- componente amorfa gelatinosa (proteoglicani e ... · partire dall’mRNA sino alle fibre di...

TESSUTI CONNETTIVI

- CELLULE

(fibroblasti, osteoblasti, condroblasti)

- MATRICE EXTRACELLULARE (ECM)

- componente amorfa gelatinosa

(proteoglicani e glicoproteine)

- fibre collagene / elastiche

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La matrice gelatinosa:

- consente lo scambio di nutrienti e di metaboliti

- conferisce resistenza alle forze di compressione

Le fibre collagene:

- rafforzano e organizzano la ECM

- conferiscono resistenza alle forze di trazione

(tutti i connettivi)

Le fibre elastiche:

- conferiscono elasticità a cute, polmoni e vasi


Collageno = Generatore di colla

Il riscaldamento determina:

• la perdita della struttura elicoidale

• la transizione verso una struttura casuale


È la proteina più abbondante del nostro corpo,

costituendo il 25% delle proteine totali.

Un uomo di 70 kg contiene

circa 3 kg di collageno


Polimorfismo genetico del collageno

Esistono 27 tipi di collageno distinti in tre

classi principali:

- c. fibrillari: I, II, III, V, XI

- c. associati a fibrille: IX

- c. reticolari: IV, VII

Il 90% del collageno corporeo è costituito dal

collageno di tipo I.


TIPO TESSUTO

I In tutti i tessuti connettivi tranne le cartilagini

II e IX Cartilagini, corpo vitreo

III Tessuti connettivi estensibili (cute, muscolo), organi cavi

(vasi, polmone)

IV Lamina basale


TIPO CATENE

I 21(I)+2(I)

II 3 1(II)

III 3 1(III)

IV 21(IV)+2(IV)

Le catene, di cui sono noti 36 differenti tipi,

sono dette catene


Lun

ghezz

a: 300 n

m

- le tre catene, ciascuna di

~1000 aa, sono sinistrorse

- la tripla elica è destrorsa

Spessore: 1.5 nm

L’unità strutturale del collageno

è il tropocollageno che presenta

una tipica struttura a tripla elica.


Il collageno forma:

Fasci paralleli Tendini,

legamenti Fibre parallele Ossa, nei singoli strati cornea, e perpendicolari negli strati adiacenti

Trama intrecciata Pelle


Il collageno di tipo I presente nei tendini

forma fibre insolubili dotate di elevata

resistenza elastica.

Per spezzare una fibra del diametro di 1 mm

occorre un carico di 10 kg.


Composizione aminoacidica

Aa %

Gly 33-35

Pro + Hyp 20-24

Ala 10

Lys 12

Hyl 0.7

Trp, Cys 0

L’alto contenuto in Pro e Hyp impedisce

la formazione di un’-elica


Gly compare ogni 3 residui

(Gly-X-Y)n

Sequenze più frequenti

Gly-X-Pro

Gly-X-Hyp

Gly-Pro-Hyp

I collageni reticolari presentano delle interruzioni

delle catene, con segmenti in cui non compare

l’unità ripetitiva Gly-X-Y


I grossi anelli di Pro e Hyp

si trovano all’esterno.

La parte interna è stipata:

l’unico residuo che vi

può trovare posto è Gly.


Stabilizzano la tripla elica:

• legami H intercatena tra gli NH

di Gly e i C=O di altri residui

• interazioni idrofobiche tra gli anelli

di Pro e Hyp

• legami H tra residui di Hyp


PARAMETRI -ELICA ELICA COLLAGENO DISTANZA

PER RESIDUO 1.5 Å 2.9 Å

RESIDUI

PER GIRO 3.6 3.3

PASSO

ELICA 5.4 Å 9.6 Å


La biosintesi del collageno comprende una serie di

modificazioni (maturazione) intra- ed extracellulari a

partire dall’mRNA sino alle fibre di collageno mature.


Il collageno nasce sui ribosomi del RER sotto forma di

preprocollageno, cioè di catene prepro-1 e prepro-2:

un peptide segnale le guiderà nel lume del RE.


Dopo il distacco del peptide si forma il procollageno:

le catene pro-1 e pro-2 presentano alle estremità

dei peptidi addizionali (telopeptidi) che saranno poi rimossi.


