Unità strutturale del collagene. Struttura della fibrilla di collagene (frammento)

Collagene- proteina fibrillare che costituisce la base del tessuto connettivo del corpo (tendini, ossa, derma, ecc.) e ne garantisce resistenza ed elasticità. È il componente principale del tessuto connettivo e la proteina più abbondante nei mammiferi, costituendo il 35% delle proteine ​​corporee e il 70% delle proteine ​​della pelle nel corpo umano. Ecco perché l’aspetto della nostra pelle dipende così tanto dalla quantità di collagene nel corpo. L'esistenza di varietà di tessuto connettivo fibroso: sciolto e denso (formato e non formato) è in gran parte spiegata dalla presenza di tutti i tipi di combinazioni di diversi tipi di collagene, le cui molecole sono codificate da quasi 20 geni.

Funzioni svolte dalla “proteina della giovinezza”

Grazie alle spirali di collagene, i tessuti del corpo umano sono in ordine. Sono resistenti e non facili da allungare. Inoltre, questa proteina ha una serie di funzioni, senza le quali è difficile immaginare l'attività vitale del derma:

- Protettivo. Protegge il derma dai danni meccanici.
- Rigenerante. Ripristina la struttura all'interno delle cellule.
- Supporto. Incolla insieme le strutture delle forme degli organi.Plastica. Rende la pelle compatta ed elastica.
- Antitumorale. Previene lo sviluppo di varie neoplasie.
- Rinnovare. Attiva i processi di rinnovamento cellulare.

Sintesi del collagene
La sintesi del collagene è un complesso processo enzimatico a più fasi a cui deve essere fornita una quantità sufficiente di vitamine e minerali. La sintesi avviene nel fibroblasto e in una serie di stadi esterni al fibroblasto. Un punto importante nella sintesi è la reazione di idrossilazione, che apre la strada ad ulteriori modifiche necessarie per la maturazione del collagene. Enzimi specifici catalizzano (accelerano) le reazioni di idrossilazione. Pertanto, la formazione di 4-idrossiprolina è catalizzata dalla prolina idrossilasi, il cui centro attivo contiene ferro. L'enzima è attivo quando il ferro è nella sua forma bivalente, fornita dall'acido ascorbico (vitamina C). Una carenza di acido ascorbico interrompe il processo di idrossilazione, che influenza ulteriori fasi della sintesi del collagene: glicosilazione, scissione dei peptidi N e C-terminali, ecc. Di conseguenza, viene sintetizzato il collagene anormale, che è più sciolto. Questi cambiamenti sono alla base dello sviluppo dello scorbuto. Il collagene e l'elastina formano una sorta di "base" della pelle, che previene il rilassamento cutaneo e ne garantisce l'elasticità e la compattezza. L'elastina come proteina smette di produrre enzimi umani all'età di 14 anni e il collagene a 21-25 anni, dopodiché la pelle non viene ripristinata e la pelle invecchia.

Il collagene è solitamente diviso in 4 gruppi in base alla sua struttura. .
1. Collagene fibrillare
I collageni fibrillari comprendono i collageni di tipo I, II, III, V e XI. I più comuni sono il collagene I (il componente principale della pelle, dei legamenti, dei tendini, delle ossa, nonché della sclera e della cornea dell'occhio) e il collagene II, che costituisce la struttura della matrice del tessuto cartilagineo.
Nel tessuto, il collagene è presente sotto forma di microfibrille con un diametro di 3-5 nm, costituite da 5 macromolecole di tropocollagene, disposte parallelamente con uno spostamento relativo l'una rispetto all'altra di circa 1/2 della lunghezza della molecola.
2. Collagene reticolare
I collageni reticolari includono il collagene di tipo IV, che forma la rete di supporto delle membrane basali. Quattro molecole lunghe e flessibili di collagene IV sono collegate in modo antiparallelo, formando una struttura a rete.
3. Collagene filamentoso
Le molecole di collagene di tipo VI sono raggruppate in tetrameri strettamente adiacenti tra loro. Si ritiene che tali strutture, presenti in molti tessuti, rivestano grandi fibrille di collagene di tipo I.
4. Collageni associati alle fibrille

I collageni di tipo IX, XII, XIV non formano strutture proprie, ma decorano la superficie dei collageni fibrillari, garantendo l'interazione del collagene con altri componenti della matrice. Tali collageni sono costituiti da diversi domini elicoidali separati da domini globulari.
Non tutti i tipi di collagene rientrano nella classificazione di cui sopra, ad esempio il collagene microfibrillare VII. Per molti dei tipi di collagene non esaminati è nota solo la sequenza del DNA mentre la struttura è sconosciuta.
Più del 90% di tutto il collagene negli organismi superiori è collagene di tipo I, II, III e IV.

Distribuzione dello spessore delle fibre di collagene nei tessuti
La distribuzione dello spessore della fibra di collagene è uno dei fattori più importanti che determinano le proprietà meccaniche dei tessuti.
Pertanto, la resistenza alla deformazione plastica in flessione e torsione è direttamente correlata alla proporzione di fibrille, cioè. fibre di piccolo diametro, che si spiega con la significativa interazione delle fibrille con altri componenti della matrice. Allo stesso tempo, le fibrille di grande diametro sono in grado di sopportare carichi di trazione elevati, associati ad un aumento del numero di legami incrociati intermolecolari. Le fibrille, i cui assi si trovano nella direzione del carico applicato, forniscono allungamento e resistenza alla trazione del tessuto. Di conseguenza, l'orientamento delle fibrille l'una rispetto all'altra differisce nei diversi tessuti. Ad esempio, nei legamenti, le fibrille si trovano lungo l'asse longitudinale; nella pelle e nella cornea, si osservano strati di collagene con lo stesso orientamento delle fibrille all'interno dello strato.
Per la formazione di fibre di collagene sufficientemente resistenti è necessaria la presenza di un sistema di legami incrociati intra e intermolecolari. Solo dopo il completamento della formazione di questi legami covalenti si ottiene la stabilizzazione delle strutture del collagene.
La formazione dei legami incrociati avviene in due modi: enzimatico e non enzimatico (glicazione).

1. Meccanismo enzimatico
In questa via, nella prima fase, in presenza di un enzima contenente rame, i residui terminali degli aminoacidi lisina e idrossilisina vengono ossidati in un gruppo aldeidico (alisile). Questi gruppi entrano quindi in reazioni di condensazione con il gruppo amminico non modificato della lisina o dell'idrossilisina, determinando la formazione di legami incrociati bifunzionali riducibili immaturi (cioè contenenti doppi legami) presenti nel tessuto connettivo di animali giovani. La struttura chimica dettagliata e le ulteriori modifiche di questi legami incrociati sono determinate dal tipo di tessuto. Nella pelle si formano così legami incrociati maturi e irreparabili. Dopo la formazione di legami incrociati maturi, il collagene diventa insolubile in acqua e acidi.

