Le proteine -...
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Le proteine possono contenere oltre agli aa altri
gruppi chimici; esse sono chiamate proteine proteine coniugateconiugate
La parte non aminoacidica è detta gruppo gruppo prosteticoprostetico
Classe Gruppo prostetico Esempio
Lipoproteine Lipidi ββββ1-liproteina
Glicoproteine Carboidrati IgG
Fosfoproteine Gruppi fosforici Caseina del latte
Emoproteine Eme (ferro-porfirina) Emoglobina
Flavoproteine Nucleotidi flavinici Succinato DH
Metalloproteine Ferro
Zinco
Calcio
Ferritina
Alcol DH
Calmodulina
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Tra le proteine coniugate hanno una maggiore Tra le proteine coniugate hanno una maggiore
importanza importanza biomedicabiomedica::
ϖ glicoproteine
ϖ lipoproteine
ϖ emoproteine
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Le Le glicoproteineglicoproteine sono proteine contenenti catene sono proteine contenenti catene
oligosaccaridicheoligosaccaridiche ((glicaniglicani) legate ) legate covalentementecovalentemente alla catena alla catena
polipeptidicapolipeptidica
Funzione Glicoproteina
Molecole strutturaliMolecole strutturali CollagenoCollageno
Agenti lubrificantiAgenti lubrificanti MucineMucine
Molecole di trasportoMolecole di trasporto Transferrina, Transferrina, ceruloplasminaceruloplasmina
Molecole immunitarieMolecole immunitarie Immunoglobuline, antigeni di Immunoglobuline, antigeni di
istocompatibilitistocompatibilitàà
EnzimiEnzimi Vari (per es. fosfatasi Vari (per es. fosfatasi
alcalina) alcalina)
Siti di riconoscimento per Siti di riconoscimento per
ll’’attacco delle celluleattacco delle cellule
Varie proteine implicate nelle Varie proteine implicate nelle
interazioni cellulainterazioni cellula--cellulacellula
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Le funzioni delle catene Le funzioni delle catene oligosaccaridicheoligosaccaridiche sono sono
svariatesvariate::
θ Modulano le proprietà chimico-fisiche (solubilità, viscosità,
carica netta, partecipano ai siti di legame per batteri e virus)
θ Proteggono dalla proteolisi intra o extracellulare
θ Sono implicate in attività biologiche, per esempio della
gonadotropina corionarica umana (hCG)
θ Hanno effetto sull’inserimento nelle membrane, sulla
migrazione e distribuzione intracellulare e sulla secrezione
θ Influenzano lo sviluppo e il differenziamento embrionale
θ Possono modificare i siti delle metastasi selezionati dalle
cellule cancerose
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Le principali lipoproteine del plasma hanno struttura
globulare
(all’interno, segregati
dall’ambiente acquoso)
hanno 2 ruoli:
solubilizzare i lipidi idrofobici
trasportare segnali alle cellule
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Combinazioni diverse di lipidi e proteine generano
particelle con differente densità:
Ogni classe di lipoproteine ha una sua funzione specifica
determinata dal suo sito di sintesi, dalla sua composizione
in lipidi e apolipoproteine.
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Impacchettati dentro le lipoproteine, trigliceridi ed esteri
del colesterolo vengono trasportati ai tessuti:
trigliceridi
tess. adiposo (conservati)
tess. muscolare
(scheletrico e cardiaco)
(ossidati)
esteri del colesterolo a tutte le cellule
-costituente delle membrane
-sintesi acidi biliari
-sintesi ormoni steroidei
dopo idrolisi:
9La struttura molecolare dei chilomicroni
Gli acidi grassi assorbiti dalla mucosa intestinale vengono convertiti
in triacilgliceroli e impacchettati nei chilomicroni
attiva la lipoproteina lipasi nei
capillari del tess. adiposo,
del muscolo scheletrico,
tess. della ghiandola mammaria
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Poiché la utilizzazione di chilomicroni da parte dei vari
tessuti richiede la preliminare idrolisi dei trigliceridi
è la
lipoproteina lipasi
dei vari distretti tissutali che decide il loro destino.
