Роль витамина синтезе коллагена

Краткий обзор некоторых кофакторов, участвующих в синтезе коллагена

Качественные коллагеновые волокна — одна из основных составляющих здоровой кожи. Поэтому большое количество косметологических методов направлено на восстановление ее коллагенового каркаса. Как витамины и микроэлементы могут влиять на синтез коллагена? И почему для достижения стойкого эффекта необходимо учитывать их количественный состав в организме?

Ежегодно создаются новые методики и препараты для улучшения синтеза коллагена с целью профилактики инволюционных процессов в организме и уменьшения выраженности возрастных изменений.

Но за стремлением повлиять на коллагеногенез извне порой забывают о тех веществах, без достаточного количества которых в самом организме синтез коллагена крайне затруднен. Никто не будет отрицать, что продукция этого жизненно важного белка зависит от гормонов, гормоны, в свою очередь, от присутствия металлов, усвоение металлов — от витаминов; и эту цепочку можно продолжать долго, тем более что она замкнутая. Осветить все нюансы в одной статье не представляется возможным, но сделать шаг навстречу пониманию некоторых процессов — в наших силах. Синтез и процессинг (созревание) коллагена включает в себя несколько этапов:

транскрипция генов, кодирующих коллагены, в которой участвуют десятки магнийи кальцийзависимых белков;
синтез препроколлагена на рибосоме, поддерживаемый магний- и кальцийзависимыми белками;
транспорт цепи препроколлагена в эндоплазматический ретикулум посредством сигнального пептида на N-концевом участке аминокислотной цепи;
удаление сигнального пептида в препроколлагене посредством фермента пептидазы;
гидроксилирование аминокислотных остатков пролина с участием Fe2+ и аскорбат-аниона в качестве кофакторов;
гликозилирование моносахаридами аминокислотных остатков лизина в препроколлагене в присутствии ферментов, содержащих ионы марганца;
сборка тройной спирали проколлагена из 3 аминокислотных цепей препроколлагена;
внесение необходимых конформационных изменений в проколлаген посредством изомеризации остатков цистеина и пролина;
упаковка проколлагена в транспортный везикул, перенос во внеклеточный матрикс;
вне клетки модификация молекулы проколлагена с помощью протеиназ проколлагена, нуждающихся в ионах Zn2+ как кофакторе;
формирование коллагеновых фибрилл из тропоколлагена посредством лизилоксидазы, кофакторами которой являются ионы Cu+ и тирозил-хинон (рис. 1) [1].

Всем известно об участии магния и кальция в синтезе соединительной ткани и коллагена, но о железе, цинке, меди, витаминах С и D часто забывают. Именно эти кофакторы рассмотрим в статье.

Железо

Железодефицитная анемия в той или иной степени присутствует у 40–60 % женщин детородного возраста по всему миру [2, 26]. И это при том, что железо — один из важнейших микроэлементов, необходимых для нормального функционирования биологических систем организма. Оно требуется для осуществления функции дыхания, кроветворения, участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях.

Причины дефицита железа:

недостаточное поступление в организм железа из-за нарушения режима питания (например, при вегетарианской диете);
снижение всасываемости железа в кишечнике (рис. 3);
нарушение регуляции обмена витамина С;
избыточное поступление в организм фосфатов, оксалатов, кальция, цинка, витамина Е;
поступление в организм железосвязывающих веществ;
усиленное расходование железа (в периоды интенсивного роста и беременности);
потери железа, связанные с травмами, кровопотерями во время операций, обильными менструациями, язвенными болезнями, донорством, занятиями спортом;
нарушение функции щитовидной железы;
различные системные и опухолевые заболевания [21].

Учитывая высокую распространенность дефицита железа в популяции, сложно говорить о нормальном синтезе коллагена при таких состояниях.

Цинк — единственный металл, представленный в небелковой части ферментов каждого класса, и никаким другим металлом цинк не может быть заменен. Несмотря на малую концентрацию цинка в крови, стабильные связи с макромолекулами делают его доступным для всех тканей организма, что в дальнейшем позволяет удовлетворять потребности в нем белков и ферментов, выполняющих различные биологические функции [28].

Распространенность дефицита цинка в мире не менее значительная, чем железа и витамина С, и составляет до 60% [29].

