Schemi Biochimica II parte I

Il collagene: la molecola più rappresentata nella matrice extracellulare

Il collagene è la componente più importante del tessuto connettivo e si trova ovunque, costituendo la trama connettivale degli organi, dei tendini, dei legamenti, delle cartilagini, delle ossa e del connettivo lasso. Svolge una funzione strutturale, conferendo resistenza alla trazione meccanica e fornendo protezione e supporto agli organi.

La molecola di base del collagene è il tropocollagene, una proteina prodotta dai fibroblasti, che sono le cellule più importanti dei tessuti connettivi. Tuttavia, il collagene può essere prodotto anche dalle cellule muscolari, epiteliali o endoteliali (le cellule che formano la porzione più interna dei vasi sanguigni). La struttura del collagene è a tripla elica.

Il collagene è la proteina più abbondante nel corpo umano, seconda solo all'emoglobina. Costituisce circa il 6% del peso corporeo e rappresenta il 25% della massa proteica dell'organismo. Tuttavia, il fegato ha una bassa quantità di collagene, poiché il tessuto connettivo è poco rappresentato. Il collagene forma solo la capsula che avvolge il fegato.

sottili pareti che suddividono i lobuli epatici. cute ne è particolarmente ricca (nel derma, a livello connettivale), al 74% del peso della cute, anche la cornea al 64%, cartilagine, osso, a livello di una grande arteria come l'aorta, in generale in tutti i vasi, meno presente negli organi pieni (fegato) = parenchimatosi, costituiti quasi esclusivamente da cellule funzionali (epiteliali).

punto di vista biochimico → caratteristiche comuni a tutte le tipologie di collageno che possiamo incontrare, composizione amminoacidica (comune ai vari tipi di collageno): caratterizzata da 1/3 glicina, prolina ed un suo derivato per modificazione post-traduzionale (forma idrossilata) = idrossiprolina (spesso la 4-idrossiprolina, meno la 3-idrossiprolina).

molecole costitutive del tropocollageno = triplette amminoacidiche che si ripetono in maniera sistematica, glicoproteina ma con grado di glicosilazione variabile, a seconda del collageno.

Fra le fibre del collageno ci possono reticolazioni,

legami crociati (legami covalenti che legano insieme catene distinte) → rendono struttura più robusta, ma grado di reticolazione varia a seconda del collageno considerato.

almeno 25 tipi diversi di collageno → maggior parte definiti collageno fibrillare (forma ↳ fibrille), collageno di tipo I = più diffuso (90%), poi II, III, V, XI, XXIV e XXVII.

collageni non fibrillari, meno rappresentati, si organizzano in modo molto diverso, alcuni formano delle reti (collageno IV, VIII e X), altri si associano alla superficie delle fibrille, alcune forme costituiscono proteine di membrana, ci sono fibre prodotte dalle cellule endoteliali dalle quali per processo proteolitico (frammentazione della catena) si ottiene endostatina (piccolo peptide con la funzione di ostacolare l'angiogenesi), ci sono filamenti con l'aspetto "a collana di perle".

Elementi in comune a tutte le tipologie → presentano sempre tre catene che in almeno in un piccolo tratto

formano una tripla elica (in quelli fibrillari è quasi la totalità della molecola, in quelli non fibrillari caratterizza brevi tratti) → elica può avere estensione variabile a seconda del tipo di collageno. Alcuni hanno regioni C- e N-terminali globulari → molta eterogeneità. 273 catene che formano l'organizzazione elicoidale sono α-catene o catene α, ma NON α-eliche; diverse a seconda del gene che le codifica. Tipologie di collageno: tipi fibrillari I, II e III = formano fibre insolubili molto estese e robuste, robustezza influenzata dalle reticolazioni (legami crociati). Nei vari tessuti si organizzano in modo diverso, nei tendini (devono essere robusti) disposte parallelamente l'una all'altra per fornire alla struttura la massima resistenza alla trazione meccanica (collageno inestensibile, non elastico). Nella cute sono organizzate a formare dei fogli di fibre, hanno orientamento vario che conferisce un certo grado di.libertà. Nella cartilagine, l'arrangiamento delle fibre è non preciso e disordinato. Nella cornea, che deve essere trasparente, le fibre sono disposte a formare dei fogli disposti a croce in modo da minimizzare lo scattering (diffusione della luce). La luce deve attraversare la cornea e arrivare ad impattare sulla retina, parte funzionale e nervosa dell'occhio, dove ci sono i fotorecettori, cellule deputate alla generazione dello stimolo nervoso che poi verrà trasmesso al cervello per ricostruire l'immagine. La struttura del collageno fibrillare può essere osservata tramite microscopio elettronico. Si possono notare delle bandeggiature regolari con striature trasversali periodiche distanziate di 64 nm. Queste striature riflettono la disposizione del tropocollageno nella fibrilla e poi nella fibra. Le varie teste si possono sovrapporre generando la bandeggiatura. Le varie molecole sono collegate tra loro dalle articolazioni e legami crociati (in giallo). Le teste sfalsate generano le striature periodiche che.

Osserviamo. Organizzazione di una fibra di collageno può avere una lunghezza di 10 micron, formata dall'associazione di più fibrille (1 micron), costituite dall'associazione di tropocollageno (300 nm), costituito da tropocollageno (1 nm).

Collageno IV: forma le lamine basali (struttura non fibrillare), importante perché le singole molecole formano dei dimeri, poi forma strutture più complesse, che interagiscono con altre proteine, per formare delle reti che stanno alla base degli epiteli.