2. Glicazione non enzimatica
Il tasso di rimodellamento della fibra di collagene nel corpo è molto basso. Si stima che l’emivita del collagene sia superiore a 100 anni e la glicazione svolge un ruolo chiave nella patogenesi e nell’invecchiamento. Attualmente manca una descrizione completa di tutte le reazioni chimiche che portano ai prodotti finali della glicazione avanzata (AGE).
Vorrei sottolineare che in caso di esposizione ai raggi UV, che avviano la formazione di radicali liberi dell'ossigeno, la concentrazione di AGE aumenta. L'accumulo di AGE compromette significativamente le proprietà del tessuto connettivo.

Nei tessuti contenenti collagene, con l'età ciò si manifesta con una diminuzione del contenuto di acqua, un aumento della rigidità e perdita di elasticità e un aumento della fragilità. La tendenza alla perdita di acqua nella pelle durante l'invecchiamento può anche aumentare a causa della distruzione dei proteoglicani, i cui componenti polisaccaridi hanno eccezionali proprietà di assorbimento dell'acqua. Il risultato di tutti questi cambiamenti fisici e chimici è una disfunzione del tessuto connettivo. Ad esempio, con un aumento della glicemia, sintomo caratteristico del diabete, si osserva una progressione accelerata della glicazione con tutte le conseguenze che ne conseguono.

La perdita delle “proteine ​​della giovinezza” è influenzata non solo dall’età, ma anche da fattori quali:

• espressioni facciali troppo attive;
• cattive abitudini (fumo, alcol);
• disturbi neuropsicologici (depressione, stress);
• dieta squilibrata;
• esposizione prolungata della pelle alla luce solare diretta;
• stato negativo dell'ambiente;

Questi motivi non solo rallentano la produzione del collagene naturale, ma non influiscono in modo ottimale sulla sua qualità.

Tipi e fonti di collagene
I cosmetici contenenti "proteine ​​della giovinezza" aiutano a prevenire l'invecchiamento della pelle. Nei cosmetici vengono utilizzati tre tipi di collagene: animale, marino e vegetale.
Collagene animale- il tipo di collagene più economico, motivo per cui è il più comune. È utilizzato nei cosmetici economici (meno spesso in quelli più costosi). Questo tipo di proteina proviene dallo strato superiore delle pelli di bestiame. Ha caratteristiche: questa specie differisce nella composizione da quella umana, per cui non penetra bene nelle cellule del derma o può semplicemente causare allergie. Con una corretta lavorazione, anche tale collagene può trattenere sostanze utili come polisaccaridi, acido ialuronico e altri, ma la loro quantità è minima.
Collagene marino detto anche “pesce” per un ovvio motivo (è ricavato dalla pelle del pesce di mare). È molto vicino nella struttura alla proteina prodotta nel corpo umano, quindi non è in grado di provocare dipendenza, penetra perfettamente nelle cellule e, soprattutto, favorisce la produzione di collagene da parte dell'organismo. Ma anche qui ci sono delle sfumature: la produzione è possibile solo a basse temperature, il che complica il compito. Questo tipo è meno allergico rispetto al precedente, ma è possibile un'intolleranza individuale.
Collagene vegetale- questo non è esattamente collagene, è prodotto dalle proteine ​​del grano, nonostante ciò contiene sostanze contenenti collagene che agiscono sulla pelle, migliorandone la compattezza e l'elasticità. Le proteine, ottenute dal grano o da altre piante, sono ricche di vitamine, minerali e altri elementi, ipoallergeniche, ma purtroppo la produzione di questo tipo è estremamente costosa. Ecco perché i prezzi dei prodotti contenenti collagene vegetale sembrano incredibilmente alti.

I cosmetologi consigliano di acquistare cosmetici con proteine ​​vegetali e marine, poiché la prima agisce sullo strato superficiale e la seconda sugli strati profondi dell'epidermide. Non è necessario affrettarsi a utilizzare tali fondi. Le maschere con collagene dovrebbero essere utilizzate dai 25 ai 30 anni e le creme e i preparati più concentrati (sieri) non prima dei 35 anni.

Il collagene è incluso nei prodotti cosmetici per:

• Formazione di uno strato permeabile all'aria e che trattiene l'umidità sulla superficie della pelle, che ha proprietà plastificanti (leviganti), con le proprietà di un impacco umido;
• Estensione dell'azione di estratti, oli, ecc. nelle composizioni cosmetiche;
• Aggiunge lucentezza ai capelli, creando uno strato di collagene (protettivo) sulla superficie dei capelli.

In cosmetologia vengono utilizzati diversi tipi di collagene, ma, come già accennato, viene spesso utilizzato il collagene animale:

• Uso esterno. Incluso in gel antietà, creme, maschere. Va tenuto presente che le molecole di grandi dimensioni non sono in grado di penetrare nello strato corneo, quindi può riempire temporaneamente le microfessure. L'effetto deriva principalmente dal fatto che il collagene è igroscopico, ma poiché questo effetto è solo superficiale non può essere definito estremamente efficace. Lo svantaggio è che il collagene crea una pellicola e impedisce ai liquidi di lasciare i pori; questo effetto può essere paragonato a “idratare” le mani con guanti in lattice. Se la composizione contiene altre sostanze utili, ad esempio microelementi, vitamine, si osserverà un effetto positivo.
• Sotto forma di filler, chiamati anche filler, vengono utilizzati per iniezioni, contouring, mesoterapia (insieme all'acido ialuronico) e sono prodotti sulla base di collagene umano (o bovino) sotto forma di gel. Stimola la produzione del proprio collagene. L'idratazione e il suo effetto compaiono letteralmente immediatamente e si osservano entro 6-12 mesi (in rari casi, poco più di questo periodo)
• Negli integratori alimentari in diverse tipologie e forme di rilascio (capsule, polveri, ecc.).

Si consiglia inoltre di consumare prodotti contenenti collagene, ad esempio: carne, lingua di animali, fegato, prodotti contenenti gelatina. Ma anche cereali integrali, mele verdi contenenti ferro, albume d'uovo (ricco di zolfo), verdure rosse. Ribes nero, kiwi e agrumi contengono vitamina C, che aiuta a produrre collagene.
Conclusione: uno stile di vita sano, una dieta equilibrata, cosmetici opportunamente selezionati e le necessarie procedure del salone aiuteranno a prolungare e mantenere la giovinezza della pelle, a migliorarne l'aspetto, a renderla soda ed elastica.
Elenco della letteratura utilizzata:
1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B0%D0%B3%D0%B5%D0%BD
2. “Il collagene è la principale proteina del tessuto connettivo”, autore N. Ignatieva, Candidate of Chemical Sciences, Journal of Aesthetic Medicine, Volume IV No. 3, 2005.
http://skindows.ru/kosmetologiya/morshhiny/kollagen.html

Il collagene (dal greco Kolla - colla, geni - parto) unisce un gruppo di proteine ​​fibrillare correlate del tessuto connettivo, che rappresentano il 25 - 33% di tutte le proteine ​​del corpo. I collageni sono le principali glicoproteine ​​della pelle, dei tendini, della cartilagine, dei legamenti, delle ossa, dei denti e dei vasi sanguigni.

Il collagene è la base delle fibre di collagene, che sono raccolte in fasci di vario spessore e formano un'unica struttura a rete nel tessuto connettivo. Le fibre di collagene sono costituite da minuscole fibrille che hanno un'elevata resistenza meccanica e praticamente non si allungano. Supportano la struttura specifica di organi e tessuti durante lo sviluppo e il funzionamento del corpo.