Для транспорта эритроцитами кислорода и углекислого газа абсолютно необходим цинк, и большая часть цинка крови содержится именно в эритроцитах в составе цинковых металлоферментов — карбоангидраз. Карбоангидразы катализируют превращения углекислого газа в угольную кислоту (угольная кислота участвует в поддержании pH крови в физиологическом диапазоне (7,25–7,35). В капиллярах легких эти процессы идут в обратном направлении: угольная кислота распадается на углекислый газ и воду, и углекислый газ удаляется наружу [18].

Без нормального дыхания ни одна клетка не способна осуществлять свои функции.

В мире распространенность дефицита меди в организме, приводящего, наряду с железом, к анемии, составляет до 30%. А ведь этот микроэлемент крайне необходим для нормальной физиологии организма.

Если говорить о коже, то медь играет ключевую роль в ангиогенезе, синтезе и стабилизации белков внеклеточного матрикса [3].

В физиологически значимых концентрациях (2 мг — средняя суточная потребность) медь ускоряет заживление ран [16].

Ионы меди, которые являются кофакторами лизилоксидазы, принимают участие в последнем этапе синтеза коллагена. Медь имеет важное значение для формирования внутри- и межмолекулярных поперечных связей в коллагене, а соответственно, и прочности коллагеновых и эластиновых фибрилл [8, 13, 15]. Недостаток меди ухудшает формирование сшивок коллагена и приводит к тяжелой патологии костей, легких и сердечно-сосудистой системы [12].

Компенсация дефицита этого микроэлемента, бесспорно, улучшает синтез коллагена, в том числе в коже (рис. 4) [7, 10].

Аскорбиновая кислота (витамин С)

Аскорбиновая кислота играет в организме фундаментальную роль — нет фактически ни одного физиологического процесса, в котором бы она не принимала участия.

Роль витамина С в организме
Аскорбиновая кислота в организме человека оказывает влияние на множество важнейших биологических процессов:

образование кортикостероидов (при стрессе в несколько раз возрастает уровень потребления витамина С тканями и органами) [20];
обмен тирозина (влияние на обмен гормонов щитовидной железы) [22];
трансформация дофамина в норадреналин [25];
превращение токсичных соединений ванадия в безвредные [23];
превращение фолиевой кислоты в ее активную форму — тетрагидрофолат [27];
активация мРНК ацетилхолинового рецептора [20];
образование активных форм витамина D (транспортной формы [25(OH)D] — в печени и активной гормональной формы [1,25(ОН)2D] — в почках), что служит основным фактором профилактики остеопороза [20];
потенцирование всасывания железа [24].

Распространенность дефицита витамина С в мире по разным данным составляет 20–40% [14, 15].

В последнее время много исследований посвящено аскорбиновой кислоте и ее биодоступности для кожи [9]. При недостатке витамина С в организме его нанесение на кожу не будет иметь ожидаемого эффекта, так как не сможет восполнить нутритивный дефицит. В ходе проведенных исследований выяснилось, что витамин С ускоряет заживление ран, участвует в активизации синтеза коллагена I типа (рис. 5) и снижении параметров окислительного стресса. Никаких значимых побочных эффектов при добавлении витамина С в питание в ходе проведенных исследований выявлено не было [5, 6].

Синтез коллагена зависит от гормонов, гормоны, в свою очередь, от присутствия металлов, усвоение металлов — от витаминов, и эту цепочку можно продолжать долго, тем более что она замкнутая.

Витамин D

Распространенность дефицита витамина D в российской популяции составляет более 90% (в мире 50–60%) [19]. Этот витамин стимулирует увеличение синтеза секретируемых белков TGF-β (регулируют деление
и дифференцировку различных типов клеток, включая фибробласты и кератиноциты) и их связывание с рецепторами на мембране клеток. Поэтому при его дефиците происходит нарушение активности сигнальных каскадов TGF-β, что ухудшает заживление кожи после любой травмы (включая косметологические манипуляции). Например, во время термолифтинга часть коллагеновых волокон дермы сжимается и уменьшается в объеме. Это приводит к повышению зернистости базального слоя и при достаточном количестве витамина D создает благоприятные условия для воздействия его активных форм на экспрессию TGF-β1, который и способствует обновлению соединительной ткани [11].

