «адресу прописки» в организме. Наиболее изученные пять типов распределены так:

• Тип I - главный белок кожи, костей, сухожилий и роговицы. На него приходится около 80-90% всего коллагена тела. Он образует толстые, прочные фибриллы и держит на себе основную механическую нагрузку.
• Тип II - основа гиалинового хряща. Его тонкая сетчатая структура удерживает протеогликаны и воду, превращая ткань в упругую амортизирующую подушку. Подробнее о коллагене для суставов - в отдельной статье.
• Тип III - ретикулярные волокна кожи, сосудов и внутренних органов. Он почти всегда соседствует с типом I и добавляет сети эластичность. В молодой коже соотношение I к III примерно 80 к 20, а с возрастом доля типа I растёт - кожа становится менее упругой.
• Тип IV - не волокна, а сетчатый каркас базальных мембран, который отделяет эпителий от соединительной ткани. Без него стенки сосудов и кожа теряют опору.
• Тип V - регулятор: он управляет диаметром фибрилл, собранных из коллагена типа I. Встречается на поверхности клеток, в волосах и плацентарных тканях.

Остальные 23 типа изучены хуже, но у каждого своя задача - от якорения базальной мембраны эпидермиса (тип VII) до фильтрации в почечных клубочках (тип VIII). Объединяет их одно: все они - часть одного матрикса, и поломка в одном звене отражается на всей конструкции.

Сборка и распад: от проколлагена до фибрилл

Синтез начинается в фибробластах - клетках, которые строят соединительную ткань. На рибосомах собирается цепь проколлагена, после чего внутри эндоплазматического ретикулума пролин и лизин получают гидроксильные группы - и здесь снова нужен витамин C. Затем три цепи скручиваются в спираль и выводятся из клетки.

Снаружи вступает в игру фермент лизилоксидаза, которому в качестве кофактора нужна медь. Он создаёт ковалентные сшивки между соседними молекулами, и рыхлые спирали превращаются в прочные фибриллы. Без этих поперечных связей ткань была бы рыхлой и непрочной.

Матрикс, однако, не вечен. Ферменты семейства матриксных металлопротеиназ (MMP), прежде всего коллагеназа MMP-1, расщепляют коллагеновые волокна. Ультрафиолет активирует MMP-1 в коже через сигнальный путь AP-1 - отсюда фотостарение: морщины и потеря упругости. Ускоряют разрушение и конечные продукты гликации (AGEs) - необратимые сшивки между коллагеном и сахарами, которые накапливаются с возрастом и делают кожу и сосуды жёсткими. Оксидативный стресс повреждает аминокислотные остатки и снижает активность фибробластов. При выраженном старении кожи этот распад отражается на коже напрямую - подробнее в статье о сенесцентных клетках и коже.

Где заканчиваются данные: о чём мы пока не знаем

Популярная идея проста: принял коллаген внутрь - и кожа подтянулась. Механизм, впрочем, устроен иначе. Пероральный коллаген - особенно гидролизованный - расщепляется в пищеварительном тракте до коротких пептидов, в частности Pro-Hyp и Hyp-Gly, которые всасываются через транспортёр PEPT1 и попадают в кровь. Часть исследований у людей действительно показала умеренное улучшение эластичности кожи и плотности дермы после 8-12 недель приёма (Proksch et al., 2014; Asserin et al., 2015). Но у этих работ общие черты: небольшие выборки, отсутствие активного плацебо-контроля и финансирование производителями.

Отсюда честный вывод: пероральный коллаген нельзя подавать как доказанное средство омоложения. Его сигнальные пептиды могут запускать синтез собственного коллагена в фибробластах, но насколько этот эффект зависит от дозы, формы и исходного состояния кожи - пока не изучено. То же касается утверждений о прямом «встраивании» принятого коллагена в кожу или суставы - такого механизма в организме нет.

Как устроена вся система поддержки коллагена - типы, дозы, источники и доказательная база - собрано в руководстве по коллагену. Отдельные аспекты разобраны в статьях о коллагене для кожи, о коллагене для суставов, о лизине и коллагене и о витамине C для кожи.

Материал носит ознакомительный характер и не является медицинской рекомендацией. При наличии заболеваний проконсультируйся с врачом.

Список научных источников

• Shoulders M.D., Raines R.T. Collagen structure and stability. Annual Review of Biochemistry. 2009.
• Ricard-Blum S. The collagen family. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2011.
• Pullar J.M. et al. The physiology of vitamin C: from the human genome to the clinic. Nutrients. 2017.
• Proksch E. et al. Oral intake of specific collagen peptides has a body mass index-dependent beneficial effect on skin aging. Skin Pharmacology and Physiology. 2014.
• Asserin J. et al. The effect of oral supplementation with specific collagen peptides on skin hydration and dermal collagen network: evidence from an ex vivo model and randomized, placebo-controlled clinical trials. Journal of Cosmetic Dermatology. 2015.