Il collagene nativo è resistente agli enzimi proteolitici, agli acidi e agli alcali. I residui di carboidrati situati sulla superficie delle fibrille proteggono il collagene dall'azione delle proteasi, quindi è scarsamente assorbito dall'organismo. Il collagene è insolubile in acqua, soluzioni saline, solventi organici e soluzioni deboli di acidi e alcali, poiché il 70% degli aminoacidi nella sua composizione sono idrofobici. Il collagene è in grado di gonfiarsi e la sua massa aumenta di 1,5 - 2 volte. L'elevata idratazione di una molecola proteica è associata alla presenza di un numero significativo di gruppi polari laterali nella sua struttura.

Proprietà meccaniche del collagene associate alle sue strutture primarie e spaziali. Una particolarità della composizione chimica è che ogni terzo amminoacido del collagene è glicina, 1/3 sono residui di prolina e idrossiprolina, l'1% è idrossilisina, il 10% è alanina, il resto sono altri amminoacidi. Manca di cisteina e triptofano; istidina, metionina e tirosina sono contenute in piccole quantità. Il collagene è l'unica proteina che contiene idrossiprolina. Le catene peptidiche proteiche sono costruite da una “tripletta”, in cui uno degli amminoacidi è la glicina.

Le posizioni X e Y possono contenere qualsiasi amminoacido, molto spesso X prolina, B idrossiprolina o idrossilisina. Questi gruppi di aminoacidi si ripetono più volte nella catena. Una molecola proteica contiene circa 1000 residui di aminoacidi. Ogni catena forma una spirale attorcigliata. Sono stati identificati più di 20 tipi di αlanzygive, che differiscono nella sequenza aminoacidica. Il passo di un giro dell'elica è costituito da meno di 3 residui amminoacidici, anziché 3,6 per giro, come nella maggior parte delle proteine. Lo stretto impaccamento dell'elica è dovuto alla presenza di glicina. La prolina non forma legami idrogeno, quindi l'elica della catena peptidica del collagene è stabilizzata dalla repulsione sterica degli anelli pirrolidinici nei residui di prolina. Grazie alla prolina, nella catena polipeptidica compaiono delle curve che stabilizzano la struttura dell'elica. La distanza tra gli amminoacidi lungo l'asse dell'elica aumenta, diventa più spiegata dell'α-elica delle proteine ​​​​globulari.

Le molecole di collagene sono costituite da tre polipeptidi α-lancie, che formano una tripla elica destrorsa di tropocollagene. I collageni possono contenere tre catene identiche o diverse. Tutte e tre le spirali sono attorcigliate l'una attorno all'altra, formando un denso fascio34).

La struttura terziaria del collagene è mantenuta da legami idrogeno che si formano tra i gruppi amminici e carbossilici di diverse catene peptidiche (C = O HN) e legami idrogeno all'interno di ciascun polipeptide (​​Fig. 35).

Tutte e tre le catene nella molecola di collagene si trovano in parallelo: da un lato c'è Nkinets, dall'altro - Skinets, tutti i radicali degli amminoacidi idrofobici si trovano verso l'esterno.

Prolina e idrossiprolina limitano la rotazione della catena polipeptidica e aumentano la stabilità della tripla elica. La glicina, che ha un atomo di idrogeno invece di un radicale, si trova sempre all'intersezione delle catene, il che consente loro di adattarsi strettamente insieme.

Per sua natura il collagene è una glicoproteina contenente residui monosaccaridi (galattosil) e disaccaridi (galattosglucosil) legati all'ossilisina. A causa dell'aggregazione delle molecole di tropocollagene nelle direzioni longitudinale e trasversale, si forma la struttura quaternaria del collagene: microfibrille, da cui si formano fibrille più spesse, e da esse fibre e fasci di fibre. Le molecole di collagene sono formate in fibrille da legami covalenti formati da residui di ossilisina.

Attualmente sono stati descritti 28 tipi di collagene, che differiscono tra loro per struttura primaria, grado di modificazione - idrossilazione o glicosilazione, funzioni e localizzazione nel corpo. I collageni sono suddivisi in diverse classi a seconda del loro ruolo nel tessuto: domini fibrillare, associati a fibrille, formanti setacci, microfibrillari, ancorati a fibrille, transmembrana e altri. Circa il 95% del collagene nel corpo umano è rappresentato dal tipo III, che forma forti fibrille e sono i principali componenti strutturali di tendini, cartilagine, vasi sanguigni e altri, e partecipano anche alla formazione dello stroma degli organi parenchimali. In un tessuto può predominare l'uno o l'altro tipo di collagene. Diversi tipi di collagene si trovano nei singoli organi (Tabella 7.)

La composizione del collagene nei singoli organi può cambiare durante l'ontogenesi o a causa di malattie.

Esistono due tipi di catene di collagene, catene α1 e α2, e quattro varietà di catene α1: α1 (I), α1 (II), α1 (III) e α1 (IV). Per designare la struttura di ciascun tipo di collagene si utilizzano le seguenti notazioni: il tipo di collagene è scritto con numeri romani tra parentesi, gli αlant sono indicati con numeri arabi. Ad esempio, i collageni di tipo II e III sono formati da αlanzygami identici, le loro formule sono rispettivamente [α1 (II)] 3 e [α1 (III)] 3; I collageni di tipo I e IV sono eterotrimeri, formati da due diversi tipi di αlanzigeni, le loro formule sono rispettivamente [α1 (I)] 2α2 (I) e [α1 (IV)] 2α2 (IV). L'indice fuori dalla parentesi indica il numero di αlanchi identici. Il collagene di tipo I più comune.

Sintesi del collagene

La sintesi del collagene avviene nelle cellule, principalmente nei fibroblasti del tessuto connettivo, da dove viene secreto nello spazio extracellulare.

Esistono fasi intracellulari ed extracellulari della biosintesi del collagene, contenenti le seguenti fasi:

- trasmissione;

— modificazione post-traduzionale delle catene peptidiche:

— idrossilazione della prolina e della lisina;

— proteolisi parziale — scissione del peptide segnale

- glicosilazione dell'idrossilisina;

— formazione di legami SS nel propeptide finale;

— formazione di una tripla elica;

— trasferimento transmembrana;

- modifiche extracellulari - scissione del propeptide N e Scintsev;

- formazione di fibrille di collagene:

— deaminazione ossidativa dei residui di lisina e ossilisina;

— formazione di legami incrociati tra le molecole di collagene;

- formazione di fibre di collagene.

1. Sintesi del preprocolagene. La sintesi dei precursori polipeptidici, le prolancine del collagene, avviene sui poliribosomi associati alle membrane del reticolo endoplasmatico (ER). Sugli Nkinci del precursore del collagene è presente un peptide “segnale” idrofobo di 100 aminoacidi. È progettato per dirigere le catene peptidiche sintetizzate nella cavità ER. Collagen proαlanzyg contiene ulteriore propeptide N e Skintsevi, costituiti rispettivamente da 100 e 250 aminoacidi.