Выводы

Мы кратко обсудили лишь некоторые кофакторы, участвующие в синтезе коллагена. Но даже этот незначительный пласт информации позволяет судить о зависимости синтеза коллагена от нутритивного статуса организма, чем не следует пренебрегать, решая многие эстетические задачи. Изменение синтеза коллагена происходит постепенно и усугубляется нутритивным дефицитом [19].

Источник

Вопрос 9 Витамин с, химическое строение, явления недостаточности, биологическая роль. Участие витамина «с» в синтезе коллагена. Реакция гидроксилирования пролина и лизина

Витамин С – аскорбиновая кислота – антискорбутный.

Основные источники: фрукты и овощи (грецкий орех, грейпфрут, черная смородина, шиповник, капуста, клюква, перец сладкий). Суточная потребность 50-100 мг. Всасывается путем простой диффузии на протяжении ЖКТ, транспортируется кровью частично в свободном, частично в связанном состоянии. В тканях окисляется до дегидроаскорбиновой, дикетогулоновой, щавелевой и др. кислот. Неизмененная аскорбиновая кислота и ее метаболиты выводятся с мочой.

Основная функция – участие в окислительно-восстановительных реакциях, а также в следующих превращениях:

Гидроксилирование триптофана в положении 5 (синтез серотонина).

Гидроксилирование ДОФА (образование норадреналина).

Гидроксилирование стероидов (синтез кортикостероидов).

Гидроксилирование пролина и лизина в проколлагене (синтез коллагена).

Образование коферментных форм фолацина.

Кроме того, аскорбиновая кислота участвует в обмене железа: в кишечнике обеспечивает восстановление трехвалентного в двухвалентное – обязательное условие всасывания железа; высвобождает железо из связанной транспортной формы в крови (из комплекса с трансферрином), что ускоряет его поступление в ткани.

Авитаминозом витамина С является цинга. Проявления: рыхлость десен, расшатывание зубов, подкожные точечные кровоизлияния (петехии), анорексия, анемия, замедленное заживление ран, слабость, головная боль, одышка, боль в сердце, отеки, боли в ногах.

Все эти изменения обусловлены нарушением образования коллагена и хондроитинсульфата, ростом сосудистой проницаемости, снижением свертываемости крови. Анемия обусловлена нарушением образования коферментных форм фолацина, снижением синтеза ДНК в кроветворных клетках. Нарушен синтез одонто- и остеобластов.

Вопрос 10 Витамин рр, строение и биологическая роль. Над-зависимые дегидрогеназы.

Витамин РР (никотиновая кислота) синтезируется кишечными бактериями из триптофана. Никотиновая кислота и ее амид играют важную роль в организме, так как никотинамид является коферментом пиридиновых ферментов (НАД и НАДФ), которые участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. В процессе биологического окисления НАД и НАДФ играют роль промежуточных переносчиков электронов и протонов между окисляемым субстратом и флавиновыми ферментами. При дефиците витамина РР развивается пеллагра. Для этого заболевания наиболее характерными признаками являются: симптом трёх «Д» (дерматиты, диарея, деменция). Дерматиты чаще всего возникают на тех участках, которые подвержены влиянию прямых солнечных лучей (тыльная поверхность кистей рук, шея, лицо), при этом кожа становится красной, затем коричневой и шершавой. Диарея – сопровождается анорексией, тошнотой, рвотой, болью в области живота. Специфическими для пеллагры являются также стоматиты, гингивиты, поражения языка. Деменция – нарушение нервной деятельности с симптомами головной боли, головокружением, повышенной раздражимостью, депрессией. Суточная потребность в витамине РР 18 мг.

Источник

Три вида коллагена для косметологии

Коллагену уделяют большое внимание в косметологии, в первую очередь потому, что именно он отвечает за молодость нашей кожи. Он представляет собой белковые закрученные (спиральные) цепи пептидов, которые поддерживают соединительные ткани тела в нужном состоянии.

