Още един трик за поддържане на младостта на кожата

Колагенът е вид протеин, който се състои от различни видове полипептидни вериги, някои от които са аминокиселини, свързани с пептидни връзки. [1] Уникалната последователност на аминокиселините, които изграждат протеинова или полипептидна верига се нарича първична структура.

Пептидните връзки се създават чрез различни ензимни реакции и се разграждат чрез хидролиза. Освен това патогенни бактерии могат да разрушат колагена чрез т.нар. колагенази и да причинят пародонтоза, газова гангрена, целулитис (не е целулит), кожна форма на антракс, увреждане на очите и пр. Колагенът в човешкия организъм е в процеси на постоянен синтез и деградация. Например натрупването на прекалено много омрежен и труден за разграждане колаген под вид на фиброза може да доведе до сериозни заболявания на черния дроб (цироза), сърцето (вижте видео за причините, водещи до сърдечна недостатъчност), и различни доброкачествени уплътнения и пр. Част от предизвикателствата е да се разградят натрупаните колагенови влакна в извънклетъчната матрица. От друга страна синтеза на колаген намалява след 25-годишна възраст и това също оказва негативно влияние не само върху кожата, която е най-обширния орган в човешкото тяло, но и води до проблеми като пропускливи черва, гингивит и дори проблеми със зрението. Именно в полезността на съединителната тъкан във всичките й форми (сухожилия, кръвоносни съдове, перинерва, субмукозни пространства) се съдържат основните отговори на въпросите, свързани с произхода, хода и лечението на многопричинните заболявания: язва на стомаха и дванадесетопръстника, гастрит (бактерията Хеликобактер пилори навлиза под горния слой на епителните клетки на стомашната лигавица и може да засегне подлигавичния слой, богат на колаген. Резултатът може да е кръвоизлив и перитонит.), запек, колит, холелитиаза и камъни в бъбреците, възпаление на черния дроб, белите дробове, бъбреците, яйчниците, матката и други органи.

Полипептидните вериги образуват различни форми и това се нарича вторична структура, която съдържа много водородни връзки. Те придават стабилност на формата.

Третичната структура е 3D структурата на протеина. Това може да включва навиване и нагъване. Наблюдават се 4 различни връзки и взаимодействия: дисулфидни връзки, йонни връзки, водородни облигации и хидрофобни или хидрофилни взаимодействия.

Увеличаването на кинетичната енергия на протеина с третична структура го прави още по-вибриращ. Връзките, които поддържат неговата структура, които са предимно слаби, нековалентни връзки  са по-склонни да се разрушат. Когато протеинът загуби своята форма по този начин се нарича денатуриран. Дори когато се охлади е малко вероятно да върне оригиналната си сложна структура.

Протеините с 3D структура са 2 основни типа:

Глобуларни, които имат склонност да образуват структури под въздействието на топлината. Хидрофобните части са в центъра, а хидрофилните по ръбовете. Това ги прави водоразтворими. Те изпълняват метаболитни функции. Към тях спадат ензимите във всички организми, плазмените протеини и антитела при бозайниците.

Влакнести протеини – образуват дълги влакна и се състоят от повтарящи се последователности от аминокиселини, които са неразтворими във вода. Те обикновено имат структурни роли като колагена в костите и хрущялите, кератина в ноктите и косата.

Колагенът е фиброзен протеин, който се състои от 3 полипептидни вериги, които се навиват една около друга и образуват структурата на тройната спирала. Водните връзки, които се образуват между тези спирали, са с дължината на 1000 аминокиселини и това дава сила на структурата. Тази сила се увеличава чрез допълнителните връзки с другите молекули в колагена и образуването на кръстосани връзки помежду си, които са разположени по протежение на молекулите. Колагеновите молекули се увиват една около друга и образуват колагенови фибрили, които изграждат колагенови влакна.

Някои аминокиселини могат да бъдат както хидрофобни, докато други са хидрофилни. Във водна основа те се ориентират така, че хидродобните части да са в центъра, а хидрофилните – в краищата.

Третичната структура може да бъде нарушена от действието на топлината. Тъй като е извлечен при сравнително ниски температури от кожата на сладководна риба, колагенът от полската фирма Inventia пази свойствата на живата клетка и се различава значително от хидролизираните колагени вследствие висока температура при които полипептидните връзки са разрушени.  Производство на хидролизиран колаген  се извършва при тежки условия, често висока температура или химикали като силни киселини или основи. Малки количества от тези вещества могат да останат в крайния продукт. За производството на хидролизати често се използват животински кости и хрущяли. Малко хора осъзнават, че хидролизираният колаген с химически състав не се различава от желатина, който се използва в хранително-вкусовата промишленост за производството на желета, десерти, бонбони и т.н. Разходите за производство хидролизати са много по-ниски, отколкото за получаването на естествен колаген, което е и причината за използването на хидролизати от много производители на козметика.

В производството на живият колаген от INVENTIA няма никакви вредни химикали или високи температури. Производство на хидролизата може да генерира отпадъчни води, съдържащи химикали, които са използвани в процеса. Освен това, използването на високи температури води до високо потребление на енергия. Така че не може да се каже, че този процес не уврежда околната среда.

