100 великих тайн человека. Отсутствует
коллагена.
Чтобы не затруднять читателя описанием отдельно каждого уровня, отметим, что два первичных строительных элемента, постепенно усложняясь, формируют седьмой – высший и самый масштабный уровень организации кости – ее саму…
Для выяснения, какие же структуры и механизмы определяют крепость костей, ученые изучили их строение на уровне отдельных молекул, определив, тем самым, и первичную структуру костной ткани, и обстоятельства, при которых она разрушается.
Исследования показали, что минерализованные волокна коллагена представляют собой упорядоченные цепочки, в которых в строгом порядке, словно в мозаике, рассредоточены молекулы белка и микроскопические кристаллы гидроксоапатита. Причем два эти элемента – молекулы белка и кристаллы – упакованы таким образом, что образуют своеобразную лестницу, в которой минерал играет роль ступенек. Кроме того, в этой структуре имеются специальные участки, внутренние связи в которых разрушаются легче, чем в окружающих их областях волокон, но при этом в целом структура остается стабильной.
Обусловлено это тем, что, когда на костную ткань обрушиваются силы, которые могут привести к разрыву связей между коллагеном и гидроксоапатитом, они «дробятся» и равномерно воздействуют на каждое из многочисленных соседних белковых волокон.
А так как та область, в которой взаимодействуют белок и минерал, находится в окружении довольно прочных и эластичных молекул коллагена, то даже если разрушится одна или несколько слабых связей, множественных повреждений не произойдет.
Кроме того, под влиянием внешней силы микроскопические кристаллы, в отличие от более крупных кристаллических единиц, хоть и смещаются, но при этом не разрушаются.
Ранее же для объяснения крепости костей выдвигались иные версии. Так, высказывалось предположение, что их прочность обусловлена особым механизмом молекулярного скольжения, суть которого сводится к тому, что разрыв той или иной слабой связи приводит не к разрушению соседних волокон, а лишь к их растяжению.
Сторонники другой гипотезы высокую сопротивляемость костей значительным нагрузкам объясняли мельчайшими размерами кристалликов гидроксоапатита: ведь частичку диаметром в несколько нанометров разрушить совсем непросто.
Исследование же костной ткани на молекулярном уровне две эти гипотезы примирило, так как показало, что обе точки зрения в целом верны.
Кроме уникальных особенностей строения кости на микроскопическом уровне, ученые установили еще один весьма примечательный факт. Оказалось, что крохотное отверстие, которое появляется в результате разрушения связи между белком и гидроксоапатитом, как раз соответствует размеру особых костных структур, которые отвечают за обновление костной ткани.
Эти единицы представляют собой сложные многоклеточные комплексы, которые, медленно проходя сквозь пористую ткань кости, вначале, словно буравы, разрушают ее перед собой, а затем переквалифицируются в строителей и оставляют