La composizione del propeptideC comprende residui di cisteina, che formano collegamenti SS interni e intermedi. I propeptidi terminali non partecipano alla formazione della tripla elica, ma formano domini globulari. L'assenza di peptidi N e Skints nella struttura di proαlanzyug interrompe la corretta formazione della tripla elica.

Modificazioni post-traduzionali del collagene

A. Idrossilazione dei residui di prolina e lisina

avviene contemporaneamente alla sintesi del collagene e prosegue durante tutta la traduzione fino alla separazione della catena polipeptidica dai ribosomi

noi37). La reazione è catalizzata dalle ossigenasi microsomiali: prolil4idrossilasi e lisil5idrossilasi, rispettivamente. La reazione coinvolge: ossigeno molecolare, α-chetoglutarato e acido ascorbico.

Un atomo di ossigeno viene utilizzato per l'idrossilazione dei residui di prolina e lisina, il secondo è “incluso” nel gruppo carbossilico del succinato, che è dovuto alla decarbossilazione dell'αchetoglutarato. Il cofattore della prolil4idrossilasi e della lisil5idrossilasi è Fe++. L'acido ascorbico, che ha proprietà riducenti, preserva gli atomi di ferro in uno stato bivalente (feroformio) e quindi mantiene l'attività enzimatica). La forma ossidata della vitamina C - l'acido deidroascorbico - viene nuovamente ridotta dal glutatione:

Dopo la formazione della tripla elica, l'idrossilazione dei residui di prolina e lisina si interrompe. L'idrossilazione dei residui di prolina è importante per la successiva formazione di una tripla elica stabile di collagene a causa dei legami idrogeno formati dal gruppo OH dell'idrossiprolina. I residui di lisina idrossilati e non idrossilati sono coinvolti nella formazione di legami covalenti tra le molecole di collagene durante la formazione delle fibrille di collagene.

B. Glicosilazione dell'idrossilisina. La catena del procollagene, con l'aiuto del peptide segnale N-kin, penetra attraverso la membrana nella cavità ER. Dopo aver svolto la sua funzione, il peptide segnale viene tagliato. Nella cavità del RE, i residui di idrossilisina nei prolani di collagene vengono glicosilati con la partecipazione di specifiche glicosiltransferasi.

Il galattosio e il disaccaride galattosilglucosio formano legami glicosidici covalenti con i gruppi SO dei residui di idrossilisina38).

Il numero di residui di carboidrati nella molecola dipende dal tipo di tessuto; il loro ruolo non è stato stabilito. Potrebbero essere responsabili delle proprietà meccaniche del collagene. La glicosilazione dei proαlanzilani del collagene viene completata dopo la formazione della tripla elica.

Sintesi e secrezione del procollagene. Dopo la modifica, ciascun proαlanzyug è legato tramite idrogeno ad altri due proαlanzyug, formando una tripla elica di procollagene. I propeptidi finali svolgono un ruolo importante nel corretto orientamento delle catene. L'elicizzazione dei filamenti di procollagene inizia dopo la formazione di ponti disolfuro intercatena tra le catene propeptidiche di Skintsevima dovuti al gruppo SH della cisteina. Questo processo inizia nel lume del RE, da dove le molecole di procollagene si spostano verso l'apparato di Golgi, vengono incluse nei granuli secretori e vengono rilasciate nello spazio intercellulare.

Sintesi del tropocollagene (collagene solubile). Nello spazio intercellulare, sotto l'azione di amino e carbossipeptidasi specifiche, i propeptidi finali vengono scissi dal procollagene (collagene di tipo I, II e III), dando luogo alla formazione di tropocollagene - un'unità strutturale di fibrille di collagene36). Nei collageni che non partecipano alla formazione delle fibrille (IV, VIII, X), il propeptide finale NON viene tagliato. Tali collageni formano una struttura a rete, nella cui formazione svolgono un ruolo importante gli N finali e gli Speptidi.

5. La formazione delle fibrille di collagene avviene spontaneamente, per autoassemblaggio. Le file di molecole di tropocollagene nelle fibrille sono disposte in parallelo e spostate di ¼ l'una rispetto all'altra. In fila, le molecole sono disposte l'una accanto all'altra, ma le estremità non sono collegate; tra loro ci sono spazi di 35-40 nm.

Questa struttura fibrillare è fragile (“collagene immaturo”), la sua forza è conferita da legami incrociati covalenti interni e intermedi formati tra residui di lisina o idrossilisina con la partecipazione di flavoproteine ​​contenenti Cu - lisil ossidasi. La deaminazione ossidativa dei gruppi εamminici avviene nei residui di lisina e idrossilisina con la formazione di gruppi aldeidici (allisina e idrossialisina). Questi gruppi prendono parte alla formazione di legami covalenti tra loro e altri residui di lisina e idrossilisina delle vicine molecole di tropocollagene.

Numerosi legami incrociati formati stabilizzano la struttura delle fibrille e si forma collagene insolubile. Il numero di legami incrociati in una molecola proteica aumenta con l'età, rallentandone il catabolismo. Alcuni tipi di collagene non formano fibrille.

6. La formazione delle fibre di collagene avviene per aggregazione di fibrille36). Hanno un'elevata resistenza meccanica e formano una rete tridimensionale, riempita con altre sostanze della matrice intercellulare.

Il catabolismo del collagene avviene lentamente. Gli enzimi proteolitici nei tessuti e nel tratto gastrointestinale NON lo scompongono. La distruzione del collagene è causata da specie reattive dell'ossigeno e da specifiche collagenasi tissutali). L'enzima è sintetizzato dalle cellule del tessuto connettivo e ha un'elevata specificità). La collagenasi “taglia” la tripla elica del collagene (3 catene contemporaneamente) a una distanza di ¼ dalla pelle, tra i residui di glicina e leucina (isoleucina).

I frammenti formatisi sono solubili in acqua; a temperatura corporea si denaturano spontaneamente e diventano accessibili all'azione delle proteasi cellulari (catepsine).

La regolazione del metabolismo del collagene avviene attraverso diversi meccanismi:

Feedback negativo. Il collagene e gli Npropeptidi inibiscono la traduzione del collagene.

Azione di attivatori e inibitori:

 l'acido ascorbico stimola la sintesi di collagene e proteoglicani, la proliferazione dei fibroblasti;

 le vitamine PP, B6, gli ioni Cu++ contribuiscono alla “maturazione” del collagene (formazione di legami incrociati covalenti interni e intercatena;

 plasmina, callicreina, catepsina B, ioni Zn - attivatori della collagenasi, cioè promuovere l'idrolisi del collagene.

Regolazione ormonale:

- inibire la sintesi del collagene a livello di traduzione (ridurre la quantità di mRNA che codifica la struttura del procollagene);

- inibiscono la modificazione post-traduzionale del procollagene (idrossilazione dei residui di prolina e lisina) riducendo l'attività della prolilisilidrossilasi).

Ormoni sessuali:

-attivare la sintesi del collagene. I recettori degli ormoni sessuali si trovano nello stroma degli organi genitali, nei fibroblasti di altri organi e tessuti;

- Gli estrogeni promuovono la sintesi del collagene nella pelle.