condizioni
ipercaloriche
lipoproteina lipasi
del tess. adiposo
condizioni di
digiuno
lipoproteina lipasi
dei muscoli
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le proteine possono coniugarsi le proteine possono coniugarsi
con legami covalenti ai lipidi (per con legami covalenti ai lipidi (per
esempio nelleesempio nelle proteine proteine
intrisecheintriseche),), di membrana, oppure di membrana, oppure
formano deiformano dei complessi complessi
lipoproteicilipoproteici,, in cui le proteine e i in cui le proteine e i
lipidi sono legati in modo lipidi sono legati in modo
instabili.instabili.
questo secondo tipo di
lipoproteine possono avere
dimensioni e composizione
variabili, si trovano nel plasma
dove mediano il trasporto di lipidi
non idrosolubili
LIPOPROTEINELIPOPROTEINE
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I lipidi sono trasportati nel I lipidi sono trasportati nel plasma come plasma come lipoproteinelipoproteine
Ciò Ciò èè possibile grazie allpossibile grazie all’’aggregazione di lipidi con proteine aggregazione di lipidi con proteine idrofilicheidrofiliche
((apolipoproteineapolipoproteine o o apoproteineapoproteine))
nelle nelle lipoproteinelipoproteine sono presenti sono presenti
4 principali classi di lipidi4 principali classi di lipidi: :
�������� TriacilgliceroliTriacilgliceroli
�������� FosfolipidiFosfolipidi
�������� ColesteroloColesterolo
�������� Esteri del Esteri del colosterolocolosterolo
I complessi I complessi lipoproteicilipoproteici sono classificati in sono classificati in
5 gruppi:5 gruppi:
•• chilomicronichilomicroni
•• VLDL (VLDL (veryvery low density low density lipoproteinlipoprotein))
•• IDL (intermediate density IDL (intermediate density lipoproteinlipoprotein))
•• LDL (low density LDL (low density lipoproteinlipoprotein))
•• HDL (high density HDL (high density lipoproteinlipoprotein))
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1)1) Chilomicroni,Chilomicroni, derivanti dallderivanti dall’’assorbimento intestinale dei assorbimento intestinale dei
triacilglicerolitriacilgliceroli
2)2) Lipoproteine a bassissima densitLipoproteine a bassissima densitàà (VLDL),(VLDL), prodotte dal fegato prodotte dal fegato
con funzioni di trasportatori dei con funzioni di trasportatori dei triacilglicerolitriacilgliceroli..
3)3) IDL,IDL, che derivano dalle VLDLche derivano dalle VLDL
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4)4) Lipoproteine bassa densitLipoproteine bassa densitàà (LDL) (LDL) che rappresentano la tappa che rappresentano la tappa
finale nel catabolismo delle VLDL.finale nel catabolismo delle VLDL.
5) Lipoproteine ad alta densit5) Lipoproteine ad alta densitàà (HDL(HDL o o αααααααα--lipoproteine), coinvolte lipoproteine), coinvolte
nel metabolismo del VLDL e dei chilomicroni e nel trasporto del nel metabolismo del VLDL e dei chilomicroni e nel trasporto del
colesterolo.colesterolo.
I I triacilglicerolitriacilgliceroli rappresentano i lipidi predominanti nei rappresentano i lipidi predominanti nei
chilomicroni e nelle chilomicroni e nelle VLDLVLDL, mentre il , mentre il colesterolo e i fosfolipidicolesterolo e i fosfolipidi
rispettivamente nelle rispettivamente nelle LDL ed HDLLDL ed HDL
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Oltre allOltre all’’uso di tecniche basate sulla loro densituso di tecniche basate sulla loro densitàà le le lipoproteine possono essere classificate in base alle lipoproteine possono essere classificate in base alle proprietproprietàà elettroforetiche specifiche in elettroforetiche specifiche in αα ββ, e , e prepre--ββlipoproteine, e possono essere pilipoproteine, e possono essere piùù accuratamente accuratamente identificate per mezzo dellidentificate per mezzo dell’’immunoelettroforesi.immunoelettroforesi.
