Serat Kolagen (Artikel Lengkap)

Serat kolagen adalah struktur protein utama di ruang ekstraseluler dalam jaringan ikat pada tubuh manusia dan hewan. Sebagai komponen utama jaringan ikat, serat ini merupakan yang paling melimpah pada mamalia yakni 25% sampai 35% dari kandungan protein tubuh. Berdasarkan tingkat mineralisasinya, jaringan kolagen dapat keras (tulang), dapat mengendur (tendon), atau antara keduanya (kartilago). Kolagen kebanyakan ditemukan di jaringan fibrosa seperti tendon, ligamen, dan kulit. Kolagen juga banyak ditemukan di kornea, kartilago, tulang, pembuluh darah, usus, dan dentin pada gigi. Kolagen mengisi satu sampai dua persen jaringan otot dan mengisi 6% massa otot. Fibroblas adalah sel penghasil kolagen yang paling umum.

Gelatin, yang digunakan dalam makanan dan industri, merupakan kolagen yang terhidrolisasi. Kolagen juga bermanfaat di bidang kesehatan, yakni untuk menyembuhkan komplikasi tulang dan kulit.

Istilah kolagen berasal dari bahasa Yunani κόλλα (kólla), yang berarti “lem”, dengan akhiran -γέν (–gen) yang berarti “memproduksi”. Kata tersebut merujuk pada penggunaan awal komponen tersebut dalam proses perebusan kulit dan otot kuda dan hewan lainnya untuk mendapatkan lem.

1. Jenis-Jenis Kolagen

Kolagen terdapat di banyak tempat di sekitar tubuh. Lebih dari 90% kolagen pada tubuh manusia merupakan kolagen tipe I.

Sejauh ini, 28 tipe kolagen telah teridentifikasi dan dijabarkan. Tipe-tipe tersebut dapat dikelompokkan berdasarkan strukturnya.

1. Fibrillar (Tipe I, II, III, V, dan XI)
2. Non-fibrillar
   1. FACIT (Kolagen Terasosiasi dengan Fibril dengan Tripel Heliks Terputus-Putus) (Tipe IX, XII, XIV, XVI, dan XIX)
   2. Rantai pendek (Tipe VIII dan X)
   3. Membran dasar (Tipe IV)
   4. Multiplexin (Domain Tripel Heliks Ganda Terputus-Putus) (Tipe XV dan XVIII)
   5. MACIT (Membran Terasosiasi dengan Kolagen dengan Tripel Heliks Terputus-Putus) (Tipe XIII dan XVII)
   6. Lainnya (Tipe VI dan VII)

Lima tipe kolagen yang paling umum adalah:

1. Tipe I, dapat ditemukan di kulit, tendon, organ, tulang (komponen dasar tulang).
2. Tipe II, dapat ditemukan di kartilago (komponen utama kolagen pada kartilago).
3. Tipe III, dapat ditemukan di retikuler (komponen utama serat retikuler), umumnya ditemukan di sepanjang tipe I.
4. Tipe IV, membentuk basal lamina yang merupakan lapiran epitel sekresi membral dasar.
5. Tipe V, dapat ditemukan di permukaan sel, rambut, dan plasenta.

2. Pemanfaatan Serat Kolagen dalam Dunia Medis

2.1. Aplikasi Jantung

Kerangka jantung berkolagen termasuk empat cincin katup jantung, merupakan bagian yang elastis dan terikat dengan otot jantung. Kerangka jantung juga termasuk septa yang memisahkan ruang jantung. Struktur kolagen yang membagi ruang atas jantung dan ruang bawah jantung merupakan membran kedap yang mampu melewati darah dan impuls dengan cara yang unik.

2.2. Kolagen Terhidrolisis Tipe II dan Osteoarthritis

Sebuah studi melaporkan bahwa menggonsumsi ekstrak tulang rawan ayam yang mengandung matriks kolagen terhidrolisis tipe II, kondroitin sulfat, dan asam hyaluronic, dapat mengurangi gangguan sendi yang berhubungan dengan osteoarthritis.

2.3. Bedah Kosmetik

Kolagen digunakan secara luas dalam bedah kosmetik, sebagai penyembuhan terhadap pasien dengan luka bakar, pembentukan tulang, dan gigi. Kolagen manusia dan daging sapi muda digunakan secara luas sebagai penambal gigi, pengurang keriput, dan penuaan kulit.

2.4. Cangkok Tulang

Sebagai kerangka yang membentuk struktur tubuh, penting untuk menjaga kekuatannya, bahkan setelah patah atau terluka. Kolagen digunakan dalam cangkok tulang karena memiliki struktur tripel heliks yang membuatnya menjadi molekul sangat kuat dan mencegah dirusak oleh enzim.

2.5. Perawatan Luka

Kolagen adalah salah satu sumber alami tubuh dan komponen jaringan kulit yang bermanfaat dalam setiap proses penyembuhan luka. Kolagen juga tahan bakteri, sehingga diperlukan dalam proses penutupan luka.

3. Struktur Kimia Serat Kolagen

Protein kolagen tersusun atas tripel heliks, yang umumnya terdiri dari dua rantai identik (α1) dan satu rantai yang sedikit berbeda komposisi kimianya (α2). Komposisi asam amino pada kolagen tidak sama dengan yang dimiliki protein pada umumnya, utamanya karena mengandung hidroksiprolina yang tinggi. Kandungan utama dalam rangkaian asam amino pada kolagen adalah glycine-proline-X dan glycine-X-hydroxyproline.