La sintesi del collagene aumenta durante la guarigione delle ferite, cirrosi epatica, aterosclerosi, distrofie muscolari, a seguito delle quali si forma una cicatrice del tessuto connettivo nel sito della ferita, epatociti morti, cellule della parete vascolare, miociti vengono sostituiti da tessuto connettivo in cui le fibrille di collagene sono casualmente situato.

Il tasso di turnover del collagene rallenta con l’età. Nei giovani è più intenso che negli anziani. Il numero di legami incrociati nel collagene degli anziani è significativamente più elevato, il che riduce la sua disponibilità per l'azione della collagenasi.

I disturbi del metabolismo del collagene (collagenosi) si verificano a causa di:

Mutazioni genetiche che portano a cambiamenti nella struttura nativa della tripla elica o formazione impropria di fibrille di collagene;

Compromissione delle modifiche proteiche post-traduzionali dovute alla ridotta attività enzimatica:

Idrossilazione (prolina, lisina idrossilasi);

Glicosilazione (glicosiltransferasi);

Peptidasi (Nprocolagenica e Sprocolagenica);

“maturazione” del collagene (lisil ossidasi);

Carenza di vitamine C, B6, rame;

Malattie infettive e allergiche.

Le manifestazioni caratteristiche della collagenosi sono danni alle ossa, articolazioni, legamenti, cartilagine, pelle, vasi sanguigni e sviluppo della miopatia. La ridotta sintesi del collagene è la causa di malattie come la sindrome di Ehlers-Danlos, la malattia di Marfan, l'osteogenesi imperfetta, i reumatismi, l'artrite reumatoide, il lupus eritematoso sistemico, la sclerodermia sistemica e altre.

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Helen Berman, Vileainur Ramachandran hanno lavorato sulla struttura del monomero di collagene.

Diversi modelli contraddittori (nonostante la struttura nota di ogni singola catena peptidica) hanno portato alla creazione di un modello ad elica ternaria che spiegava la struttura quaternaria della molecola di collagene.

Proprietà

Il collagene esiste in diverse forme. La struttura di base di tutti i tipi di collagene è simile. Le fibre di collagene si formano per aggregazione di microfibrille; sono rosa se colorate con ematossilina ed eosina e blu o verdi con varie colorazioni tricromiche; se impregnate con argento diventano giallo-bruno.

Struttura fibrillare

Il tropocollagene (unità strutturali del collagene) si uniscono spontaneamente, attaccandosi tra loro alle estremità spostate ad una certa distanza, formando strutture più grandi nella sostanza intercellulare. Nei collageni fibrillari, le molecole sono spostate l'una rispetto all'altra di circa 67 nm (unità che è indicata con la lettera “D” e varia a seconda dello stato di idratazione della sostanza). In generale, ciascun periodo D ne contiene quattro intere e parte di una quinta molecola di collagene. Il valore di 300 nm diviso 67 nm (300:67) non dà un numero intero e la lunghezza della molecola di collagene è divisa in segmenti D di dimensioni non costanti, di conseguenza, nel contesto di ogni ripetizione del periodo D della microfibrilla c'è una parte costituita da cinque molecole chiamata “sovrapposizione”, e la parte costituita da quattro molecole è il “gap”. I tropocollageni sono inoltre disposti in una struttura esagonale o pseudo-esagonale (in sezione trasversale), in ciascuna area di “sovrapposizione” e “gap”.

All'interno del tropocollagene sono presenti legami covalenti tra le catene, nonché una quantità variabile di questi legami tra le eliche del tropocollagene stesse, formando strutture ben organizzate (ad esempio, fibrille). Fasci di fibrille più spessi sono formati da diverse altre classi di proteine, inclusi altri tipi di collageni, glicoproteine, proteoglicani, utilizzati per formare diversi tipi di tessuti da diverse combinazioni delle stesse proteine ​​di base. L'insolubilità del collagene ha rappresentato un ostacolo allo studio del monomero di collagene fino a quando non si è scoperto che era possibile estrarre il tropocollagene da un animale giovane perché non aveva ancora formato forti legami con altre subunità fibrillare. Tuttavia, i miglioramenti nei microscopi e nelle macchine a raggi X hanno reso la ricerca più semplice e sono diventate disponibili immagini sempre più dettagliate della struttura della molecola di collagene. Queste scoperte tardive sono molto importanti per una migliore comprensione di come la struttura del collagene influenza le connessioni tra cellule e sostanza intercellulare, come cambiano i tessuti durante la crescita e la rigenerazione, come cambiano durante lo sviluppo embrionale e la patologia.

La fibrilla di collagene è un'unità strutturale semicristallina di collagene. Le fibre di collagene sono fasci di fibrille.

Utilizzo

Industria alimentare

Da un punto di vista nutrizionale, il collagene e la gelatina sono proteine ​​di bassa qualità perché non contengono tutti gli aminoacidi essenziali necessari all'uomo: sono proteine ​​incomplete. I produttori di integratori alimentari a base di collagene affermano che i loro prodotti possono migliorare la qualità della pelle e delle unghie, nonché la salute delle articolazioni.

Gli idrolizzati di collagene relativamente economici, spesso offerti oggi sul mercato sotto le spoglie di una fonte di aminoacidi liberi, non sono sempre in grado di soddisfare il fabbisogno umano di aminoacidi liberi, poiché questi prodotti non contengono aminoacidi pronti per l'assorbimento, ma sono solo estratti parzialmente “digeriti” dei tessuti articolari di mammiferi, uccelli o abitanti del mare. Ad esempio, gli idrolizzati di collagene sono quasi completamente privi dell'amminoacido L-glutammina, che non è resistente agli effetti termici e allo stoccaggio a lungo termine delle materie prime; la maggior parte della glutammina viene distrutta già nelle prime fasi di stoccaggio e lavorazione delle materie prime materiali; il piccolo residuo rimanente si disintegra quasi completamente durante l'estrazione termica del tessuto cartilagineo.

Le fonti di aminoacidi di altissima qualità sono i preparati contenenti i cosiddetti “amminoacidi liberi”. Poiché gli aminoacidi liberi sono praticamente pronti per l’assorbimento, il corpo della persona che li riceve non ha bisogno di perdere tempo, enzimi digestivi ed energia per digerirli. Sono in grado di entrare nel sangue nel più breve tempo possibile e, essendo da esso consegnati in luoghi che necessitano di ulteriore sintesi di collagene, vengono immediatamente inclusi nella sua formazione.

Strumenti cosmetici

1. Formazione di uno strato permeabile all'aria e che trattiene l'umidità sulla superficie della pelle, che ha proprietà plastificanti (leviganti), con le proprietà di un impacco umido;
2. Prolungamento dell'azione di estratti, oli, ecc. nelle composizioni cosmetiche;
3. Aggiunge lucentezza ai capelli, creando uno strato di collagene (protettivo) sulla superficie dei capelli.

Ricerca scientifica

Nel 2005, gli scienziati sono stati in grado di isolare il collagene dai tessuti molli conservati di un Tyrannosaurus rex e di utilizzare la sua composizione chimica come ulteriore prova della relazione tra dinosauri e uccelli moderni.

