MED LEZ 36 COLLAGENE ED ECT Bulbarelli
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Spazio extracellulare, ricco di H20, fattori di crescita, ormoni, citochine +
rete di macromolecole. Molto abbondante nei tessuti connettivi.
RUOLO: STRUTTURALE: impalcatura del corpo dei vertebrati,
FUNZIONALE: migrazione cell., proliferazione cell., forma, attività
metabolica tissutale
ORIGINE: generata da cellule epitelio MESENCHIMALE (tessuto connettivo
embrionale da cui originano connettivi, tessuto osseo, tessuto cartilagineo,
sangue...).
Osteoblasti osso
Fibroblasti tessuto connettivo, tendineo
Condroblasti cartilagine
Odontoblasti denti
MATRICE EXTRACELLULARE
Matrice extracellulare
COMPOSIZIONE: Sostanza fondamentale + proteine fibrose
Sostanza fondamentale: matrice amorfa e gelatinosa contatta il citoscheletro
cellulare ancorando le cellule, attraverso interazioni specifiche proteine
recettoriali TM e proteine fibrose :
extracellulari fibronectina/laminina, proteoglicani, fibre di collagene.
Intracellulari actina, talina, vinculina, (citoscheletro).
Fibre di collagene
COLLAGENE, ELASTINA: proteine fibrose strutturali
RESISTENZA ALLA TRAZIONE.
FIBRONECTINA, LAMININA: proteine fibrose adesive
ADESIONE CELLULARE
PROTEOGLICANI E GLICOSOAMINOGLICANI (GAG)
componenti della matrice gelatinosa, molecole molto
idratateRESISTENZA ALLA COMPRESSIONE,
PRINCIPALI PROTEINE
DELLA MATRICE EXTRACELLULARE
Proteina più abbondante del
tessuto connettivo:
25% delle proteine totale
determina la forma dei tessuti,
> resistenza > quantità collagene
COLLAGENE
72% pelle
68% cornea
50% cartilagine
23% tessuto osseo
10% polmoni
12-24% pareti aorta
4% fegato
Fascio di
fibre di collagene
Fibrille
Presente in qualsiasi alimento di origine
animale.
Insolubile in acqua perché ricca di aminoacidi
idrofobici, denaturato assumendo un aspetto
trasparente/gelatinoso.
Enzima digestivo: COLLAGENASI
Ricco di aa NON essenziali: basso valore
biologico.
COLLAGENE: famiglia di proteine codificate
da geni diversi.
Collagene di tipo I (connettivo propriamente detto: tendini, osso, dentina, cemento)
Collagene di tipo II (fibre reticolari: cartilagine)
Collagene di tipo III (fegato, milza, pelle, polmoni)
Collagene di tipo IV (lamina basale)
COMPOSIZIONE AMINOACIDICA: 33% Glicina (COO-CH2-NH3 più
abbondante, non ha catene laterali): ingombro nullo, elevata compatibilità
con organizzazione strutturale della proteina (tripla elica).
SEQUENZA AA RIPETUTA: Gly – X – Y (sequenza primaria).
prolina (X) e idrossiprolina (Y) aa prevalentemente presenti nella tripletta
aa modificati:
Idrossiprolina: modificazione post-traduzionale in presenza di acido
ascorbico (vitamina C), Fe++ e O2.
Allisina, Idrossilisina: precursore lisina.
UNITÀ FUNZIONALE: TROPOCOLLAGENE: tripla elica allungata,
altamente lineare e ordinata costituita da 3 catene polipeptidiche avvolte
tra loro in modi da prendere contatto sulla glicina (poco ingombro,
massimo compattamento).
STRUTTURA RESISTENTE A TRAZIONE E COMPRESSIONE (analogia con
cavi d’acciaio).
STRUTTURA:
SUPERAVVOLGIMENTO
gly X
Ygly
Ogni catena polipeptidica
si ritorce su se stessa in
senso antiorario
Tre catene si avvolgono
tra di loro in senso orario.
In ogni elica il «passo»
(giro) è di 3 aa.
MATURAZIONE COLLAGENE
PREPROCOLLAGENE
N-term
C-term
Procollagene peptidasi
Eventi a sinistra della linea
avvengono all’interno della
cellula, Eventi a destra sono
extracellulari
PEPTIDI DI ALLUNGAMENTO
(PA):
promuovono avvolgimento
delle catene tra loro
(start: C-terminale).
N-terminale indirizza la catena
nascente verso l’esterno: RE,
Golgi, superficie cellulare
(esocitosi).
PA rimossi dal procollagene da
proteasi nello spazio extracell:
Dal RER catene singole di
PREPROCOLLAGENE, si
assemblano formando
PROCOLLAGENE che per
taglio proteolitico origina
TROPOCOLLAGENE.
Il gruppo ossidrilico dei residui di idrossilisina del collagene può
essere glicosilato mediante l’addizione di glucosio e galattosio prima
che si formi la tripla elica.
