Коллаген обладает самой высокой прочностью среди белков

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, где-то ее больше, где-то 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 не имеет себе равных в организме. Его волокно с легкостью выдерживает нагрузку в 6 килограм­мов на 1 квадратный миллиметр. Высокая проч­ность волокна объясняется 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 пластинчатом 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 «ка­нат» — 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. 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.

В здоровом организме сложнейшие процессы образования и разрушения коллагена тонко сбалансированы, и если этот баланс нарушается, развива­ется болезнь. Избыточное производ­ство коллагена способствует непомерному разраста­нию соединительной ткани в том или ином органе и тем самым вызывает нарушение его функции. А недостаток коллагена приводит 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, выявлены еще четыре типа. Если первый тип коллагена присут­ствует практически в любых органах и тканях, то второй в основном содер­жится в суставах, 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.