La ricerca scientifica in medicina

La sintesi del collagene è un complesso processo enzimatico a più fasi a cui deve essere fornita una quantità sufficiente di vitamine e minerali. La sintesi avviene nel fibroblasto e in una serie di stadi esterni al fibroblasto. Un punto importante nella sintesi è la reazione di idrossilazione, che apre la strada ad ulteriori modifiche necessarie per la maturazione del collagene. Enzimi specifici catalizzano le reazioni di idrossilazione. Pertanto, la formazione di 4-idrossiprolina è catalizzata dalla prolina idrossilasi, il cui centro attivo contiene ferro. L'enzima è attivo quando il ferro è nella sua forma bivalente, fornita dall'acido ascorbico (vitamina C). Una carenza di acido ascorbico interrompe il processo di idrossilazione, che influenza ulteriori fasi della sintesi del collagene: glicosilazione, scissione dei peptidi N e C-terminali, ecc. Di conseguenza, viene sintetizzato il collagene anormale, che è più sciolto. Questi cambiamenti sono alla base dello sviluppo dello scorbuto.

Tipi di collagene

Attualmente sono stati descritti 28 tipi di collagene, codificati da più di 40 geni. Differiscono l'uno dall'altro nella sequenza aminoacidica, nonché nel grado di modifica: l'intensità dell'idrossilazione o della glicosilazione. Comune a tutti i collageni è l'esistenza di 1 o più domini contenenti una tripla elica e la loro presenza nella matrice extracellulare. Più del 90% di tutto il collagene negli organismi superiori è collagene di tipo I, II, III e IV.

Oltre alle proteine ​​del collagene, ci sono molte proteine ​​che contengono nella loro struttura un dominio con una tripla elica di collagene. Eppure non si posizionano come collageni, ma solo come “simil-collagene”. Il grande gruppo di proteine ​​simili al collagene comprende il sottocomponente C1q del complemento, il fattore simile C1q, l'adiponectina, le colectine e le ficoline, la struttura terminale dell'acetilcolinestarasi, tre recettori dei macrofagi, l'ectodisplasina e l'EMILINA. Queste proteine, come i collageni, svolgono ruoli strutturali e regolatori.
Il primo tipo di collagene, il più archetipico, è una proteina trimerica che si assembla in triple eliche senza rotture, si autoassembla in fibrille e possiede la massima resistenza meccanica. Nel frattempo, tutti gli altri collageni differiscono da esso in uno o più aspetti. Alcuni collageni presentano rotture nella tripla elica e non necessariamente si assemblano in fibrille.

Tipo di collagene	Geni	Molecole	Organi	Malattie associate
IO	COL1A1 COL1A2	α1(I) 2 α2(I), α1(I) 3	Ovunque nei tessuti molli e duri, nella pelle, nelle ossa	Sindrome di Ehlers-Danlos, osteogenesi, reumatismi, sindrome di Marfan, displasia
II	COL2A1	α1(II) 3 + cm tipo XI	Cartilagine, corpo vitreo, dischi intervertebrali	Collagenopatia tipi II e XI, sindrome di Stickler, acondrogenesi
III	COL3A1	α1(III) 3	Tessuti molli e organi cavi	Sindrome di Ehlers-Danlos, displasia fibromuscolare, aneurisma aortico
IV	COL4A1 COL4A2 COL4A3 COL4A4 COL4A5 COL4A6	α1(IV) 2 α2(IV), altri poco chiari	Membrane basali	Sindrome di Alport, sindrome di Goodpasture
V	COL5A1 COL5A2 COL5A3	α1(V) 2 α2(V), α1(V)α2(V)α3(V) + cm tipo XI	Tessuti molli, placenta, vasi, corion	Sindrome di Ehlers-Danlos
VI	COL6A1 COL6A2 COL6A3 COL6A4 COL6A5 COL6A6	α1(VI)α2(VI)α3(VI)	Microfibrille nei tessuti molli e nella cartilagine	Miopatia di Ullrich, miopatia di Bethlem, dermatite atopica
VII	COL7A1	α1(VII) 3	Fibrille di attacco nel legamento cutaneo e nell'epidermide	Epidermolisi bollosa
VIII	COL8A1 COL8A2	α1(VIII)α2(VIII)	Cornea, endotelio	Distrofia corneale
IX	COL9A1 COL9A2 COL9A3	α1(IX)α2(IX)α3(IX)	Cartilagine, vitreo	Sindrome di Stickler, osteoartrite, displasia epifisaria
X	COL10A1	α1(X) 3	Zona ipertrofica dell'area di crescita	Displasia metafisaria di Schmid
XI	COL11A1 COL11A2	α1(XI)α2(XI)α1(II), α1(XI)α2(V)α1(II)	Cartilagine, corpo vitreo	Collagenopatia tipi II e XI, osteoporosi
XII	COL12A1	α1(XII) 3	Tessuti morbidi	Lesioni ai tendini
XIII	COL13A1	α1(XIII) 3	Superficie cellulare, cellule epiteliali
XIV	COL14A1	α1(IV) 3	Tessuti morbidi
XV	COL15A1	α1(XV) 3	Cellule endoteliali	carcinoma
XVI	COL16A1	α1(XVI) 3	Ovunque
XVII	COL17A1	α1(XVII) 3	Superficie delle cellule epidermiche	Epidermiolisi bollosa, pemfigo
XVIII	COL18A1	α1(XVIII) 3	Cellule endoteliali
XIX	COL19A1	α1(XIX) 3	Ovunque	Melanoma, carcinoma
XX	COL20A1	α1(XX) 3	Isolato da un embrione di pollo
XXI	COL21A1	α1(XXI) 3	Vasi sanguigni
XXII	COL22A1	α1(XXII) 3	Solo alle giunzioni muscolo-tendinee
XXIII	COL23A1	α1(XXIII) 3	Cellule tumorali
XXIV	COL24A1	α1(XXIV) 3	Formare le ossa	Osteocondrosi
XXV	COL25A1	α1(XXV) 3	Placche aterosclerotiche	Il morbo di Alzheimer
XXVI	COL26A1=EMID2	α1(XXVI) 3	Genitali
XXVII	COL27A1	α1(XXVII) 3	Tessuti morbidi
XXVIII	COL28A1	α1(XXVIII) 3	Sistema nervoso

Aspetti medici

I disturbi della sintesi del collagene sono alla base di malattie ereditarie come la dermatosporassi negli animali, il latirismo (caratterizzato da lassità articolare, lussazioni abituali), la sindrome di Ehlers-Danlos (fino a 14 tipi di manifestazioni), l'osteogenesi imperfetta (malattia dell'uomo di vetro, rachitismo congenito, fragilità ossea congenita ), malattia di Marfan.

Una manifestazione caratteristica di queste malattie è il danno all'apparato legamentoso, alla cartilagine, al sistema scheletrico e la presenza di difetti della valvola cardiaca.

