상아질 교원질 특징

치아는 법랑질(enamel), 상아질(dentin), 백악질(cementum), 치수(pulp) 등으로 이루어져있다.

이중 법랑질 밑에는 상아질(dentin)이 있는데 상아질에 대해서 이번 포스팅과 다음 포스팅을 통해 알아보겠다.

이번 포스트에서는 상아질의 특성을 나타내게 해주는 상아질을 이루는 교원질의 형태와 조성, 특징 등에 대해서 알아보겠다.

 

 

교원질(collagen)이란 무엇일까

교원질이란 우리 몸의 굉장히 많은 부분을 이루고 있는 섬유라고 볼 수 있다. 우리나라말로는 콜라겐이라는 용어로 더 많이 알려져있다. 이 교원질은 아미노산의 연결로 이루어져있다. 즉, 콜라겐은 단백질 덩어리 즉, polypeptide의 3 줄기가 꼬여서 만들어진것이라고 할 수 있다. 이 3가지의 줄기는 나사모양으로 꼬여져있다.

이런 콜라겐 즉, 교원질은 우리의 피부, 머리카락뿐만 아니라 치아도 이루고 있다.

치아의 구조에서는 상아질이라고 하는 부분이 바로 이 교원질로 이루어져있다.

 

좀 더 자세한 성질과 특징, 구조 등은 밑에서 알아보자.

 

＊교원섬유의 물리화학적 성질 및 생합성

교원질은 결합조직1의 주성분으로 포유동물에서 가장 풍부한 단백질로 전체 단백질의 약 ¼~⅓을 차지한다. 교원섬유는 세포외결합조직의 주된 단백질로 주로 조직의 기계적 유지기능을 갖는 구조단백질이다.

 

1)교원질의 아미노산 조성

: 교원질의 전체 아미노산 중 glycine은 ⅓을 차지한다. 교원질에서 아미노산 배열은 매우 규칙적이어서 매주 3번째마다 glycine 잔기가 나타난다. 그 외에 alanine(11%), proline과 hydroxyproline(22%)의 비율도 높다. Proline과 hydroxyproline은 교원질에 강도를 부여 하는데, proline이 hydroxyproline으로 되기 위해 수산화반응을 거친다. 이 때 보조인자로 Vitamin C가 필요한데, Vitamin C 결핍 시에는 교원질 생합성에 이상이 생겨 Vitamin C 결핍증인 괴혈병이 발생한다. 전반적으로 교원질은 염기성이며, 친수성인 아미노산 잔기로 구성되어 있다.

 

2)교원질의 단백질 구조

: 교원질 가는섬유를 구성하는 기본단위는 tropocollagen인데, 이것은 3개의 polypeptide chain이 나사모양으로 꼬인 특이한 구조를 가지며, 개개의 polypeptide chain은 약 1000 개의 아미노산 잔기로 구성되어 있다.

 

amino acid → polypeptide chain → tropocollagen → collagen

 

서로 다른 유형의 교원질은 아미노산 서열의 차이로 인하여 물리적 성질이 서로 다르다.

 

3)교원질 단량체(tropocollagen)의 기본 구조

: 교원질을 이루는 α-사슬은 높은 proline 비율로 인해 α-나선구조나 β-병풍구조를 이룰 수 없다. 따라서 다른 α-나선에 비해 교원질의 나선은 더욱 길게 늘어난 형태를 띠고 있다. 교원질의 삼중나선구조는 hydroproline 잔기를 가지고 있는 사슬 사이의 수소결합에 의해 안정화 되고 약 ¼씩 엇갈린 구조를 이루는데, 이러한 엇갈린 구조로 인해 전자현미경상에 서 어두운 띠와 밝은 띠가 교대로 나타난다. 특히 어둡게 보이는 부분은 인회석 결정이 최 초로 침착되는 공간으로 경조직의 석회화과정에 중요한 역할을 한다.

 

4)교원섬유의 젤라틴화

: 교원섬유는 천연상태에서는 불용성이나 수용액에서 가열하여 특정온도에 도달하면 규칙적 인 구조가 파괴되고, gelatin이라 불리는 불규칙적인 코일구조로 변한다. 이러한 구조변화는 갑자기 일어나며, 변성온도는 교원질의 proline과 hydroxyproline의 양에 비례한다고 알려 져 있다.

 

＊교원질 생합성

pro-α-chain의 합성 → pro-α-chain에서 proline과 lysine 잔기의 수산화 → 특정 hydroxylysine 잔기의 당화 → procollagen의 합성(삼중나선구조 형성) → procollagen의 세포내 운반 및 세포외 분비 → procollagen-collagen 전환(peptide의 절단) → collagen fibril의 형성 → 교차결합의 형성

＊교원질 분해

: 교원질은 반감기가 매우 긴 안정적인 단백질로, 교원질분해효소에 의해 분해된다.

 

1)교원질분해효소(collagenase)

: 세포에서 생산되는 교원질분해효소와 세균성 교원질분해효소의 2종류가 있는데, 세포에서 생산되는 교원질분해효소는 조직을 구성하는 세포에서 생산되어 조직의 개조에 관여하고, 세균성 교원질분해효소는 조직 염증 시에 호중구 또는 대식세포에서 생산된다. 교원질분해 효소는 교원섬유의 N-말단에서 약 ¾ 위치를 절단한다.

 

2)젤라틴분해효소(gelatinase)

: 젤라틴분해효소는 교원질분해효소에 의해 분해된 후 체온으로 변성됨으로써 겔화된 교원 질 단편을 분해한다.

 

여기까지 상아질을 이루는 교원질(collagen)의 특징과 성질, 구조 및 생합성 등에 대해서 알아봤다.

이 교원질에 대해서 잘 이해해야 다음 포스트인 상아질에 대해서 잘 이해할 수 있으므로 꼭 정독하기를 바란다.

다음 포스트에서는 상아질의 구조나 화학조성 등에 대해서 알아보겠다.