Tổng hợp collagen

Axit amin trong sự hình thành collagen

Trong collagen có chứa các axit amin, cụ thể là Glycine, Proline, Hydroxyproline và Arginine. Các axit amin nêu bên được phân bố đều đặn trong mỗi ba chuỗi của các đơn vị collagen này.

Chuỗi này thường tuân theo mẫu Gly-Pro-X hoặc Gly-X-Hyp. Tại đây, X có thể là bất kì gốc axit amin nào khác.

Proline hoặc hydroxyproline chiếm khoảng ⅙ trong tổng số chuỗi. Glycine (Gly) được tìm thấy ở hầu hết các phần dư lượng thứ ba. Glycine chiếm ⅓ chuỗi, có nghĩa là khoảng một nửa chuỗi collagen không phải là glycine, proline hoặc hydroxyproline. Proline (Pro) chiếm khoảng 17% collagen.  

Collagen có hai loại dẫn xuất axit amin không phổ biến được đưa trực tiếp vào trong quá trình dịch mã. Các axit amin này được tìm thấy tại những vị trí cụ thể liên quan đến glycine và được biến đổi sau khi quá trình dịch mã diễn ra. Quá trình này được thực hiện bởi các loại enzym khác nhau, và cả hai thứ này đều cần có vitamin C như một yếu tố đồng nhất.

Hydroxyproline có nguồn gốc từ proline và Hydroxylysine thì có nguồn gốc từ lysine. Tùy thuộc vào loại collagen mà lượng hydroxylysine khác nhau được glycosyl hóa khác nhau (chủ yếu là khi chúng có đi kèm với phân tử đường đôi).

Ngoài ra, sự lặp lại thường xuyên và hàm lượng glycine cao chỉ được tìm thấy ở một số protein dạng sợi khác, chẳng hạn như sợi tơ tằm. Trong tơ tằm, có khoảng 75-80% là -Gly-Ala-Gly-Ala với 10% là serine. Còn elastin thì giàu glycine, proine và alanine (Ala), đây đều là những chất mà có nhóm nhánh là nhóm methyl nhỏ, trơ trọi.

Glycine với hàm lượng cao không được tìm thấy trong các protein hình cầu, ngoại trừ những đoạn rất ngắn trong chuỗi của chúng. Vì glycine là axit amin nhỏ nhất không có mạch nhánh, nên chúng đóng vai trò là độc nhất trong cấu trúc protein dạng sợi. Cortisol kích thích sự phân hủy collagen (da) thành các axit amin.

Sự hình thành collagen loại I

Collagen loại I là loại collagen dồi dào nhất trong cơ thể.

Bên trong tế bào

Trong quá trình dịch mã, hai loại của chuỗi peptide được hình thành trên ribosome dọc theo mạng lưới nội chất thô (RER). Chúng được gọi là chuỗi alpha-1 và chuỗi alpha-2. Các chuỗi peptide này (còn được biết đến là preprocollagen) có các peptide đăng ký ở mỗi đầu và một peptide tín hiệu.

Preprocollagen sau đó được giải phóng vào lòng ống RER. Về sau, các peptide tín hiệu được phân cắt bên trong RER và các chuỗi peptide khi này được gọi là chuỗi pro-alpha.

Quá trình hydroxyl hóa axit amin lysine và proline xảy ra bên trong lòng ống. Điều này phụ thuộc vào ascorbic (vitamin C) như một yếu tố chung. Quá trình glycosyl hóa tiếp theo của dư lượng hydroxylysine cụ thể sau đó sẽ diễn ra.

Cấu trúc chuỗi xoắn ba được hình thành bên trong mạng lưới nội chất từ hai chuỗi alpha-1 và một chuỗi alpha-2. Điều này được gọi là procollagen.

Procollagen được vận chuyển vào bộ máy golgi, nơi nó được tích tụ và tiết ra qua quá trình ngoại bào. 

Bên ngoài tế bào

Khi ở bên ngoài tế bào, các peptide đăng kí sẽ bị phân cắt và các tropocollagen thì được hình thành bởi procollagen peptidase.

Các phân tử tropocollagen này tập hợp lại để tạo thành các sợi collagen, thông qua liên kết cộng hóa trị bởi lysyl oxidase liên kết các gốc hydroxylysine và lysine. Nhiều sợi collagen tổng hợp lại sẽ hình thành nên bó sợi collagen.

Collagen có thể được bám vào thành tế bào thông qua một số loại protein, bao gồm fibronectin và integrin.

Rối loạn tổng hợp collagen

Như đã được đề cập thông qua các bước tổng hợp collagen, vitamin C là một thành phần quan trọng để hình thành nên quá trình này. Sự thiếu hụt vitamin C gây ra bệnh scorbut, đây là một căn bệnh rất nghiêm trọng và gây đau đớn. Mà trong đó, các collagen được tổng hợp sẽ bị khuyết đi, không tạo nên các mô liên kết chắc chắn. Điều này dẫn đến chảy máu trong, viêm nướu, răng yếu, thay đổi màu da và vết thương lâu lành.

Trước thế kỷ 18, tình trạng này phổ biến trong các cuộc thám hiểm quân sự và hải quân kéo dài. Khi đó, những người trong đoàn thám hiểm đều bị thiếu hụt trầm trọng vitamin C.

Ngoài ra, một số bệnh thuộc nhóm bệnh lý tự miễn như lupus ban đỏ hệ thống hay viêm khớp dạng thấp có thể xảy ra khi hệ thống miễn dịch của cơ thể xem collagen như một mầm bệnh ngoại lai. Chúng có thể tấn công chống lại các collagen và làm suy giảm lượng collagen trong cơ thể. Bên cạnh đó, một số loại vi khuẩn và virus cũng phá hủy các bó sợi collagen có trong cơ thể hoặc cản trở quá trình sản sinh collagen được diễn ra đều đặn.

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