Una volta idrossilate e glicosilate le pro-catene formano il
procollagene
STRUTTURA DEL COLLAGENE
TROPOCOLLAGENE
STRUTTURA:tripla elica che deriva dall’avvolgimento di
tre catene polipeptidiche
FIBRILLE DI
COLLAGENE
FIBRE DI
COLLAGENE
I diversi tipi di collagene sono divisi principalmente in due
sottofamiglie:
1) FIBRILLARE: derma, cornea, tendini ecc., aspetto organizzato
in fasci10-300 nm diametro bandeggiature.
2) NON-FIBRILLARE: membrana basale, organizzato in strutture
flessibili a rete ma meno ordinate
1 2
LEGAMI TRASVERSALI
L’idrolisi di questi
legami conferisce
aspetto gelatinoso
LISINA, ossidata
ad ALLISINA
Allisine di 2 fibre di
tropocollagene
affiancate formano
tra loro legami
covalenti (legami
forti)
FORMAZIONE DI RUGHE:
La formazione di legami trasversali procede spontaneamente per azione
delle LISIL NH3OSSIDASI ed aumenta con l’invecchiamento assieme ai
residui di allisina : si forma un > numero di rughe.
LISIL NH3OSSIDASILisil
amino-ossidasi
TURNOVER/DEGRADAZIONE del COLLAGENE
Adulti: lento
Embrione/feto: veloce.
Nei tx in fase di rigenerazione, le collagenasi tissutali sostengono ilrimodellamento tissutale: ex. utero dopo parto.
COLLAGENASI: enzimi proteolitici:
idrolizzano tripla elica del collagene.
DEGRADAZIONE lisosomale, attività
monitorabile per l’ escrezione
urinaria di Idrossiprolina, non
metabolizzata dall’organismo
COLLAGENASI BATTERICA:
gangrena gassosa
(Clostridiopeptidasi A).
PATOLOGIESCORBUTO: emorragie, ematomi,
caduta dei denti causata da gengive
lasse.
Mancanza di vitamina C NO
idrossilazione di prolina e lisina NO
legami intracatena
collagene debole, lasso
rilassamento strutturale:
pelle, capillari, gengive, ossa denti ne
risentono.
Denutrizione o malnutrizione: scarso
apporto di vitamina C dalla
frutta/verdura: scorbuto
ALTERAZIONI
GENGIVALI
NELLO
SCORBUTO
Assenza o inattività enzimi maturazione
collagene: patologia di Ehlers-Danlos (9
varianti geniche).
Variante 5: carenza lisil ossidasi, no
allisina, no legami trasversali: collagene
cutaneo lasso. Pazienti affetti da questa
malattia, hanno la pelle che quando
viene tirata non ritorna nella posizione
iniziale.
Gene per collagene mutato:
delezione o sostituzione di aa
(glicina <--> cisteina)
OSTEOGENESI IMPERFECTA
Scorretto assemblaggio della tripla
elica: fratture, deformazioni ossee,
morte prematura nei casi gravi.
PATOLOGIE
OMIM®
Online Mendelian Inheritance in Man®
Online Catalog of Human Genes and Genetic Disorders
FIBRE ELASTICHE
Le fibre elastiche, a differenza del collagene, si allungano se sottoposte a trazione; al cessare della trazione, le fibre riacquistano la loro forma originale.
• seconda proteina dopo collagene più importante della matrice
• 750 aminoacidi, 72 kDa un solo gene
• 66% aa neutri, soprattutto: glicina (33%), prolina (11%), alanina (22%).
•Poca idrossiprolina 1 %. Manca idrossilisina.
•più idrofobica, aspetto simile alla “gomma”: ritorna nella configurazione
originale dopo allungamento.
• conferisce caratteristiche estensive: arterie e polmoni.
• permette una corretta funzionalità di vasi sanguigni, legamenti e pelle.
ELASTINA
ELASTINA
UNITA’ COSTITUENTE:
TROPOELASTINA (organizzata in
filamenti poveri di legami idrogeno).
Presenti legami crociati (covalenti) tra
residui di allisina o tra lisina-allisina,
ma sono meno numerosi: la
struttura è meno rigida e organizzata.
Legami tra molecole di tropoelastina
formano strutture particolari di
DESMOSINA che conferiscono
elasticità per sostenere la trazione
in tutte le direzioni
CATENE
PEPTIDICHE
DELL’ELASTINA
Stirata: si allunga,
formando una rete
irregolare simile al
collagene
A riposo: struttura
disordinata
molto
irregolare e
compressa
(random coil)
Avvolgimenti casuali (random coil) delle molecole di elastina permettono
ai tessuti (pelle, arterie) di ritornare alla posizione iniziale dopo essere
stati deformati
ESTENSIBILITA’ DELL’ELASTINA
PATOLOGIE
TURNOVER ELASTINA controllato dalla
ELASTASI.