Le malattie del collagene, comprese le cosiddette collagenosi, insorgono per molte ragioni. Ciò potrebbe essere dovuto a una mutazione in un gene che causa un cambiamento nella forma della molecola di collagene o a un errore nella modifica post-traduzionale del collagene. Inoltre, le malattie possono essere causate da una carenza o da un "malfunzionamento" degli enzimi coinvolti nella biosintesi del collagene: carenza di enzimi di idrossilazione (prolina, lisina idrossilasi), glicosiltransferasi, N-procollagene e C-procollagene peptidasi, lisil ossidasi con conseguente interruzione del processo crociato -links, carenza di rame, vitamine AT 6 , . Nelle malattie acquisite come lo scorbuto, il ripristino dell'equilibrio enzimatico alla normalità può portare a una cura completa.

Quasi tutte le mutazioni genetiche portano alla perdita o al cambiamento delle funzioni del collagene, che a sua volta influisce sulle proprietà dei tessuti e degli organi. Mutazioni genetiche nel dominio del collagene possono portare a cambiamenti nella forma della tripla elica, attraverso l'inserimento/eliminazione di un amminoacido o la sostituzione di Gly con una base diversa. Le mutazioni nei domini non collagenici possono portare all'assemblaggio errato delle catene α in strutture supramolecolari (fibrille o reti), che porta anche alla perdita di funzione. Le catene a mutanti sono in grado di formare un complesso a tre eliche con le catene a normali. Nella maggior parte dei casi, tali complessi non sono stabili e vengono rapidamente distrutti, ma una tale molecola può normalmente svolgere il suo ruolo se non vengono interessate aree funzionalmente importanti. La maggior parte delle malattie causate da mutazioni nei geni del collagene sono dominanti.

Appunti

Collegamenti

• Collagene- articolo dalla Grande Enciclopedia Sovietica

B02A	Inibitori della fibrinolisi Aminoacidi Acido aminocaproico (B02AA01) Acido tranexamico (B02AA02) Acido amminometilbenzoico (B02AA03) Inibitori delle proteinasi plasmatiche Aprotinina (B02AB01) Alfa1-antitripsina (B02AB02)
B02B	Vitamina K e altri farmaci emostatici Vitamina K Menadione (B02BA02) Farmaci emostatici per uso locale

La funzione principale del collagene è fornire supporto strutturale ai tessuti

I collageni sono una famiglia di oltre 20 diverse proteine ​​della matrice extracellulare. Queste proteine ​​sono le più comuni nel regno animale

Tutti i collageni sono organizzati in "subunità di collagene" a tripla elica, che hanno una struttura superavvolta e sono composte da tre polipeptidi separati

Le subunità del collagene lasciano le cellule e poi, nello spazio extracellulare, si assemblano in fibrille e fibre più grandi

Le mutazioni nei geni del collagene causano una varietà di condizioni patologiche, che vanno dalla comparsa di rughe allo sviluppo di ossa fragili e malattie gravi come la formazione di vesciche cutanee

Famiglia collageni comprende più di 20 proteine, che sono tra le proteine ​​più comuni nelle cellule animali. Negli organismi multicellulari il collagene esiste da almeno 500 milioni di anni. Quasi tutte le cellule animali sintetizzano e secernono almeno una forma di collagene.

Collageni forniscono supporto strutturale ai tessuti ed esistono in molteplici forme organizzate in diverse strutture. Tutte le proteine ​​della famiglia del collagene sono caratterizzate da una proprietà comune: sono assemblate in sottili strutture superavvolte a tripla elica (circa 1,5 nm di diametro) costituite da tre subunità di proteine ​​di collagene tenute insieme da legami covalenti e non covalenti.

Le subunità del collagene si assemblano in strutture a tripla elica, che si organizzano in fibrille o reti,
dove sono interconnessi da altre proteine ​​della matrice extracellulare, compresi i collageni associati alle fibrille.

Le strutture superavvolte sono di tre tipi: fibrillare, stratificata e associata a fibrine:

IN collageni fibrillare le eliche superavvolte sono organizzate in fibrille o “corde” che forniscono resistenza alla struttura lungo un singolo asse (questa struttura assomiglia ad un robusto cavo d'acciaio formato da fasci di fili). Quando queste fibrille sono disposte in fasci paralleli, come nei tendini, forniscono un’incredibile forza strutturale in grado di resistere alle forze esercitate dai muscoli attaccati alle ossa.

Collageni stratificati sono una rete costituita da strutture elicoidali superavvolte. Sono meno resistenti alle forze muscolari, ma sono molto più capaci di resistere allo stiramento in più direzioni. Una rete di tali strutture, ad esempio, è caratteristica della pelle.

Terzo tipo di collagene, noti come "grovigli fibrillari", formano strutture elicoidali superavvolte che legano insieme le fibrille di collagene.

Indipendentemente organizzazioni, i collageni costituiscono la principale struttura di impalcatura della matrice extracellulare. Le proteine ​​della matrice extracellulare come la fibronectina e la vitronectina si legano ai collageni e sono intrecciate nelle strutture formate dalla struttura del collagene. Uno dei membri della famiglia del collagene è una proteina transmembrana coinvolta nella formazione dei contatti intercellulari.

C'è circa 20 diversi tipi di collagene, la maggior parte dei quali possono essere raggruppati in quattro classi. Ciascuna delle strutture a tripla elica è designata da un numero romano (I, II, III, ecc.). Ciascuna subunità di collagene è designata come subunità e al suo tipo viene assegnato un numero (a1, a2, a3, ecc.), seguito da un numero romano per indicare il tipo in cui si trova. Ad esempio, il principale collagene fibrillare della coda (e di altri tessuti) dei ratti è di tipo I ed è costituito da due copie della subunità a1(1) e una copia della subunità a2 (I).

La figura seguente mostra struttura della fibra di collagene. Le tre subunità polipeptidiche sono avvolte l'una attorno all'altra in parallelo e formano una struttura elicoidale superavvolta lunga 300 nm. I collageni sono caratterizzati da una sequenza ripetuta di amminoacidi contenenti un elemento glicina-X-Y, dove X e Y possono essere qualsiasi amminoacido, ma solitamente sono rispettivamente prolina e idrossiprolina.

Questa sequenza aiuta tre subunità strettamente imballate e facilita la formazione di una struttura superelicoidale. Le subunità lunghe 300 nm sono tenute insieme da legami covalenti che si formano tra la regione N-terminale di una subunità e la regione C-terminale di quella adiacente. Le strutture elicoidali superavvolte sono disposte in parallelo, formando piccoli spazi tra loro (64-67 nm). Queste lacune forniscono l'aspetto caratteristico (striature) delle fibrille visibili al microscopio elettronico.

Le proteine ​​del collagene sono divise in quattro gruppi principali, che differiscono per formula molecolare,
la natura delle forme polimeriche e la distribuzione nei tessuti. Alcuni gruppi includono diversi tipi di collagene.

Completamente strutture di collagene assemblate(fibrillare o reticolare) hanno dimensioni molto maggiori delle cellule stesse; alcune fibrille possono raggiungere diversi millimetri di lunghezza. Pertanto, le subunità del collagene vengono sintetizzate e secrete come strutture elicoidali superavvolte e le fasi finali del loro assemblaggio avvengono all'esterno della cellula. Come mostrato nella figura seguente, la sintesi del collagene e l'ulteriore elaborazione avvengono attraverso il percorso secretorio. Durante la sintesi, le proteine ​​del collagene vengono inviate al reticolo endoplasmatico granulare (ER) con la partecipazione delle particelle di riconoscimento del segnale e dell'apparato proteico associato.