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I lipidi I lipidi anfipaticianfipatici sono componenti sono componenti essenziali delle lipoproteineessenziali delle lipoproteine
Una lipoproteina tipica come unUna lipoproteina tipica come un chilomicrone chilomicrone o una VLDL,o una VLDL, èè costituita da :costituita da :
1.1. un nucleo di lipidi, soprattutto un nucleo di lipidi, soprattutto triacilglicerolitriacilgliceroli non polarinon polari ed ed esteri del esteri del colesterolocolesterolo
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2.2. Il nucleoIl nucleo èè circondato da un singolo circondato da un singolo strato di strato di fosfolipidi fosfolipidi anfipaticianfipatici e e molecole molecole di colesterolodi colesterolo, orientati in modo che i loro , orientati in modo che i loro gruppi polari siano rivolti verso il mezzo gruppi polari siano rivolti verso il mezzo acquoso come nella membrana cellulare.acquoso come nella membrana cellulare.
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La porzione proteica di una lipoproteina La porzione proteica di una lipoproteina èè nota nota come come apolipoproteinaapolipoproteina o o apoproteinaapoproteina e e costituisce: costituisce:
1.1. circa il 70% di alcune HDL circa il 70% di alcune HDL
2.2. meno dellmeno dell’’1% di chilomicroni 1% di chilomicroni
Alcune Alcune apolipoproteineapolipoproteine sono integralisono integrali e non e non possono essere rimosse mentre altre sono possono essere rimosse mentre altre sono libere di passare ad altre lipoproteinelibere di passare ad altre lipoproteine
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Sezione parziale di una lipoproteina plasmatica, nella quale un singolo strato di componenti portanti gruppi idrofilici(proteine, fosfolipidi, colesterolo libero, racchiude una massa di lipidi completamente idrofobici (trigliceridi, colesterolo esterificato)
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clatrina
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La distribuzione delle apolipoproteinecaratterizza ciascuna lipoproteina
Le apolipoproteine hanno diverse funzioni:
Possono formare parte della struttura delle lipoproteine come l’apo B
Possono essere cofattori enzimatici come la C-II per la lipoproteina lipasi, l’A-I per la lecitina: colesterolo aciltrasferasi e
Possono agire da ligandi nell’interazione con i recettori delle lipoproteine nei tessuti, come apoB-100 per il recettore delle LDL, apoE per il recettore dei residui di chilomitroni e apo A-I per il recettore delle HDL.
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EmoproteineEmoproteine
Sono proteine molto importanti, coniugate con una o Sono proteine molto importanti, coniugate con una o
pipiùù unitunitàà di eme (ferrodi eme (ferro--porfirina); questo gruppo porfirina); questo gruppo
prostetico contiene un nucleo centrale metallico (ione prostetico contiene un nucleo centrale metallico (ione
ferroso, Feferroso, Fe2+2+) chelato da un ) chelato da un tetrapirrolotetrapirrolo ciclico ciclico
(porfirina).(porfirina).
