Giải đáp chi tiết về Cấu trúc phân tử collagen

Bài viết được tham vấn bởi Dược Sĩ Phạm Mỹ Hạnh

Phân tử collagen, được biết đến với cái tên “tropocollagen”. Tropocollagen là đơn vị cấu trúc của sợi collagen (fibrils). Toàn bộ phân tử này có độ dài khoảng 300 nanomet và đường kính khoảng 1.5 nanomet. 

Cấu trúc chuỗi xoắn ba của collagen

Phân tử collagen có cấu trúc ba chuỗi polypeptide riêng biệt. Chúng được gọi là chuỗi alpha và mỗi chuỗi này đều được xoắn theo chiều xoắn thuận tay trái. Chuỗi xoắn alpha này có cấu trúc hoàn toàn khác với chuỗi xoắn theo chiều thuận tay phải.

Bên cạnh đó, khi ba chuỗi xoắn tay trái được xoắn lại với nhau để thành cuộn xoắn thuận tay phải, nó sẽ hình thành nên chuỗi xoắn ba, hay còn gọi là chuỗi “siêu xoắn”. Cấu trúc xoắn bậc bốn được cố định bởi nhiều liên kết hydro sẽ được hình thành cuối cùng.

Vi sợi

Trong collagen loại I, có thể là trong tất cả các collagen dạng sợi khác, mỗi chuỗi xoắn ba sẽ tạo thành một cấu trúc siêu siêu cuộn theo chiều thuận tay phải, được gọi là vi sợi collagen.

Sau đó, mỗi vi sợi được sắp xếp đan xen hoặc xen kẽ với các vi sợi lân cận. Điều này sẽ giúp củng cố cấu trúc của các phân tử riêng lẻ.

Trình tự của các amino acid trong collagen

Collagen chứa các amino acid như glycine, proline, hydroxyproline và arginine. Các amino acid trên được sắp xếp đều trong ba chuỗi của các collagen. Chuỗi này thường sắp xếp tuân theo các trình tự như Gly-Pro-X hoặc Gly-X-Hyp, X có thể là bất kì gốc amino acid nào khác. Trong đó, proline hoặc hydroxyproline sẽ chiếm khoảng ⅙ trong tổng số chuỗi. 

Glycine chiếm ⅓ chuỗi, nghĩa là khoảng phân nửa số amino acid còn của chuỗi collagen không phải là glycine, proline hay hydroxyproline. Ngoài ra, sự phân bố đều với hàm lượng glycine cao chỉ được tìm thấy ở một số protein dạng sợi khác như sợi tơ tằm. 

Trong tơ tằm có khoảng 75-80% là -Gly-Ala-Gly-Ala- với 10% serine, elastin. Tơ tằm rất giàu glycine, proline và alanine (Ala), có mạch nhánh là những nhóm methyl nhỏ đơn độc. Người ta không thấy hàm lượng glycine cao trong nhóm protein hình cầu, trừ những phân tử rất ngắn trong chuỗi của chúng. Vì glycine là amino acid nhỏ nhất không có có mạch nhánh, nên chúng đóng vai trò độc nhất trong cấu trúc protein dạng sợi.

Collagen không chứa các nhóm chức ở nhánh có thể phản ứng hóa học. Chúng không giống với enzym và protein chuyển hóa. Collagen sẽ giúp xác định kiểu hình của tế bào, độ kết dính của tế bào, điều hòa mô, cấu tạo mô. Những vùng không giàu proline của collagen là những bộ phận có vai trò điều hòa/liên kết các tế bào hay chất nền.

Các chuỗi xoắn theo chiều thuận tay trái được hình thành do có hàm lượng cao các các chuỗi proline và hydroxyproline, kèm theo việc hạn chế về mặt hình học của các nhóm carboxyl và amin thứ cấp với lượng lớn glycine. Các chuỗi xoắn theo chiều thuận tay trái được hình thành mà không có bất kì liên kết hydro nào trong chuỗi.

Các liên kết chéo trong collagen

Độ bền của collagen phụ thuộc vào sự hình thành các liên kết cộng hóa trị giữa các phân tử protein riêng lẻ. Các sợi chứa collagen ở động vật có xương sống bậc cao (loại I, II, III, V và XI) được liên kết chéo thông qua một cơ chế. Cơ chế này dựa trên phản ứng tạo aldehyde dưới xúc tác enzyme lysyl oxidase từ mạch nhánh của lysine (hoặc hydroxylysine). Một số loại collagen khác (ví dụ như collagen loại IX của sụn) cũng được liên kết chéo bằng cơ chế lysyl oxidase.

Một số loại collagen khác (ví dụ như collagen loại IX của sụn) cũng được liên kết chéo bằng cơ chế lysyl oxidase.

Nguồn tham khảo: https://www.news-medical.net/health/Collagen-Molecular-Structure.aspx