Collageno XVIII: forma l'endostatina; prodotto da cellule endoteliali (rivestono internamente i vasi sanguigni), collageno non fibrillare, sono sempre presenti questi tre segmenti ma tripla elica disorganizzata, in alcuni punti si interrompe → molecole subiscono un attacco da parte di enzimi proteolitici (proteasi che idrolizzano i legami peptidici della catena e liberano diendostatina, proteina che inibisce l'angiogenesi, generazione di nuovi.

vasi). Inibizione dell'angiogenesi perché viene bloccata la migrazione delle cellule endoteliali; il vaso non si può estendere perché le cellule dell'endotelio che migrano. 28endostatina → utilizzo nella terapia tumorale: tumori stimolano l'angiogenesi per crescere (hanno bisogno di energia, ossigeno e nutrienti). Biochimica del collageno. Tropocollageno = molecola costituita da 3 catene α, ognuna costituita da 1000 AA, con peso molecolare complessivo che si avvicina a 300 kDa, lunghezza di 300 nm e diametro di 1,4 nm (si estende in una direzione dello spazio). Ogni catena è avvolta a formare un'elica sinistrorsa (non ha niente a che fare con l'α-elica), presa da sola non è stabile perché non sono presenti all'interno di una singola catena i legami a H tra i gruppi NH e i gruppi CO che invece sono presenti e stabilizzano l'alfa elica → piani peptidici non sono disposti in modo quasi

parallelo rispetto all'asse con orientamento favorevole, piani orientati in modo diverso e l'elica è più distesa.→ stabilità raggiunta nel momento in cui tre di queste eliche si sovravvolgono in maniera destrorsa tra loro → tripla elica destrorsa doppio avvolgimento in due direzioni diverse (sinistrorsa e destrorsa) rende stabile la struttura. Nella sequenza, 1 AA su 3 è glicina (circa 33%), la cui catena laterale è H e ha una libertà conformazionale unica (non ha ingombro sterico rilevante), prolina presente in grande quantità, ma anche la 4- o 3- idrossiprolina, intorno al 30%; può essere presente in forma modificata la lisina, come lisina o come 5- idrossilisina (gruppo OH, legato al C5, ricordando che il C1 è il carbossile, il C2 è il Cα).

composizione amminoacidica:

Struttura primaria

➢ presenza di triplette ripetute Gly-X-Y, X è spesso Prolina (Pro) e Y è spesso

Idrossiprolina (Hyp) o Idrossilisina (Hyl), queste ultime due non le ritroviamo mai in posizione X → amminoacidi che nascono da modificazioni post-traduzionali, prima di poter essere modificati vengono riconosciuti da enzimi, che lavorano solo se la Prolina o la Lisina sono adiacenti N-terminalmente alla Glicina.

Struttura secondaria.

➢ rappresentata da un'elica sinistrorsa (α-catena) → parametri completamente diversi da quelli dell'α-elica, ci sono: 3 amminoacidi per giro (nell' α-elica sono 3,6), un passo di 9 Å per giro (nell' α-elica è 5,4 Å), non ci sono legami a idrogeno intracatena.

→ struttura dell'α-catena del collageno molto più distesa e meno avvolta, non ci sono legami a idrogeno intracatena perché i piani peptidici nell'elica sinistrorsa sono perpendicolari all'asse dell'elica; invece, i gruppi CO e NH puntano verso gruppi analoghi delle catene adiacenti.

→ si formano legami a idrogeno intercatena (fra tre α-catene) che stabilizzano latripla elica destrorsa.

Struttura terziaria e quaternaria.➢rappresentate da tre α-catene che si superavvolgono, formando una superelica destrorsa↳(tropocollageno). Per motivi di ingombro sterico, nella tripla elica deve esserci un residuo di29Glicina ogni 3 amminoacidi → quando le 3 α-catene si superavvolgono inmodo destrorso, pongono all'interfaccia tra loro (uno di fronte all'altro), leporzioni in cui c'è il minor ingombro sterico, quelle contenenti Glicina → perquesto così concentrato nel collageno.

si formano dei legami a idrogeno intercatena, tra i gruppi CO e NH delle tre↳catene, oltre a questi anche residui di Idrossiprolina, importante per lastabilizzazione della tripla elica del tropocollagene e i nuovi OHcontribuiscono formando altri legami a idrogeno.

Modificazioni post-traduzionaliprolina e la lisina vengono idrossilate, nel RER.

In alcuni casi co-traduzionalmente, ma comunque prima che le tre catene si avvolgano → prolil-idrossilasi (enzima contenente ferro) necessita di vitamina C come cofattore, ecco perché carenza di acido ascorbico porta allo scorbuto = senza si forma un collageno difettoso, perde la sua resistenza. idrossilisina → importante per la glicosilazione (attacco di residui zuccherini) e attiva la formazione di reticolazioni (legami crociati); catalizzato da lisil-idrossilasi (enzima contiene ferro non eme e ha bisogno di vitamina C). funzione dell'idrossiprolina: stabilizzare tripla elica con formazione di legami a H intercatena. tripla elica stabilizzata da tre fattori: ↳ 1. Stretta associazione della parte interiore per la presenza di residui di glicina all'interfaccia; 2. Formazione di legami a H tra NH e CO dello scheletro covalente; 3. Formazione di legami a H che coinvolgono le idrossiproline.