emeeme citocromocitocromo--cc
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Le funzioni dellLe funzioni dell’’emoemo--proteine possono essere proteine possono essere
diverse a seconda del tipo:diverse a seconda del tipo:
θθ trasporto di Otrasporto di O22
θθ riserva di Oriserva di O22
θθ trasporto elettronico tramite reazioni trasporto elettronico tramite reazioni redoxredox
θθ degradazione di radicali liberi e degradazione di radicali liberi e xenobioticixenobiotici
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fra i numerosi esempi di emofra i numerosi esempi di emo--proteine umane e proteine umane e
animali ricordiamo:animali ricordiamo:
Proteina Funzione
Emoglobina Trasporto dell’ossigeno nel
sangue
Mioglobina Riserva di ossigeno nel
muscolo
Citocromo C Coinvolto nella catena di
trasporto degli elettroni
Citocromo P450 Idrossilazione Xenobiotici
Catalasi Degradazione dell’acqua
ossigenata
Triptofano pirrolasi Ossidazione del triptofano
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ϖϖ nei citocromi invece il nucleo centrale dellnei citocromi invece il nucleo centrale dell’’eme può eme può
alternativamente ossidarsi (ione ferrico, Fealternativamente ossidarsi (ione ferrico, Fe3+3+) e ridursi ) e ridursi
(ione ferroso, Fe(ione ferroso, Fe2+2+) permettendo il trasporto di elettroni ) permettendo il trasporto di elettroni
da una molecola allda una molecola all’’altraaltra
ϖϖ nellnell’’emoglobina e nella mioglobina il nucleo emoglobina e nella mioglobina il nucleo
metallico dellmetallico dell’’eme eme èè sempre uno ione ferroso, sempre uno ione ferroso,
ll’’ossidazione di questo compromette la funzione delle 2 ossidazione di questo compromette la funzione delle 2
emoemo--proteineproteine
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Struttura di alcune emoStruttura di alcune emo--proteine di interesse proteine di interesse
biomedico:biomedico:
questa molecola questa molecola èè presente nel presente nel
tessuto muscolare striato svolge tessuto muscolare striato svolge
una funzione importante: una funzione importante:
immagazzina limmagazzina l’’ossigeno che, in ossigeno che, in
condizioni di scarsa condizioni di scarsa
ossigenazione (per es. durante ossigenazione (per es. durante
lo sforzo fisico), lo sforzo fisico), èè rilasciato per rilasciato per
essere utilizzato dai mitocondri essere utilizzato dai mitocondri
per la sintesi dellper la sintesi dell’’ATP ATP
Mioglobina: Mioglobina: piccola molecola compatta costituita da una piccola molecola compatta costituita da una
singola catena singola catena polipeptidicapolipeptidica (17 (17 KDaKDa), di forma ), di forma
approssimativamenteapprossimativamente sfericasferica
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La mioglobina funziona come carrier di ossigeno tra il
sangue extracellulare e il mitocondrio
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L’atomo di ferro 2+ al centro del gruppo eme è
coordinato a 4 atomi di azoto delle porfirine e ad
un quinto atomo di azoto della catena laterale
della istidina prossimale. Il sesto legame di
coordinazione serve per legare l’ossigeno.
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le mioglobine dei mammiferi costituiscono un esempio di
proteine con identità di struttura altamente “conservata”
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Il nucleo di ferro dell’eme è chelato da 2 residui istidinici,
His93 e His64; la posizione dell’His93 nella mioglobina è sempre
conservata. L’atomo di ferro è posizionato fuori dal piano
dell’anello tetrapirrolico della porfirina. Durante il legame
con l’ossigeno, il ferro si inserisce all’interno del piano della
porfirina. Questo determina un effetto di trazione sulla
istidina prossimale (a cui il ferro è legato) e dei residui ad
esso legati determinando una modificazione strutturale delle
proteine.
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θ ll’’istidina distale protegge il complesso emeistidina distale protegge il complesso eme--ferroferro2+2+
dalldall’’ossidazione emeossidazione eme--ferroferro3+3+, incapace di legare l, incapace di legare l’’ossigenoossigeno
θθ ll’’istidina distale inoltre protegge contro il istidina distale inoltre protegge contro il bindingbinding con il con il
monossido di carbonio, riducendone lmonossido di carbonio, riducendone l’’affinitaffinitàà di legame di di legame di
circa mille voltecirca mille volte
Legame dellLegame dell’’ossigeno sulla mioglobinaossigeno sulla mioglobina
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Emoglobina:Emoglobina: le emoglobine sono proteine le emoglobine sono proteine tetramerichetetrameriche
composte da coppie di polipeptidi diversi composte da coppie di polipeptidi diversi (α,(α, ββ, , γγ, , δδ, s); le forme , s); le forme
tetramerichetetrameriche umane piumane piùù comuni sono le seguenti:comuni sono le seguenti:
•• HbAHbA emoglobina normale dellemoglobina normale dell’’adulto adulto
((αα22ββ22))
•• HbFHbF emoglobina fetale (emoglobina fetale (αα2 2 γγ22))
•• HbSHbS emoglobina delle cellule emoglobina delle cellule
falciformi (falciformi (αα22ss22))
•• HbAHbA22 emoglobina minore dellemoglobina minore dell’’adulto adulto
((αα22δδ22))
la molecola dellla molecola dell’’emoglobina riesce a emoglobina riesce a
legare 4 molecole di ossigeno grazie legare 4 molecole di ossigeno grazie
alla presenza di 4 gruppi eme, uno per alla presenza di 4 gruppi eme, uno per
ogni ogni subunitsubunitàà
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Il feto ha emoglobine diverse. Poco dopo il concepimento sintetizza
catene zeta, simili alla catena a
le catene ε simili alle catene β.