В состав коллагена входят следующие аминокислоты:

глицин 33,5%, пролин 11,82%, аланин 10,93%, гидроксипролин 9,21%, глутаминовая кислота 7,19%, аргинин 4,45%, серин 3,87%, лейцин 2,66%, лизин 2,6%, валин 2,0%, треонин 1,87%, изолейцин 1,36%, фенилаланин 1,31%,гидроксилизин 0,76%, метионин 0,61%, тирозин 0,52%, гистидин 0,42%.

Главными функциями коллагена являются:

— поддержать прочность тканей;

— защитить все структуры организма от повреждений;

— обеспечить процесс регенерации (восстановления);

— повысить эластичных свойств ткани (вместе с эластином);

— ускорить формирования клеточных оболочек;

— предотвратить развитие злокачественных опухолевых процессов в тканях.

Синтез коллагена в организме

Сложный восьмиэтапный биологический процесс. Первые пять этапов проходят в пределах клеток (фибробластов), а последние три осуществляются на внеклеточном уровне. Сначала на рибосомах клеток осуществляется синтез предшественника коллагена (препроколлагена). Затем образуется проколлаген на эндоплазматической сети фибробластов после отделения участка пептидной цепи. Аминокислотные остатки окисляются под воздействием особых ферментов. Глюкоза и галактоза переносятся на проколлаген посредством специальных ферментов и образуется тройная спираль растворимого коллагена – тропоколлагена, который выделяется в межклеточную среду, и происходит отщепление части молекулярных звеньев. Затем формируются прочные спирали нерастворимого коллагена из соединенных частей молекул. Процесс биосинтеза коллагена протекает при участии витамина С, глюкокортикоидов и половых гормонов.

Процесс распада волокон коллагена непрерывен и происходит под влиянием коллагеназы и некоторых других ферментов, что приводит к образованию аминокислот, которые, в свою очередь, участвуют в синтезе нового коллагена и в формировании клеток.

На данный момент описаны двадцать восемь типов коллагена, кодируемых при помощи более чем сорока генов. Данные типы имеют отличия по степени их модификации (интенсивности гликозилирования или гидроксилирования), а также по последовательности аминокислот. Для всех видов коллагенов общим является наличие одного или больше доменов белка, которые содержат тройную спираль, а также их присутствие во внеклеточных структурах ткани. Более девяноста процентов всех коллагенов высших организмов составляют коллагены IV, III, II и I типов.

Существуют следующие разновидности коллагена и их типы:

фибриллярные коллагены – типы I, ІІ, ІІ, V, ХІ, XXIV, XXVII;
(FACIT) фибрилл-ассоциированные коллагены – типы ІХ, ХІІ, XIV, XVI, ХІХ, ХХ, ХХІ, XXII;
коллагены, которые формируют филаменты-бусины — тип VI;
коллаген, который формирует якорные фибриллы — тип VII;
сетеобразующий коллаген – типы IV, VIII, Х;
трансмембранный коллаген – типы ХІІІ, XVII, ХХІІІ, XXV/CLAC-P;
иные коллагены – типы XV, XVIII, XXVIII.

Основными и важными для поддержания здоровья и красоты являются 1, 2 и 3 тип.

Коллаген первого типа I — находится во всех тканях тела, сосудах, сухожилиях, костях и хрящах, суммарно составляет 90% кожи. Он обеспечивает эластичность, питание и водный баланс.

Коллаген второго типа II — это коллаген суставов и сухожилий, также представлен в роговице глаза, межпозвоночных дисках, костных соединениях.

Коллаген третьего типа III – уникальная составляющая внеклеточного матрикса и метаболизма. Он служит базой соединительной ткани человеческих органов. Отвечает за обмен веществ и эластичность кожи, волос и ногтей. Также, он влияет на сердечную область и кровеносную систему.

В целом все три типа коллагена отвечают за омоложение, тонус и общее состояние организма.

Из продуктов ежедневного рациона, каким бы богатым и разнообразным он ни был мы не можем получить коллаген в достаточном количестве, поэтому сегодня разработаны десятки технологий получения коллагена в промышленных масштабах из всевозможных источников.

Технологический коллаген бывает трех типов, в зависимости от сырья, из которого его производят.

