Колаген: Структура і механізми дії

Абстрактний колаген 1 типу найпоширеніший білок у ссавців. Він обумовлює механічну стабільність, міцність і пружність ряду тканин, починаючи з сухожиль і зв’язок до шкіри, рогівки очей, кісток і дентину. Ці тканини мають абсолютно різні вимоги до механічних властивостей, деяким потрібно бути еластичними або забезпечуватися механічною енергією, а іншим потрібно бути жорсткими і пружними. Це показує багатогранність колагену в якості будівельного матеріалу. У той час як в деяких випадках (кістки і дентин) жорсткість збільшується включенням до їх складу мінералів, механічні властивості, зазвичай, більше формуються модифікацією ієрархічної структури, ніж різними хімічними сполуками. Основний будівельний блок коллагено-насичених тканин це Колагенові волокно, волокно товщиною від 50 до кількох сотень нанометрів. Ці волоконця потім формуються в безліч більш складних структур з дуже різноманітними механічними властивостями. Ось основне введення до книги — ієрархічна структура і механічні властивості деяких коллагено-насичених тканин.

Тканини, в основі яких колаген

коллаген входить в ряд найбільш поширених волокнистих білків і виконує безліч механічних функцій, зокрема у ссавців. Він становить основну частину сухожиль і зв’язок, основних органічних речовин в кістках і дентині; він присутній в шкірі, артеріях, хрящах і в більшій частині позаклітинного матриксу. Колаген в интернет-магазине Good Health також використовується у безхребетних, наприклад в нитках биссус, за допомогою яких двостулковий молюск прикріплюється до каменів.
Найчастіше полімери волокнистої будови це основний будівельний блок у всіх типах тканин, що зазнають навантаження, від одноклітинних організмів у воді до рослин і тварин. Ці волокна містять глікани, такі як клітковина і хітин, дуже багато його міститься в рослинах і в серозної оболонці комах, відповідно, і в безлічі білків. В добавок до колагену, структурні білки включають кератин, що переважає в волоссі і нігтях, шовку, який використовується павуками, наприклад, актин, присутній в м’язах і клітинному скелеті кожної клітини. Дуже багато білків з більш специфічними функціями використовуються різними організмами.
З точки зору механіки, білкові тканини дуже особливі. Такі матеріали зазвичай набагато сильніше за напрямком волокон, ніж перпендикулярно їм. Як наслідок, має анізотропіческіе властивості, які можуть бути зменшені за допомогою спеціальних принципів конструювання, таких як шаруваті скупчення для формування ламинатов. Фактично велика різноманітність всіх властивостей може бути легко досягнуто розумним з’єднанням волокон. З нашого повсякденного життя ми знаємо як, грунтуючись на волокнах, можливо зробити міцні канати або тканини з високою або низькою еластичністю, що залежить від плетіння. У найпростішому вигляді, тканини і всі органи сконструйовані з білків ієрархічним скупченням призводить до великої різноманітності механічних властивостей. Розуміння ієрархічної структури біологічних матеріалів, відповідно, це ключ до розуміння їх механічних властивостей. Колаген не виняток з цього твердження, і ми знаходимо його в дуже складних ієрархічних структурах з абсолютно різними властивостями, такими як еластична шкіра, м’який хрящ, і міцний кістки і сухожилля.
Ієрархічне структурування має перевагу для того, щоб дозволити для оптимізації і механічної адаптації на всіх структурних рівнях. Для більшості біологічних матеріалів, включаючи рослини, внутрішня архітектура визначає механічну поведінку більше, ніж це робить хімічний склад.
Візьмемо наприклад кістки, структурна оптимізація для них означає, що кожна кістка в нашому тілі, відповідно до її механічної функцією, має злегка відрізняється аранжування базових будівельних блоків, колагенових волокон з мінералами. Висновок — згинається міцність, стійкість до ламкості і інші механічні властивості будуть відрізнятися від дільниці до дільниці як результат різних локальних побудов. Отже, дуже складно говорити про (механічних) властивості тканин, таких як кістки або сухожилля, в звичайному сенсі, так як ці властивості залежать від локальних структур і від фактичних механічних потреб продиктованих навколишнім середовищем тіла. Ось чому (ієрархічна) структура і механічні властивості розглядаються в цій книзі паралельно. Насправді про них не можливо міркувати окремо.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here