Зрелият омрежен колаген е водонеразтворим, но набъбва. [2] Вече писахте, че едно от най-древните лепила, което е от животинска съединителна тъкан на животни, се приготвя като туткала се накисва за няколко часа с вода, за да набъбне. Размерът на набъбването е обратно пропорционален на броя на кръстосаните връзки.

Какво още знаем за pH? [3] Това е мярка за активността на водородните йони в разтвор, и съответно неговата киселинност или алкалност. pH е и скала за измерване на киселинност или алкалност на разтвори. Скалата варира между 0 и 14. Водни разтвори с pH по-малко от 7 се считат за киселинни, а разтвори с pH по-голямо от 7 са алкални (основни). Ако разтворът има pH = 7, той е неутрален. pH на стомашния сок е около 2, «Кока-Кола» – 2.5, сок от портокал – 3.5, бира – 4.5, кафе – 5, мляко – 6.5, амоняк – 11.5, белина – 12.5, сода каустик – 13.5.

pH на човешката кожа има стойности от 4.5 до 6. При новородените pH е близко до неутралното – 7, но с израстването им бързо се променя към киселинно. Повишаването на киселинността на кожата става с цел предпазване от бактерии – киселинността има бактериостатичен и бактерициден ефект. С възрастта pH на кожата става все по-близко до неутралното, което причинява проблеми, поради ниската ефективност на защитата от бактерии.

Ефектът на Донан е отговорен за осмотичното набъбване и зависи от pH на разтвора и температурата. Когато pH е в диапазона от 4 до 8 това не влияе значително на дължината и диаметъра на фибрилите. Извън тези стойности може да бъде наблюдавано почти 10-кратно увеличение на обема на влакното, като най-големия ефект е при pH2 и pH12. Ако pH падне под 2, обемът започва да намалява. Натуралният колаген от Inventia е с рН точно колкото е pH на човешката кожа.

Липотропното набъбване се дължи на неутрални соли със значителна сила на йоните. Това намалява сцеплението между отделните влакна и не е напълно необратимо. Може да се наблюдава при всякакво pH, стига солите да са с достатъчно висока концентрация.

Колагенът се използва не само като съставка във висококачествена козметика и хранителни добавки срещу болки в ставите и за по-млада и сияйна кожа, но и за създаване на покрития, които да са износоустойчиви и да устояват на продължително механично триене. В този ред на мисли се търсят варианти за покрития, които да се самовъзстановяват, без да предизвикват токсични химически реакции, да не замърсяват околната среда и да бъдат биосъвместими. Полимерите са подходящи отчасти, но при излагане на ултравиолетови лъчи някои от тях отделят токсични газове. [4]

На помощ идва колагенът, който може да се използва in vivo и in vitro в самото човешко тяло. Освен че е биосъвместим, той е и естествено биоразградим. Благодарение на набъбването при хидратиране колагенът образува слой, който се самовъзстановява след механично триене.

Водата, добавена към компресираните влакна на участъците на износване може да навлезе в съседство на неповредените влакна чрез капилярно действие. По време на този процес порите между некомпресираните влакна се свиват, а колагеновите влакна се разширяват. Така водните молекули водят до набъбване на влакната колаген. Следите от износване, появили се след повтарящи се плъзгащи движения изчезват след хидратиране. По време на самовъзстановяването механичните свойства на покритието от хидрогел с колаген се повишават заради промени в структурата, която си въздейства с водните молекули.

Процесът между взаимодействието на водните молекули и възстановяването на колагеновите фибри може да бъде проследен и от схемата в Nature.com. [5]

Можете да откриете колаген под различни форми, дори и като прах, който да добавите в кафето си.

В това изследване [6] се разглежда диелектричното отпускане на хидратирани прахообразни форми с колаген при широк температурен и честотен диапазон като взависимост от нивото на фракцията може да се получат отцепване на водородните атоми от сложните колагенови протеини със структура на тройната спирала.

 От друга страна дехидратирането на колагеновите молекули  [7] води до намаление на диаметъра на влакната и структурни промени.

Ето защо производителят, в лицето на полската фирма Inventia препоръчва гелът с натурален колаген да се нанася на влажната кожа на лицето или тялото, както и на влажни коса или нокти, при което се получава по-добро взаимодействие между колагеновите молекули и водата. Това леко увеличава плътността на колагеновите фибри и води до хидратиране в дълбочина. Предлагат се в разфасовки от 50, 100 и 200 ml. Освен натурален колаген съдържат и еластин, Каприлил гликол, млечна киселина и др.

 

 

Използвани източници:

1. Protein Structure

2. Collagen swelling in water solutions melting & shrinkage temperature

3. Активни потребители - Какво знаем за pH?

4. Durability and Self-healing Effects of Hydrogel Coatings with respect to Contact Condition

5. Swelling and self-healing of collagen.

6. Dielectric Relaxation of Hydration Water in Native Collagen Fibrils.

7. Changes in collagen structure: drying, dehydrothermal treatment and relation to long term deterioration