Il procollageno subirà poi varie tappe di maturazione

- modifiche intracellulari (RE e Golgi)

- modifiche extracellulari


Modifiche intracellulari

- idrossilazione (RE)

- glicosilazione (RE)

- formazione dei ponti S-S (Golgi)

- formazione della tripla elica (Golgi)


IDROSSILAZIONE

È la prima tappa ed è cotraduzionale.

Avviene a carico di alcune Pro e Lys ed è catalizzata

dalla prolil idrossilasi e dalla lisil idrossilasi,

che agiscono con analogo meccanismo e richiedono

- acido ascorbico (vit. C)

- -chetoglutarato (-KG)

- ossigeno molecolare


La maggior parte degli animali superiori, ad eccezione

delle cavie e dei primati, sono in grado di sintetizzare

l'ascorbato a partire dal glucosio.


Le due idrossilasi sono delle monossigenasi che

contengono nel sito attivo un Fe2+:

l’acido ascorbico è indispensabile per la loro attività,

mantenendone il Fe nello stato di ossidazione +2.


L’enzima trasferisce:

- un atomo di ossigeno sulla

Pro (che diventa 4-Hyp)

- l'altro atomo di ossigeno sul C

chetonico dell‘-KG che perde

CO2 e diventa succinato.


Per essere idrossilata,

Pro si deve trovare

sul lato aminico

di un residuo di Gly

X-Pro-Gly


La carenza di vit. C impedisce la formazione dei residui di

Hyp e Hyl e quindi il corretto assemblaggio

delle fibre collagene.

Una dieta priva di vit. C provoca lo scorbuto

- lesioni cutanee

- fragilità vasale

- ematomi

- emorragie gengivali


La temperatura a cui metà

della struttura elicoidale

viene persa è detta

T di fusione (Tm)

La triplice elica è fortemente stabilizzata dalla idrossilazione

poli(Pro-Pro-Gly) poli(Pro-Hyp-Gly)

Tm = 24°C Tm = 58°C


Il contenuto in Pro+Hyp aumenta nell’evoluzione passando

dalle specie a sangue freddo a quelle a sangue caldo.


0.5% pelle

4% cartilagine

15% lamina basale

GLICOSILAZIONE

I due enzimi legano in sequenza Gal e Glc a specifici residui di Hyl


Le catene di procollageno presentano alle estremità

dei peptidi addizionali, detti telopeptidi, in cui:

- Gly non compare ogni 3 residui

- è presente la Cys che forma ponti S-S


Nell'apparato del Golgi si instaurano ponti S-S tra i

telopeptidi C-terminali che quindi guidano e consentono

la formazione della tripla elica


Modifiche extracellulari

- secrezione del procollageno nella ECM

- rimozione dei telopeptidi (procollageno peptidasi)

- assemblaggio delle molecole di tropocollageno

- formazione dei legami crociati


Le unità di tropocollageno si dispongono testa-coda

su file parallele, sfalsandosi di circa 1/4

della loro lunghezza (60-70 nm).

In ciascuna fila le unità sono separate da spazi

di 35-40 nm, che nell’osso costituiscono i siti di

nucleazione per la deposizione dell’idrossiapatite.


L’organizzazione sfalsata dà origine alla tipica striatura

di una fibrilla vista al ME in colorazione negativa.

- le regioni addensate sono impermeabili al colorante ed

appaiono chiare

- le regioni che corrispondono agli spazi vuoti sono permeabili

al colorante ed appaiono scure.


Ad assemblaggio avvenuto, una fibrilla di collagene

è ancora labile.

Grazie ad una reticolazione (o cross-linking) basata

su “legami crociati” essa acquisisce stabilità.


LEGAMI CROCIATI

Si instaurano tra la regione N-terminale di una

molecola di tropocollageno e quella C-terminale

di una adiacente.

Le fibrille acquisiscono così stabilità e si

organizzano poi in fibre collagene.


L’enzima implicato nella formazione dei legami crociati

è la lisil ossidasi che contiene Cu2+ e converte alcuni

residui di Lys nell’aldeide allisina (AlLys).

L’enzima ha un ruolo anche nella maturazione

dell’elastina


I principali legami crociati sono:

- base di Schiff tra AlLys e Lys

- aldolico tra due residui di AlLys


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