Nel corso della vita fetale, la catena zeta è sostituita dalla catena α
e la ε dalla catena γ che poi a sua volta è sostituita dalla β.
L’emoglobina più importante durante gli ultimi 2/3 di vita fetale, l’emoglobina F,
ha la composizioni in subunità a2γ2.
Le catene a e zeta sono formate da 141 aminoacidi, le catene β γ e δcontengono 146 residui.
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tetramero costituito da 2 coppie di monomeri uguali
a 2 a 2; così αααα1 e αααα2 presentano strutture primaria,
secondaria e terziaria identiche
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Le associazioni tra le varie subunità dell’emoglobina
sono governate da interazioni non covalenti; le
subunità sono legate mediante legami ad H, le
interazioni αβαβαβαβ sono relativamente forti, quelle αααααααα e
ββββββββ sono più deboli
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NellNell’’interazione interazione αβαβαβαβαβαβαβαβ intervengono il residuointervengono il residuo
AsnAsn102102 della catena della catena ββββββββ e e il residuo Aspil residuo Asp9494 del del
polipeptide polipeptide αααααααα
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Durante il legame dellDurante il legame dell’’emoglobina con lemoglobina con l’’ossigeno si ha ossigeno si ha
una riduzione della lunghezza nel legame ad idrogeno una riduzione della lunghezza nel legame ad idrogeno
fra le fra le subunitsubunitàà αααααααα e e ββββββββ, , determinando cosdeterminando cosìì 2 2
conformazioni possibili, conformazioni possibili, la forma R (la forma R (relaxedrelaxed, rilassata), rilassata)
o o ossiHbossiHb e la e la forma T (forma T (tensetense, tesa), tesa) o o deossiHbdeossiHb
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Le interazioni tra le singole subunità possono essere
perturbate dal legame del tetramero con l’ossigeno,
causando una modificazione conformazionale
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Proteine del tessuto connettivo
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Molte cellule dei mammiferi si trovano nei Molte cellule dei mammiferi si trovano nei tessuti, dove sono circondate da una complessa tessuti, dove sono circondate da una complessa matrice extracellulare, spesso indicata come matrice extracellulare, spesso indicata come tessuto connettivotessuto connettivo; la matrice svolge la ; la matrice svolge la funzione di impalcatura di supporto per le funzione di impalcatura di supporto per le cellule che circondacellule che circonda
La matrice extracellulare contiene tre classi principali di La matrice extracellulare contiene tre classi principali di
biomolecole:biomolecole:
•• proteine strutturali (proteine strutturali (collagenocollageno, elastina), elastina)
•• proteine specializzate (proteine specializzate (fibrillinafibrillina, , fibronectinafibronectina e e
lamininalaminina))
•• proteoglicaniproteoglicani ((glicosamminoglicaniglicosamminoglicani))
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Tra le proteine di maggiore interesse biomedico del tessuto Tra le proteine di maggiore interesse biomedico del tessuto
connettivo abbiamo il connettivo abbiamo il collagenocollageno..