Subunità del collagene sono sintetizzati sotto forma di polipeptidi estremamente lunghi, chiamati procollageni e contengono propeptidi, che sono "code" situate alle estremità amminiche e carbossiliche.

Dopo procollageni entrati nel lume del RE, man mano che vengono trasportati dal RE attraverso l'apparato di Golgi e nelle vescicole secretorie, subiscono una serie di modificazioni. Durante il trasporto del procollagene attraverso l'ER e l'apparato del Golgi, i gruppi ossidrile (-OH) vengono aggiunti alle catene laterali della prolina e della lisina situate nella parte centrale delle molecole di procollagene. Questo produce idrossiprolina e idrossilisina.

Queste modifiche garantiscono la correttezza legame idrogeno, che tengono insieme le tre subunità in una struttura a spirale superavvolta. I legami disolfuro si formano tra le parti ammino- e carbossi-terminali dei propeptidi, che poi assicurano la corretta disposizione delle tre subunità del procollagene per formare una struttura superavvolta a tripla elica. L'elica si forma quindi spontaneamente, nella direzione dal C-terminale all'N-terminale.

I propeptidi interferiscono con l'interazione eliche superavvolte tra loro, impedendo così la polimerizzazione del collagene. Una volta avvenuta la secrezione delle triple eliche del procollagene, gli enzimi chiamati proteasi del procollagene scindono i propeptidi. La restante proteina, nota come tropocollagene, è quasi interamente organizzata in una tripla elica e rappresenta l'unità strutturale di base della fibrilla di collagene.

Fibrille Il loro assemblaggio è semplice: le catene laterali della lisina nel tropocollagene vengono modificate dall'azione dell'enzima lisil ossidasi, formando allisine. Queste lisine modificate formano legami incrociati covalenti che consentono la polimerizzazione dei tropocollageni. La lisil ossidasi è un enzima extracellulare e questa fase di assemblaggio delle fibrille avviene solo dopo che il procollagene ha lasciato la cellula. Una volta assemblate, le fibrille possono aggregarsi per formare grandi fasci o fibre caratteristiche del collagene fibrillare.

Tenendo conto dell'importanza collagene nel fornire supporto strutturale ai tessuti, si può immaginare quali gravi conseguenze avrebbe sul corpo un’interruzione del processo di assemblaggio delle fibrille. Le mutazioni nei geni che codificano per la sintesi del collagene o negli enzimi che modificano il procollagene causano lo sviluppo di molte malattie genetiche che colpiscono quasi tutti i tessuti. Ad esempio, il collagene di tipo I è la principale proteina strutturale del tessuto osseo. Mutazioni di questo tipo nei geni del collagene causano un'osteogenesi incompleta, la cosiddetta. sviluppo della “malattia delle ossa fragili”.

Mutazioni nel gene del collagene il tipo IV porta alla rottura dell'assemblaggio della lamina basale nella maggior parte dei tessuti epiteliali e allo sviluppo di una malattia della pelle come l'epidermosi bollosa.

Le cellule si legano al collagene attraverso specifici recettori chiamati integrine. Questi recettori consentono alle cellule di legarsi in modo reversibile al collagene mentre si muovono attraverso la matrice extracellulare. I recettori delle integrine attivano anche vie di segnalazione tali che il legame ai collageni (e ad altre proteine ​​della matrice extracellulare) altera l'attività dei processi biochimici cellulari e quindi contribuisce al controllo della crescita e della differenziazione cellulare.

SOGGETTO: Biochimica del cavo orale. Biochimica del tessuto connettivo.

Pertinenza dell'argomento.

Il dentista deve conoscere la composizione chimica del tessuto connettivo, le sue funzioni, poiché ad esso appartengono senza eccezioni tutti i tessuti scheletrici (ossa, cartilagine, legamenti e tendini), la dentina, il corpo vitreo e le pareti dei vasi sanguigni. Il collagene è la principale proteina del tessuto connettivo e costituisce il 30% della massa totale delle proteine ​​​​del corpo.

Domande per l'autocontrollo.

Funzioni del tessuto connettivo.

Collagene. Caratteristiche della composizione e della struttura degli aminoacidi.

Fasi della biosintesi del collagene. Rottura del collagene.

Struttura e funzioni dell'elastina.

Classificazione, struttura e funzioni dei glicosaminoglicani.

Proteoglicani grandi (agrecani) e piccoli (decorina, biglicani).

Proteine ​​non collageniche (adesive) della matrice intercellulare: fibronectina e laminina. Il loro ruolo nelle interazioni intercellulari.

Abstract sull'argomento della lezione.

Tutti i tipi di tessuto connettivo sono caratterizzati dalla presenza di tre componenti:

Cellule (fibro- e istiociti, cellule pigmentate, mastociti).

Sostanza fondamentale intercellulare. La sua consistenza gelatinosa è dovuta alla sua composizione. La sostanza principale è un gel altamente idratato, composto per il 30% da composti ad alto peso molecolare (glucosaminoglicani e proteine) e per il 70% da acqua.

Strutture fibrose, fibrillare (fibre di collagene, elastiche e di reticolina).

La composizione del tessuto connettivo è determinata dalla sua posizione e funzione. Ad esempio, i legamenti contengono molte fibre e poca sostanza fondamentale, mentre il corpo vitreo dell'occhio è praticamente costituito da sostanza fondamentale.

1. Funzioni del tessuto connettivo

1. Unire. Collega gli organi tra loro e determina in gran parte la forma esterna degli organi e dell'intero organismo.

2. Supporto. I tessuti di tendini, fascia, legamenti, cartilagine, tessuto osseo sono densi e forti e quindi “sostengono” il corpo (meccanociti: condroblasti, osteoblasti, odontoblasti).

3. Barriera (protettiva). Funge da barriera tra l'ambiente esterno e quello interno (derma), tra il sangue e gli elementi cellulari. Protegge l'organismo dalla penetrazione di agenti infettivi (fagocitosi, biosintesi di anticorpi: mastociti, macrofagi, leucociti).

4. Depositi. Le sostanze derivanti dai processi metabolici vengono depositate nelle cellule per lungo tempo. Ad esempio, il tessuto sottocutaneo è ricco di grasso; i pigmenti della melanina e un prodotto metabolico dell'emoglobina, l'emosiderina, si accumulano negli istiociti.

5. Riparativo. La distruzione e la morte delle cellule del fegato, del cervello o del miocardio, dell'epidermide e del derma (ferita) è accompagnata dall'attivazione della proliferazione dei fibroblasti, dalla loro migrazione nel sito del danno e dalla sintesi attiva del collagene, dalla nuova formazione di composti. tessuto, reazione granulazione-fibrosa. Ciò è facilitato anche dall'induzione dell'aggregazione piastrinica da parte del collagene.

6. Trofico. I prodotti della degradazione dei componenti vengono utilizzati come materiale strutturale ed energetico.