Животный коллаген, выделяемый в виде гидролизатов из кожи свиней и рогатого скота является самой распространенной и недорогой разновидностью коллагена. Он часто входит в состав ухаживающих косметических средств, особенно питательных кремов. Однако, такой белок представлен крупными молекулами, и поэтому не может проникать сквозь роговой слой эпидермиса. Кроме того, его применение может спровоцировать выраженную аллергическую реакцию. На усвоение данного типа коллагена приходится расходовать больше энергии чем при применении других типов. Его производят в Европе и России.
Растительный коллаген, который получают из пшеницы и водорослей легко усваивается тканями человеческой кожи и не является аллергенным. Но процесс его производства довольно сложен и связан с существенными финансовыми затратами. К тому же растительный белок коллагеном не является, настоящий коллаген присутствует только в соединительной ткани организмов животных и рыб. Его витаминная и пищевая ценность довольно высоки наряду с плохой усвояемостью.
Коллаген морского происхождения добывают из кожи рыб. По своему строению молекулы рыбного коллагена похожи на коллаген человека и могут легко проникать в глубокие ткани кожи. К сожалению, коллаген морской рыбы может вызывать сильную аллергию. А вот коллаген, добытый из кожи рыб, обитающих в чистых пресных водоемах, к аллергиям приводит редко. Попав в кожу человека, белок рыбы распадается на аминокислоты, которые используются организмом для обновления клеток эпидермиса и увлажнения тканей. В целом этот вид коллагена наиболее благоприятный и поподходящий человеку за счет его моментального всасывания и распределения именно там, где его не хватает организму. Чаще всего его производят в странах Азии и Америке.

Современная косметология на сегодняшний день имеет два направления:

— использование технологического коллагена;

— активизация синтеза собственного коллагена в организме человека.

Применяют косметический коллаген следующим образом:

— Как ингредиент множества косметических средств (масок, гелей, кремов). Такой белок на какое-то время заполняет неровности на коже и образует тонкую гигроскопичную пленку, благодаря чему происходит активное увлажнение и питание тканей.

— В качестве филеров в контурной инъекционной пластике и как один из компонентов коктейлей для мезотерапии.

— В составе биологических добавок, в виде капсул, порошков и таблеток.

Стимуляция самостоятельного синтеза коллагена в организме может осуществляться следующими способами:

С помощью аппаратных технологий, например, химического и ультразвукового пилинга, RF-лифтинга, процедуры фотоомоложения, лазерного пилинга или лазерной шлифовка кожи, миостимуляции, микротокового воздействия и ультразвукового фонофореза.
Посредством инъекционных методик, таких как: мезотерапия, контурная пластика, а также микронидлинг на основе уколов гиалуроновой кислоты и белково-витаминных препаратов. За счет травмирования кожи, а также ее насыщения специальными препаратами и происходит обновление коллагена.
При проведении процедуры плазмолифтинга с целью активизации выработки собственного коллагена и гиалуроновой кислоты.
При помощи БАДов, которые включают комплексы минералов и витаминов, аминокислоты и белок, а также специальной диеты, которая предусматривает употребление пищи, богатой минералами, витаминами, аминокислотами, жирными кислотами.

Коллаген имеет высокую важность в вопросе поддержания молодости нашей кожи. Он повышает тонус кожи, делает ее эластичной и прочной, благоприятствует увлажнению. В норме в молодом человеческом организме полный цикл распада и синтеза коллагеновых волокон длится около месяца, и обмен коллагена доходит до 6 кг в год. Однако с возрастом показатели меняются. После 30 лет процессы распада начинают преобладать над синтезом, и количество коллагена в кожных покровах постепенно снижается. Качество волокон ухудшается, они становятся хрупкими, накапливается фрагментированный коллаген. Поэтому кожа со временем теряет эластичность, становится обвисшей, дряблой и тонкой, ухудшается ее цвет. Также белок перестает удерживать достаточный объем воды. Из-за этого кожа пересыхает, и на ней появляются морщины. Формируется птоз (обвисание тканей кожи), который ведет к разрушению фибробластов, необходимых для синтеза коллагена. То есть возникает замкнутый круг, и процессы увядания кожи ускоряются. Поэтому своевременное обращение к специалисту – косметологу поможет подобрать эффективные средства и методики для замедления процесса старения кожи и улучшения ее состояния.

Источник