Matriz extracelular en bíoquimica, Apuntes de Bioquímica

¡Descarga Matriz extracelular en bíoquimica y más Apuntes en PDF de Bioquímica solo en Docsity! Curso 2018-2019 Proteínas de la sustancia fundamental del tejido conjuntivo: colágeno y elastina. Todos los tejidos y órganos contienen una mezcla de células y componentes no celulares (redes bien organizadas llamados matrices extracelulares). La matriz extracelular • proporcionar no sólo los andamios físicas en las que están inmersas las células sino que también regulan muchos procesos celulares incluyendo el crecimiento, la migración, la diferenciación, la supervivencia, la homeostasis, y la morfogénesis. • consta de una gran variedad de macromoléculas de la matriz cuya composición precisa y estructuras específicas varían de un tejido a otro. Los principales componentes son proteínas formadoras fibrosos, tales como colágenos, elastina, fibronectina, laminina, integrina, glicoproteínas, proteoglicanos, y glicosaminoglicanos. Theocharis A, Skandalis S, Gialeli Ch, Karamanos N. Advanced Drug Delivery Reviews, Volume 97, 2016, 4–27 La unidad esencial del colágeno está constituida por tres cadenas de polipéptidos iguales o distintas que aparecen entrelazadas formando una triple hélice, constituyendo una unidad macromolecular denominada tropocolágeno. Las macromoléculas de tropocolágeno se agrupan entre sí y se unen mediante entrecruzamientos, constituyendo estructuras llamadas microfibrillas de colágeno. Centenares de estas fibrillas se unen lado a lado formando fibras colágenas. Las fibras de colágeno tienden a agruparse en conjuntos más grandes llamados haces colágenos. Graham Scarr Journal of Bodywork and Movement Therapies, 14:424–444. Al microscopio electrónico estas fibrillas exhiben un bandeo típico. Sobre todo en los extremos, las moléculas de tropocolágeno se unen fuertemente entre sí por entrecruzamiento covalente. El número de estos entrecruzamientos aumenta con la edad. Koolman, Röhm. Bioquímica Humana. Editorial Panamericana. 2011. La unidad básica de la fibra del colágeno es la molécula de tropocolágeno, una triple hélice de tres cadenas polipeptídicas iguales o distintas, cada una de ellas de aproximadamente 1000 residuos (aminoácidos) Las cadenas individuales son hélice a (levógiras), con aproximadamente 3,3 residuos/vuelta. Tres de estas cadenas se enrollan unas alrededor de las otras a derechas, con enlaces de puentes de hidrógeno, que se extienden entre ellas (no dentro de cada cadena.) • La secuencia repetida característica de las cadenas peptídicas del tropocolágeno es Gly-X-Y, donde X e Y puede ser cualquier aminoácido, pero lo más frecuente es que X sea prolina e Y 4- hidroxiprolina. • Por lo general contienen cerca de un 33% Gly, un 12-20% de prolina, un 10% de hidroxiprolina y un 0,6 % de hidroxilisina. • Glicina es el aminoácido con la cadena lateral más pequeña. • La 4-hidroxiprolina permite el marcado giro de la hélice del colágeno e interviene en la formación de los puentes de hidrógenos entre las cadenas a del tropocolágeno. Buehler M. Current Applied Physics, Volume 8, Issues 3–4, 2008, 440–442 Enzima prolil-4 hidroxilasa (a2b2): Cada subunidad a contiene un átomo de hierro no hemo (Fe2+). Estas hidroxilasas descarboxilan a-cetoglutarato empleando oxígeno molecular. Dos reacciones distintas: • Descarboxilación del a-cetoglutarato, mediante la entrada de oxígeno y formación de hidroxiprolina (prolina como cofactor). • Descarboxilación del a-cetoglutarato, formación de dehidroascorbato y de una molécula de agua (ácido áscórbico como factor). Estas enzimas tienen Fe2+ en su estructura que se oxida durante la descarboxilación. La utilización de prolina o ácido ascórbico permite reducir este ión. + H20 Nelson D. Cox M. Lehninger: Principios de Bioquímica. Ediciones Omega S.L., 2015 Residuos de glucosa y galactosa se transfiere a los grupos hidroxilos de las hidroxilisina mediante dos enzimas: • Galactosil transferasa: transfiere un residuo de galactosil a la hidroxilisina. • Glucosil transferasa: formar un disacárido por la adición de glucosa a la galactosil hidroxilisina. Garvican E, Vaughan-Thomas A,. Innes j, Clegg P. The Veterinary Journal, Volume 185, Issue 1, 2010, 36–42 Garvican E, Vaughan-Thomas A,. Innes j, Clegg P. The Veterinary Journal, Volume 185, Issue 1, 2010, 36–42 Formación de la triple hélice de procolágeno: se produce un alineamiento en la región carboxiterminal de las tres cadenas polipeptídicas, que inicia la formación de la triple hélice y progresa hacia el extremo animoterminal. Esta estructura se estabiliza por puentes de disulfuro y grupos de carbohidratos en la región propétido. Secreción del colágeno Después de ensamblarse en una estructura trihelicoidal, el procolágeno se transporta desde el retículo endoplasmátco rugoso al aparato de golgi, donde es empaquetado en agregados cilíndricos de vesículas secretoras y a continuación exportado