collagen synthesis 膠原蛋白合成 FA50

collagen synthesis 膠原蛋白合成 FA50, 結合FA47cell trafficking觀念 

參考資料: osmosis影片, FA, AMBOSS

0. collagen是一種secretory protein, 由RER製造之後,出去細胞膜, 再去該去的tissue (例如type 2 collagen就該去cartilage)

1. 基因轉錄, 轉譯成amino acid

在細胞核裡面,基因: COL開頭, 轉錄成RNA, 出細胞核,到細胞質結合free ribosome,然後 ribosome會做出一條signal peptide (還沒開始做mRNA要做出來的peptide), 有signal peptide之後, 整個mRNA-ribosome complex就可以跟細胞質裡面的signal recognition particle (SRP)結合,

然後結合了SRP的SRP receptor, 會bind並水解一個GTP成GDP, 這樣就有能量,然後SRP-ribosome complex就可以結合translocon, 之後可以把 ribosome製造的peptide送進ER

完成任務的SRP receptor就會release, 回收再利用

所以現在ribosome已經結合在ER的 translocon上, 所以Ribosome製造的所有 peptide都會直接進 ER membrane

然後mRNA轉譯完的peptide, 會把之前的SRP(signal sequence)cleaved 掉

然後translocon關閉, peptide維持在 ER裡面 

這條collagen基因轉錄轉譯出來的peptide裡面一定有glycine, 另外2個不一定, 大多是 proline跟lysine

這一條peptide就叫preprocollagen

這個時候還在RER裡面. 簡單修飾: hydrolation跟glycosylation醣基化

2.這一條preprocollagen進行 hydroxylation

因為preprocollagen上面有 proline跟lysine, 所以preprocollagen上的proline跟lysine會進行hydroxylation

把preprocollagen上的proline跟lysine進行hydroylation的enzyme各自叫prolyl hydroxylase and lysyl hydroxylase

(把preprocollagen上的proline進行hydroylation的enzyme叫prolyl hydroxylase

把preprocollagen上的lysine進行hydroylation的enzyme叫 lysyl hydroxylase)

這個反應需要 cofactors: vit C (相關病:scruvy壞血症 )

所以現在preprocollagen上的proline跟lysine都加上-OH 羥基 hydroxy group 了

3.這一條preprocollagen進行glycosylation醣基化

preprocollagen上的proline跟lysine都加上-OH 羥基 hydroxy group 了, 現在進行glycosylation醣基化

把醣基 glucose or galactose monomers加在 proline跟lysine上的-OH (hydroxy group)

加glucose monomers的enzyme叫glucosyltransferase 

加galactose monomers的enzyme叫galactosyltransferase

所以現在preprocollagen上的proline跟lysine上面除了有-OH (hydroxy group),還有 醣基 glucose or galactose monomers

個別一條的preprocollagen在RER中修飾完成, 可以三條捲成一個helix螺旋

這個triple helix, 就叫做 procollagen, 然後procollagen就可以 送出ER, 去Golgi

(相關病: 假設3條preprocollagen無法捲成一個triple helix, 就是 OI)

(補充:collagen沒有Asparagine所以不會進行N-linked glycosylation, 但是如果是其他protein, 在這一步可能會進行N-linked glycosylation, 這種Enzymatic glycosylation算是一種Post-translational modification, 發生在ER的是N-linked glycosylation(發生在Golgi的是 O-linked glycosylation))

4.Golgi的修飾, 可以決定把這個protein送去哪裡

例如collagen 就會送到細胞外 (secretory protein), 理論上應該有''要送去細胞外''的修飾, FA沒寫,不重要

(補充:collagen沒有Serine or threonine所以不會進行O-linked glycosylation, 但是如果是其他protein, 在這一步可能會進行O-linked glycosylation, 這種Enzymatic glycosylation算是一種Post-translational modification)

(補充: 因為Golgi沒有修飾 mannose 6-phosphate, 所以不會被送到lysosome; 反過來說, 假如應該被送到lysosome的protein,因為沒有修飾 mannose 6-phosphate, 無法送到lysosome, 就是I cell disease)

5.collagen送出Golgi, 再出fibroblast細胞膜 (exocytosis)

6.到了細胞外, 進行  proteolytic processing

procollagen會被collagen peptidases切成 tropocollagen

怎麼切呢?

因為procollagen的兩端 (N端跟C端)都有 一些disulfide bond, 所以collagen peptidases就把這兩端的disulfide bond切掉, 然後就變成tropocollagen

(補充: proteolytic processing是一種Protein trimming, 可以讓inactive state的protein變成 active的mature protein, 除了collagen在secrertion出細胞膜之後會trimming, 胰臟酵素Zymogens (ex. endoproteases)到了小腸,也會被切成active enzyme (osmosis影片: pancreatitis), 另外Insulin 在Golgi vesicles也會被切成活性態 (FA322好像沒))

(相關病: 假設無法cleaving, 那procollagen就無法被切成 tropocollagen, procollagen是沒有功能的, 所以造成疾病: Ehler Danlos)

7.最後一步是Cross-link (交叉鏈接)

其實tropocollagen已經是成熟的collagen了(例如type1-5 collagen),但是一個的力量不夠大,要團結才力量大, 所以要Cross-link 

所以是一個tropocollagencross link成很多tropocollagen一起, 叫collagen fiber 

這個cross link步驟, 需要一個copper-dependent enzyme called lysyl oxidase

(別搞混, 前面出現過的是lysyl hydroxylase, 這裡的是lysyl oxidase )

(相關病: 有2個, 如果是缺銅離子copper, 那是 Menkes disease

如果是其他問題造成無法cross link, 那是另一種Ehler Danlos)

(補充: 不同成分的collagen fiber, 叫不同的名字

如果是 Type I collagen link而成, 叫Collagen fibers,

如果是 Type 3 collagen link而成, 叫Reticular fibers,

另外有一種不是collagen fiber的fiber, 也就是不是由collagen構成的collagen fiber, 而是由另一種ECM物質:elastin(elastin是跟collagen平輩的另一種物質構成的elastic fiber,collagen組成collagen fiber, elastin組成elastic fiber))

(補充基礎connective tissue 包含 cell跟ECM, 然後ECM又分成 fiber跟非fiber,

fiber分成3種: collagen fiber, Reticular fibers, elastic fiber)