КОЛЛАГЕН — ПРОЧНЫЙ БЕЛОК

Есть в организме ткань, которую можно обнаружить в сердце и сухожилиях, в печени и мышцах, в почках и диафрагме, в сосудах и связках. В одних органах и тканях она плотная, в других — рыхлая, гдето ее больше, гдето меньше, но имеется она непременно. Без соединительной ткани любой орган не смог бы сохранить свою специфическую структуру и форму, она его каркас, остов, опора. Соединительная ткань обладает способностью видоизменяться, сохраняя при этом прочность, чему в значительной степени она обязана белку коллагену.

Среди белков коллаген по прочности, пожалуй, не имеет себе равных в организме. Его волокно с легкостью выдерживает нагрузку в 6 килограммов на 1 квадратный миллиметр. Чем же объясняется столь высокая прочность? Тем же, чем и прочность каната, — многократным скручиванием.

Производят коллаген в организме главным образом фибробласты — клетки соединительной ткани. Зрелый фибробласт, словно крошечный завод. В его «цехах» — гранулярной сети и ластинчатом комплексе — вырабатывается предшественник коллагена — проколлаген. Макромолекула проколлагена состоит из трех спиралевидных, скрученных между собой белковых молекул. Это еще не канат, а лишь тончайшая нить. На концах таких нитей прикреплены активные химические группировки, которые не дают им скручиваться внутри клетки. Но когда макромолекулы покидают фибробласт, специальные ферменты, будто кусачки, откусывают активные группировки — и путь к образованию коллагеновых волокон открыт. Макромолекулы-нити, скручиваясь по пять штук, образуют филамент коллагена. Несколько филаментов скручиваются и составляют фибриллу. А фибриллы, скручиваясь, уже образуют высокопрочный «ка- нат» — коллагеновое волокно.

Спрос на коллаген в организме всегда высок, ибо в нормальных физиологических условиях непрерывно идет обновление, перестройка каркасов очень многих органов, тканей, не говоря уже о том, когда к структурам организма начинают предъявляться повышенные требования. Начал, скажем, человек активно заниматься физкультурой, у него значительно увеличилась нагрузка на опорно-двигательный аппарат, сердечно-сосудистую, дыхательную и другие системы организма. В процессе тренировок укрепляются мышцы, связки, сухожилия, сосуды, а значит, требуется больше коллагена.

Если же та или иная группа коллагеновых волокон перестает испытывать биомеханическую нагрузку, то постепенно волокна начинают как бы рассасываться, разрушаться.

И вот что интересно. В разрушении коллагена самое активное участие принимают клетки, его же производящие, то есть фибробласты. Мало того, что они вырабатывают фермент коллагеназу, расщепляющую коллаген, они захватывают белок и разрушают его. В устранении лишнего коллагена участвуют также макрофаги — клетки рыхлой соединительной ткани. Правда, макрофаги способны поглощать только измененный коллаген, уже обработанный коллагеназой и другими ферментами и превращенный ими в зернистую массу.

Можно сказать, что коллаген — спутник очагов повреждения. Всем известно, что после травм, ожогов, ранений образуются рубцы. Белесоватая плотная ткань рубцов состоит в основном из коллагена. Рубцы могут появляться не только на внешних покровах, но и на внутренних органах, на месте повреждений, обусловленных различными причинами. Клетки того или иного органа могут погибнуть от механической травмы, под действием яда, в том числе вырабатываемого болезнетворными вирусами, бактериями, в результате сужения или закупорки артерии, снабжающей их кровью, и т. д. Дефекты, образующиеся в результате гибели этих клеток, заполняет соединительная ткань, благодаря чему орган сохраняет свою целостность. Когда повреждающие факторы сильны или действуют продолжительное время, происходит постоянная активизация синтеза коллагена, и он вырабатывается в избыточном количестве. Чтобы коллаген не вытеснял клетки органа, фибробластам и макрофагам приходится неустанно убирать его излишки. В микроскоп можно наблюдать, как под действием ферментов,

выделяемых фибробластами, происходит распад коллагеновых волокон, а макрофаги с помощью своих отростков захватывают обрезки волокон и активно их поглощают.

В последнее время ученые глубже проникли в основы взаимоотношений между коллагеном и клеточными элементами соединительной ткани. Был обнаружен механизм саморегуляции синтеза и распада коллагена. Этому, в частности, помогли клинические наблюдения за лечением ран с помощью коллагеновых препаратов. Пока до конца не выяснены конкретные детали механизма саморегуляции, но уже ясно, что его запускает сам коллаген. Внесенный в рану, он привлекает макрофагов. Они поглощают продукты распада коллагена, еще более расщепляя их. В результате образуются низкомолекулярные белковые соединения, которые макрофаги выделяют в межклеточную среду. Есть основания полагать, что именно эти соединения активизируют в фибробластах синтез коллагена, что способствует быстрейшему заживлению раны. Как только дефект заполняется соединительной тканью, дальнейший синтез коллагена уже нецелесообразен. И опять-таки в торможении процессов синтеза участвует сам коллаген. Когда его накапливается много, фибробласты становятся как бы его пленниками: коллагеновые фибриллы окружают их со всех сторон и плотно сжимают. В таком положении часть фибробластов теряет активность и перестает производить макромолекулы проколлагена. А некоторые фибробласты даже погибают, поскольку повреждаются их наружные мембраны. В результате синтез коллагена значительно снижается.

 çäîðîâîì îðãàíèçìå сложнейшие процессы обðàçîâàíèÿ è ðàçðóøåíèÿ коллагена тонко сбалансированы, и если этот баланс нарушается, развивается болезнь. Избыточное производство коллагена, как мы уже говорили, способствует íåïîìåðíîìó ðàçðàñòàíèþ соединительной ткани в òîì èëè èíîì îðãàíå è òåì самым вызывает нарушение его функции. А недоñòàòîê êîëëàãåíà ïðèâîäèò к снижению прочности всех тканей организма.

Буквально в последние годы выяснилось. что коллаген по своему составу и строению неоднороден. Наряду с довольно хорошо изученным первым типом коллагена, о котором и шла речь в статье, выявлены еще четыре типа. Если первый тип коллагена присутствует практически в любых органах и тканях, то второй в основном содержится в хрящах, а также в стекловидном теле и других отделах глаза. Третий тип коллагена по строению похож на первый, а вот функции, очевидно, у него иные. Четвертый и пятый типы коллагена представляют собой войлокообразную массу, которая окутывает некоторые виды клеток и, вероятно, играет существенную роль в их проницаемости.

Говоря о различных типах коллагена, пока нельзя обойтись без осторожных слов «очевидно», «вероятно», «возможно». Но придет время — и ученые досконально познают свойства и функции прочного белка. Познают и научатся их регулировать.