** principale costituente della maggior parte dei tessuti connettivprincipale costituente della maggior parte dei tessuti connettivii
** 25 % di tutte le proteine dei mammiferi25 % di tutte le proteine dei mammiferi
** nellnell’’uomo sono stati identificati 19 tipi di collageno costituiti da uomo sono stati identificati 19 tipi di collageno costituiti da
30 tipi diversi di catene 30 tipi diversi di catene polipeptidichepolipeptidiche
** tutti i tipi di collageno possiedono una struttura a tripla elictutti i tipi di collageno possiedono una struttura a tripla elica; a;
nella maggior parte dei collageni la struttura a tripla elica sinella maggior parte dei collageni la struttura a tripla elica si
estende su tutta lestende su tutta l’’intera molecola, in alcuni tipi può comprendere intera molecola, in alcuni tipi può comprendere
solo alcune regionisolo alcune regioni
** la tripla elica la tripla elica èè costituita da 3 catene costituita da 3 catene aa sinistrorse (contenenti 3 sinistrorse (contenenti 3
aminoacidi per giro) avvolte a formare una superelica destrorsa,aminoacidi per giro) avvolte a formare una superelica destrorsa,
che costituisce una molecola a forma di bastoncelloche costituisce una molecola a forma di bastoncello
** ogni giro dogni giro d’’elica contiene un residuo di elica contiene un residuo di glicinaglicina ogni tre residui ogni tre residui
aminoacidiciaminoacidici
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Tipo Geni Tessuto
I COL1A1, COL1A2 La maggior parte dei tessuti, compreso quello osseo
II COL2A1 Cartilagine, umor vitreo
III COL3A1 Pelle, polmoni e sistema vascolare
IV COL4A1-COL4A6 Membrane basali
V COL5A1-COL5A3 Diversi tessuti connettivi
VI COL6A1-COL6A3 Molti tessuti
VII COL7A1 Fibrille di ancoraggio
VIII COL8A1-COL8A2 Endotelio
IX COL9A1-COL9A3 Tessuti vari
X COL10A1 Cartilagine ipertrofica
XI COL11A1-COL11A2-COL2A1 Tessuti contenenti collagenoI
XII COL12A1 Tessuti contenenti collagenoI
XIII COL13A1 Molti tessuti
XIV COL14A1 Tessuti contenenti collagenoI
XV COL15A1 Molti tessuti
XVI COL16A1 Molti tessuti
XVII COL17A1 Emidesmosoni della cute
XVIII COL18A1 Molti tessuti
XIX COL19A1 Rabdomiosarcoma
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Classe Tipo
Formazione di fibrille I, II, III, V e XI
A rete IV, VIII, X
Collageni associati a
fibrille con triple
eliche interrotte
IX, XII, XIV, XVI,
XIX
Filamenti a perline VI
Fibrille di ancoraggio VII
Dominio di
transmembrana
XIII, XVII
Altri XV,XVIII
vari tipi di strutture formate dalle diverse classi di vari tipi di strutture formate dalle diverse classi di
collagenocollageno
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ϖϖ la tripla elica è costituita da 3 catene a sinistrorse
(contenenti 3 aminoacidi per giro) avvolte a formare
una superelica destrorsa, che costituisce una molecola
a forma di bastoncello
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ϖϖ ogni giro dogni giro d’’elica contiene un residuo di elica contiene un residuo di
glicinaglicina ogni tre residui ogni tre residui aminoacidiciaminoacidici
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Collageno Elastina
1. Numerosi tipi
geneticamente differenti
Un solo tipo genetico
2. Tripla elica Assenza di tripla elica;
conformazioni random-coil
che permettono lo stiramento
3. Struttura formata dalla
ripetizione di (Gly-X-Y)n
Assenza di untità ripetitive
(Gly-X-Y)n
4. Presenza di idrossilisina Assenza di idrossilisina
5. Legami crociati
intramolecolari aldolici
Assenza di carboidrati
6. Contiene carboidrati Legami crociati
intramolecolari mediante
desmosina
7. Presenza di peptidi di
estensione durante la
biosintsesi
Assenza di peptidi di
estensione durante la
biosintesi
Principali differenze tra collageno ed elastinaPrincipali differenze tra collageno ed elastina
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BiosintesiBiosintesi
Si ha un’estesa modificazione post-
traduzionale nel Reticolo
endoplaspatico e nell’apparato del
Golgi
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Malattie del collagene
Da notare che i residui di Pro sono convertiti in Hyp in una reazione
catalizzata dalla prolil idrossilasi. Questo enzima richiede acido
ascorbico (vitamina C) per l’espressione della sua attività
catalitica.Lo scorbuto è una malattia determinata da carenza di
vitamina C nella dieta.
