С греческого слово «коллаген» происходит от слов «κόλλα» (kolla), что значит «клей», и "-γέν" (gen), что означает «рождающий» или «порождающий». Таким образом, коллаген — это «рождающий клей» или «дающий клей», поскольку он играет роль естественного «клея» в организме, соединяя ткани.

Коллаген — это белок, являющийся основой соединительной ткани всех млекопитающих, включая человека. По содержанию в организме человека это самый распространенный белок — примерно треть всего белка, содержащегося в теле.

Коллаген — это один из древнейших и универсальных молекулярных «инструментов» жизни, существующих на планете уже сотни миллионов лет (эволюционно он появился ещё у простейших беспозвоночных). На глубоком уровне его структура поражает точностью и сложностью: каждая молекула состоит из трёх полипептидных цепей, которые образуют правозакрученную тройную спираль — такую же уникально прочную и лёгкую, как канаты мостовых ферм или сверхпрочные арматуры в строительстве.

Каждая из этих цепей устроена так, что каждая третья аминокислота — это глицин, самая маленькая из аминокислот, что позволяет цепям плотно и компактно укладываться. Кроме глицина, основное место занимают пролин и гидроксипролин — аминокислоты, придающие молекуле жёсткость и устойчивость к разрывам. Гидроксилирование пролина и лизина происходит только с участием витамина С, и поэтому аскорбат имеет прямое отношение к синтезу и поддержанию коллагена (недостаток приводит к цинге — смертельно опасному истощению тканей).

Коллаген формирует внеклеточную матрицу — «сцену» и «инфраструктуру» для деятельности всех клеток организма. Через эту матрицу проходят сигнальные пути межклеточного общения. Коллаген — это не только «строительный материал», но и активный регулятор развития тканей, их пластичности, регенерации, воспалительных и иммунных процессов. Более двадцати типов коллагена (наиболее изучены I, II и III) усложняют иерархию тканевых структур человеческого тела: одни формируют плотные волокна кожи и сухожилий, другие — тонкую сеть в стенках сосудов, третьи — прозрачную основу роговицы.

Сбой в биосинтезе или избыточное образование коллагена лежит в основе многих системных болезней: от фиброза и склероза до коллагенозов (например, системная красная волчанка, ревматоидный артрит). При заживлении ран переизбыток создаёт рубцы и спайки, нарушая функцию тканей.

Коллаген — это молчаливая «архитектура» жизни, универсальный язык и основа целостности, позволяющий телу быть одновременно гибким и прочным, а организму — сохранять опыт развития и способность к восстановлению с древнейших времён до наших дней

Биофизический аспект:

Коллаген — воплощение принципов самоорганизации в живой материи. Его тройная спираль формируется строго определённой последовательностью аминокислот, что обеспечивает уникальное сочетание эластичности и прочности: энергия водородных связей балансируется с упругостью спиральной структуры. Биофизика коллагена изучает не только его индивидуальную устойчивость, но и коллективное поведение волокон, формирующих сложные, иерархически устроенные системы (от нанометровых до макроскопических масштабов). Эта фрактальность — часть универсального алгоритма, когда одни и те же принципы строения повторяются на разных уровнях организации ткани. Волокна коллагена могут самовосстанавливаться, отвечая на механические воздействия: ткань «памятует» направление и силу нагрузок, а также микроповреждения — это биофизический фундамент феномена ремоделирования тканей.

Эволюционный аспект:

Коллаген считается одной из ключевых молекулярных инноваций, позволивших жизни перейти от простейших организмов к формированиям сложных многоклеточных существ. Удивительно, но только с появлением внеклеточного матрикса с коллагеном стали возможны сложные формы, опорно-двигательные системы, подвижность, развитие органов и нервных сетей. Эволюционно коллаген весьма консервативен: его последовательность почти не менялась у разных видов в течение сотен миллионов лет — значит, это решение оказалось настолько удачным, что любая серьёзная мутация была несовместима с жизнью.

Типы коллагена и их экспрессия регулируются на уровне генов, и именно эта многоступенчатая система контроля определяет разнообразие форм и адаптаций в животном мире. Уже у древнейших позвоночных появились специальные ферменты для гидроксилирования аминокислот — без этого белок не работал бы. И даже на уровне эволюции тканей и органов появление новых форм коллагена соответстовало скачкам в развитии сложных биологических структур — например, формирование хрящей, костей, сосудистых систем и даже более плотной защитной кожи у наземных позвоночных.

Смысл на границе наук:

Коллаген — живой пример того, как биофизика и эволюция сливаются: молекулярная структура, приспособленная к механическим нагрузкам, служит материалом для отбора и усложнения форм жизни. На тонком уровне его волокна превращают механическую энергию в сигналы для клеток, становятся частью информационного обмена между микромиром и макромиром. Через эволюцию молекулярной биофизики коллаген влияет не только на физическую структуру организма, но и на темпы его развития, адаптацию, старение.