KOLAGENY

Definice a výskyt
-	vláknité bílkoviny (glykoproteiny) tvořící hlavní složku pojivových tkání  mechanické vlastnosti (opěrná a ochranná fce.)
-	25 – 30 % všech bílkovin v těle (30% suché hmotnosti organismu)
-	kůže, kosti, chrupavky, šlachy, vazivo, cévní stěny, bazální membrány, rohovky

Makromolekulární charakteristika
a)	struktura a složení
-	pravidelný trojřetězcový helix (3 alfa-řetězce – každý obsahuje asi 1000 AMK zbytků a měří 280 nm); 1 otáčka = 30 AMK zbytků
-	glycin 27 %, prolin 15 %; sekvence: (GLY-X-Y) n
-	příčné pruhování = rozložení polárních a nepolárních AMK
-	popsáno již 15 typů složených z alfa 1 , alfa 2 a alfa 3 řetězců – různé zastoupení AMK a různý výskyt

b)	biosyntéza
-	v bb. pojivových tkání a hladkých svalových bb. (mírně i adipocyty, glie,epitel)
-	syntéza řetězců na membráně ribosomů (kondenzace za odštěpení vody)
-	transport do endoplazmatického retikula (ER) - proalfa řetězce – obsahují signální peptidy (nutné pro transport přes membránu ER) a propeptidy (AMK na aminovém a karboxylovém konci)
-	v ER jsou prolin a lysin hydroxylovány na:
4 - hydroxyprolin (vit. C)  H-vazby stabilizující helix
5 – hydroxylysin  příčné síťování (kovalentní vazby)
-	3 proalfa řetězce spojené H-vazbami tvoří prokolagen
-	v mimobuněčném prostoru odštěpeny propeptidy  (tropo)kolagen (má na obou koncích nehelikální prodloužení bohatá na tyrosin = telopeptidy)  tendence k samoseskupování  kolagenové fibrily  zesíťování  kolagenová vlákna a svazky vláken
-	fibrily jsou různé dle tkání (v kůži ve všech směrech, ve šlachách v ose tahu,v kosti a rohovce vrstvy) – buňky tvoří různé typy prokolagenů a ovlivňují jejich rozmístění po sekreci; různý je i stupeň zesíťování
-	kolageny jsou neustále pomalu odbourávány kolagenázami

c)	nebílkovinné komponenty
-	pentózy a hexózy (glukóza, galaktóza…) vázané přes hydroxylysin  GLYKOSAMINOGLYKANY (např. chondroitinsulfát)  stabilizace kolagenu

d)	fyzikálně-chemické vlastnosti
-	amfoterní polyelektrolyt (některé skupiny ionizují v alkalickém, jiné v kyselém prostředí.)
-	v kyselém prostředí kladný náboj, v zásaditém záporný
-	izoelektrický bod nativního kolagenu je při pH = 7,0
-	kolagen patří k přechodným koloidním soustavám (gelům) – po ponoření do vody botná (exotermní proces, změna objemu, délky a pružnosti vlákna)
-	denaturací kolagenu (chemikáliemi, teplem) vzniká želatina, při nízké teplotě, v klidu probíhá částečná renaturace
-	při zahřívání ve vodném roztoku se vlákna zkracují o 1/3, štěpí se inter/intramolekulové vazby, vznikají klubka a nastává rozpad na 3 alfa řetězce
-	gel  34 °C  sol;       sol  28 °C  gel
-	některé kolageny jsou rozpustné ve studeném zředěném roztoku kyseliny octové
-	z tkání mladých jedinců je možné rozpustit 10 - 15 % kolagenu, stárnutím vaziva rozpustnost klesá

Degradace
a)	hydrolýza v roztoku (v alkalickémprostředí mírnější)
b)	nativní kolagen je odolný vůči většině proteolytických enzymů s vyjímkou kolagenáz (Clostridium perfringens, Cl. histolyticum, hmyz)
při vyšší teplotě dochází ke změně konformace a kolagen zapadá do aktivních center jiných proteolytických enzymů
c)	oxidační štěpení (peroxid vodíku, jodistan sodný, bromnan sodný, železokyanatan sodný) – působí na sacharidovou složku

Chemická modifikace
a)	reakce s monofunkčními reagenty
-	acylace (acetanhydrid + aminoskupiny)
-	esterifikace (dimethylsulfátem, bezvodým methanolem) – mění průběh křivky botnání, struktura a nerozpustnost je zachována
-	deaminace (směs dusitanu sodného a ledové kyseliny octové) - aminoskupiny  hydroxylové skupiny; změna křivky botnání
-	deguanidinace – arginin  ornitin + močovina nebo citrulin + amoniak

b)	reakce vedoucí ke tvorbě síťovaného gelu
 větší pružnost, odolnost k proteázám, nižší stupeň nabotnání  lepší produkt
-	aldehydová kondenzace (glutaraldehyd tvoří můstky)  dvojitá Schiffova báze – větší odolnost vůči kyselé nebo vysokoteplotní hydrolýze
-	oxidace jodistanem (5-hydroxyprolin  aldehyd  + aminoskupiny lysinů  síť)  větší mechanická pevnost, biostabilita, antiimunogenicita

c)	reakce se syntetickými polymery (povrchová imobilizace)
-	potažení porézního polyethylenu kolagenem vázaným k povrchu kovalentní amidovou vazbou (mezi karboxylovými skupinami kyseliny akrylové a aminoskupinami molekul kolagenu)  zvýšení biokompatibility implantátů

Biomedicínské aplikace
Výhody:
-	resorbovatelnost řízená síťováním
-	vysoká absorpční schopnost
-	dá se vyrobit velmi čistý
-	nespecifický (podobný u různých druhů savců)
-	může být nosičem léčiv, baktericidních přísad nebo stimulujících látek

Nevýhody:
-	nízká odolnost vůči enzymatické degradaci
 zhášeče, lapače reaktivních radikálových meziproduktů enzymatických reakcí

Produkty:
-	ze střev stočená šicí vlákna (“catgut”) – resorbovatelnost se řídí zesíťováním solemi chromu
-	kožní štípenky, netkané textilie, fixované pěny  radiačně-chemická sterilizace  zakrytí ran a popálenin
-	sprejová bandáž na rány (práškový kolagen)
-	oprava cév, náhrady šlach
-	pěstování buněčných kultur in vitro
-	kombinace s Goretexem, Poromeriksem – brání vysušení
-	hemostyptika, membrány,netkané textilie  zástava krvácení, hojení operačních ran
-	teflonové hadice vyložené kolagenem
-	kombinace s fosforečnanem vápenatým  náhrada kostí a zubů
-	vstřikování mikrokapslí napuštěných účinnou látkou – hojení ran
-	kolagenová lepidla v chirurgii
-	s polyakryláty – kontaktní čočky