4. Sintesis Serat Kolagen

Pertama, struktur tiga dimensi dirakit, dengan glycine dan proline asam amino sebagai komponen prinsipnya. Ini bukanlah kolagen tetapi prekursornya, prokolagen. Prokolagen kemudian dimodifikasi dengan tambahan grup hidroksil ke proline dan lysine asam amino. Langkah ini penting untuk glikosilasi dan pembentukan struktur tripel heliks kolagen. Enzim hikdroksilase yang menggerakkan reaksinya memerlukan vitamin C sebagai kofaktor. Tanpa vitamin C, sintesis kolagen menjadi tidak sempurna. Reaksi hidroksilasi dikatalis oleh dua enzim berbeda yaitu prolyl-4-hydroxylase dan lysyl-hydroxylase. Vitamin C juga berperan dalam reaksi ini yakni dengan satu molekul vitamin C dihancurkan sehingga setiap H digantikan oleh OH. Sintesis kolagen terjadi di dalam dan di luar sel. Semua jenis kolagen adalah triple heliks, dan perbedaan jenisnya terjadi pada pembentukan alpha peptida pada langkah kedua.

Berikut adalah penjelasan tahap demi tahap pembentukan kolagen:

1. Transkripsi mRNA: Sekitar 34 gen diasosiasikan dengan pembentukan kolagen, masing-masing pengkoden untuk rangkaian mRNA. Sintesis kolagen dimulai dengan gen yang berasosiasi dengan pembentukan alpha peptida (biasanya alpha 1, 2, atau 3).
2. Pembentukan pre-pro-peptida: sekali mRNA akhir keluar dari inti sel (nukleus) dan masuk ke sitoplasma, mRNA akan terhubung dengan subunit ribosom dan proses translasi terjadi. Bagian pertama dari peptida baru dikenal sebagai sinyal rantai. Sinyal rantai pada terminal N peptida diterima oleh partikel penerima sinyal di retikulum endoplasma yang bertanggung jawab untuk mengarahkan pre-pre-peptida ke retikulum endoplasma. Kemudian, setelah sintesis peptida baru selesai, peptida baru akan berpindah ke retikulum endoplasma untuk proses translasi akhir. Hasilnya dikenal sebagai pre-pro-kolagen.
3. Pre-pro-peptida ke pro-kolagen: Tiga modifikasi pre-pro-peptida terjadi mengawali pembentukan alpha peptida:
1. Sinyal peptida pada terminal N mulai lenyap, dan molekulnya dikenal sebagai propeptida (bukan prokolagen).
2. Hidroksilasi lysine dan proline pada propeptida oleh enzim prolyl hydroxylase dan lysyl hydroxylase (untuk memproduksi hydroxyproline dan hydroxylysine) muncul sebagai bantuan silang alpha peptida. Langkah enzim tersebut memerlukan vitamin C sebagai kofaktor.
3. Glikosilasi terjadi dengan menambahkan monomer glukosa atau galaktosa ke kelompok hidroksil yang ditempatkan di lysine, bukan proline.
4. Setelah modifikasi selesai, tiga propeptida terhidroksilasi dan terglikosilasi berputar menjadi triple helix membentuk prokolagen. Prokolagen dikemas dan dikirim ke badan Golgi.
4. Modifikasi apparatus Golgi: Pada badan Golgi, prokolagen melalui satu modifikasi translasi akhir sebelum disekresi keluar dari sel. Pada tahap ini, oligosakarida (bukan monosakarida seperti pada langkah 3) ditambahkan, kemudian prokolagen dibawa ke ruang ekstraseluler.
5. Pembentukan tropokolagen: Setelah keluar dari sel, enzim terikat membran yang dikenal sebagai kolagen peptidase, menghilangkan bagian tidak penting dari molekul prokolagen. Yang tertinggal dikenal sebagai tropokolagen. Langkah ini tidak ada ketika mensintesis kolagen tipe III.
6. Pembentukan fibril kolagen: Lysyl oksidase, enzim ekstraseluler, memproduksi lajur sintesis kolagen tahap akhir. Enzime ini bertindak pada lysine dan hydroxylisine dan menghasilkan grup aldehida yang mengikat diantara molekul tropokolagen. Polimer tropokolagen dikenal sebagai fibril kolagen.

5. Penyakit pada Kolagen

Seribu mutasi teridentifikasi pada 12 dari lebih dari 20 jenis kolagen. Mutasi tersebut dapat menimbulkan penyakit di tingkat jaringan seperti berikut:

1. Osteogenesis imperfecta, disebabkan oleh mutasi kolagen tipe 1. Penyakit ini ditandai dengan kelemahan tulang dan susunan jaringan penghubung yang tidak biasa.
2. Chondrodysplasias, gangguan kerangka yang dipercaya disebabkan oleh mutasi kolagen tipe 2. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk membuktikannya.
3. Sindrom alport, dapat diturunkan. Akibatnya, penderita mengalami gangguan ginjal, mata, dan kehilangan pendengaran selama usia kanak-kanak atau dewasa.
4. Osteoporosis, tidak diturunkan, melainkan muncul karena usia. Penyakit ini dihubungkan dengan penurunan tingkat kolagen pada kulit dan tulang.

---

Anda bisa request artikel tentang apa saja, kirimkan request Anda ke atau langsung saja lewat kolom komentar :)