al espacio extracelular por exocitosis. Después de la secreción de los procolágeno se procesan de forma independiente según el tipo de colágeno Los péptidos de extensión aminoterminales y carboxiterminales se eliminan al espacio extracelular por metaloproteinasas: proteinasas del procolágeno N y C terminales específicas Allisina La lisil oxidasa desamina oxidativamente el grupo amina de las cadenas laterales de algunos residuos de lisina e hidroxilisina, dando lugar a derivados aldehídicos reactivos, conocidos como allisina e hidroxiallisina, en los telopéptidos. Estos aldehído reaccionan con otros aldehído o residuos de hidroxilisina o de lisina para estableces uniones intramoleculares o intermoleculares. Rodríguez C. Cardiovasc Res 2008;79:7-13 Entrecruzamientos enzimáticos: • la ruta allisina, un residuo de lisina en el telopéptido de colágeno es convertido por la lisil oxidasa en la allisina aldehído • la ruta hidroxiallisina, un hidroxilisina residuo en el telopéptido se convierte en el aldehído hidroxiallisina. Posteriormente, la allisina o la hidroxiallisina reacciona con una lisina, hidroxialisina o un residuo de histidina en la triple hélice para formar di-, tri- o tetra-funcional enlaces cruzados Además, el colágeno se modifica por entrecruzamientos no enzimáticos (Glicaciónn o Glicosilación no enzimática): se forman en la vejez o en patología como la diabetes. Entrecruzamiento piridino deH-dihydroxylysinonorleucine (DHLNL) deH-hydroxylysinonorleucine (HLNL) deH-lysinonorleucine (LNL) Saito M., Marumo K. Front Endocrinol., 2013 £-amino a) groups IN qu e ou” JU Lysine Hydroxylysine aldehyde group b) / 'H oo + «iZ Lysine aldehyde Hydroxylysine ? e dehydro-hydroxylysino-norleucine crosslink (deH-HLNL) Enfermedad Definición Osteogénesis imperfecta Fracturas repetidas, huesos quebradizos, dientes anormales, piel delgada, tendones débiles, escleróticas azules, sordera progresiva. Con frecuencia es causada por un defecto en un gen que produce el colágeno tipo I: Alteraciones en los genes COL1A1 y COL1A2. En estos casos, la transmisión de la enfermedad es autosómica dominante. Tiene una incidencia global de uno de cada 20.000 nacimientos. Escorbuto Defectos del tejido conjuntivo, sangrado, pérdida de dientes. Deficiencia de ácido ascórbico, trastorno en la hidroxilación de residuos de prolina y de lisina Síndrome de Ehler´s Danlos Es el nombre por el que se conocen un grupo heterogéneo de enfermedades hereditarias del tejido conectivo, caracterizadas por hiperlaxitud articular, hiperextensibilidad de la piel y fragilidad de los tejidos (enzimas de la síntesis de colágeno, COL1A1, COL5A1) Type Molecular composition Genes (genomic localization) Tissue distribution Fibril-forming collagens I [α1(I)]2α2(I) COL1A1 (17q21.31–q22) bone, dermis, tendon, ligaments, cornea COL1A2 (7q22.1) La rigidez y fragilidad cada vez mayores del tejido conjuntivo en las personas de mayor edad son el resultado de la acumulación de entrecruzamientos covalentes en las fibrillas de colágeno a medida que envejecemos. La elastina (tropoelastina) es el componente principal de las fibras elásticas: resistir a la tensión, recuperando su conformación inicial cuando ésta cesa. Las fibras elásticas se organizan en la matriz extracelular en casi todos los tejidos conectivos y principalmente, en las arterias próximas al corazón y al pulmón, ligamentos y piel. fibrilina Moore J, Thibeault S. Journal of Voice, Volume 26, Issue 3, 2012, 269–275 • Un solo gen codifica para un polipéptido de aminoácidos de unos 72 kDa de masa molecular • Contiene un 33% de Gly, es muy abundante en prolina, presenta poca 4-hidroxiprolina y no tiene hidroxilisina, además de tener gran cantidad de aminoácidos apolares como la alanina. • En su estructura se distinguen dos tipos de regiones que se alternan: a) Dominios hidrofóbicos: Segmentos responsables de las propiedades elásticas de la molécula, cuya composición está formada principalmente por glicina, valina que forman giros b y agrupamientos helicoidales de los giros b que forman espirales b. b) Dominios hidrofílicos. Segmentos ricos en residuos de Alanina y lisina, que forman secuencias como Lys-Ala-Ala-Lys- y Lys-Ala-Ala-Ala-Lys, que participan a través de la Lisina en la formación de enlaces covalentes cruzados. Mecham R. Methods 45: 32–41. 2008. Síndrome de Marfan es una enfermedad genética relativamente infrecuente de los tejidos conectivos causada por mutaciones en el gen de la fibrilina 1 Gran estatura, con brazos y piernas de gran longitud y aracnodactilia, laxitud articular, deformaciones de la columna vertebral, válvulas mitrales blandas y problemas oculares. El presidente Abraham Lincoln. Además, del colágeno y de la elastina hay otras moléculas en la matriz extracelular: • Fibronectina. • Laminina • Integrina • Proteoglucanos y glucosaminoglucanos (heparina) Nelson D, Cox M. Lehninger: principios de Bioquímica. Ediciones Omega 2015.