Nelle pareti alveolari del tx polmonare attività
elastasi molto regolata da proteina α1-AT
a1-AT inibisce elastasi impedendo
distruzione tx polmonare (Tx che non
rigenera)
Mutazione nel gene per a1-AT: no inibizione
elastasi, degradazione non controllata tx
connettivo polmonareENFISEMA.
a1-AT agisce sulla ELASTASI interagendo
con un residuo aa di metionina che nel
fumatore è ossidato e non riconoscibile:
enfisema dei fumatori
ENFISEMA POLMONARE
COMPONENTI DELLA
MATRICE EXTRACELLULARE
Nella sostanza fondamentale sono presenti:
Glicosaminoglicani (GAG): lunghi polimeri lineari di unità
disaccaridiche solforate covalentemente legate a proteine/ residui
aa (unico GAG legato a proteine ma non solforato è acido
ialuronico).
Proteoglicani: costituiti da un asse proteico sul quale si legano i
glicosaminoglicani, nella cartilagine formano la matrice gelificata
legati all’acido ialuronico.
Glicoproteine: molecole a prevalenza proteica, localizzate nella
membrana basale come la laminina o sparse nella matrice come la
fibronectina.
GLICOSAMMINOGLICANI
Catene
oligosaccaridi
di carica
negativa,
si respingono
tra loro:
lasciano libero
dello spazio
per l’H20.
La
compressione
espelleH2O,
(che poi
rientra)
Legano H20 formando gel compatto nel quale sono immerse le fibre
(collageniche, reticolari, elastiche) abbondanti nel liquido sinoviale, umor
vitreo occhio
SINTESI E DEGRADAZIONE
GLICOSAMMINOGLICANI
SINTESI
Tx connettivi, RER e Golgi
Analoga alla sintesi del
glicogeno
Donatori UDP-zuccheri (che
sono amminozuccheri)
DEGRADAZIONE
emivita breve (2-10 gg)
per fagocitosi entrano in
cellula
Lisosomi: idrolasi acide
Carenza idrolasi lisosomiali:
mucopolisaccaridosi
=
malattie ereditarie:
accumulo di glicosamminoglicani nei
tessuti, deformazioni scheletriche,
alterazioni matrice extracellulare
PROTEOGLICANI
PROTEOGLICANI: proteine
con grossa componente
glucidica (>95%)
STRUTTURA: proteina +
centinaia di catene
polisaccaridiche di GAG
FUNZIONI:
partecipano adesione
cellulare,
riempiono spazi intercellulari
nei tessuti,
interazione con
glicosamminoglicani (GAG)
resistenza alla pressione
Nei PG i GAG si legano all’asse proteico sia mediante legame N-
glicosidico che O-glicosidico
Hynes RO, Naba A. Overview of the matrisome--an inventory of extracellularmatrix constituents and functions. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012 Jan1;4(1):a004903.
GLICOPROTEINE
Proteine + oligosaccaridi
sintesi: RER e Golgi
degradate nei lisosomi da idrolasi acide
possono essere secrete o incorporate nella PM
funzioni molto diverse
FUNZIONI
GLICOPROTEINE
La glicosilazione avviene
generalmente a livello del RE
tramite legame tra il C1-P dello
zucchero e UTP. Si libera il gruppo
pirofosforico che PROMUOVE LA
FORMAZIONE DI UDP-ZUCCHERI
L’ UDP-zucchero viene trasferito da
glicosiltransferasi sulla sequenza
aa predestinata (l’energia di legame
viene dalla rottura del legame
UDPzucchero)
zuccheri maggiormente utilizzati:
mannosio, glucosammina, acido
sialico e acido glucuronico
GLICOPROTEINE: PROTEINE+CARBOIDRATI (RAPPORTO
1:60%)
1) Legame tra la porzione glucidica e proteica è covalente,
2) Le catene polisaccaridiche sono ramificate
GLICOPROTEINE
DIVERSE FUNZIONI DELLE GLICOPROTEINE
1) recettori che mediano il riconoscimento delle superfici cellulari
(inibizione da contatto, blocco della proliferazione)
2) conferiscono antigenicità alle superfici cellulari (i gruppi
sanguigni sono determinati da glicoproteine presenti sulla
superficie)
3) proteine plasmatiche la porzione glucidica conferisce >
solubilìtà
4) nel RE molte chaperonine sono glicoproteine (ex. HSP70) che
aiutano nel folding proteico
5) enzimi lisosomiali quando presenti nella membrana lisosomiale
6) importanti componenti della matrice (in particolar modo alcuni
proteoglicani)
7) parti fondamentali delle MUCINE, funzione lubrificante, secreti
mucosi del tratto respiratorio e gastro-intestinale.
SINDROME DI MARFAN: deficit di fibrillina-1 (GLICOPROTEINA).
Alta statura, braccia e gambe lunghe, aracnodattilia, spina dorsale malformata, difetti valvolari cardiaci, dislocazione del cristallino, fragilità dell’aorta
Abraham Lincoln
Charles de Gaulle
Nicolò Paganini
STRUTTURA dell’osso
OSSO ADULTO = OSSO
LAMELLARE forma l’osso
maturo, tessuto organizzato
con fibre collagene orientate
ordinatamente in parallelo e
strati ossei sovrapposti a
formare lamelle ossee.
osso spugnoso e compatto
costituito da strati di lamelle
ossee prodotte da OSTEOCITI
Osso non lamellare: scheletro
embrione e feto. Adulto: suture
cranio, labirinto osseo, 1° tessuto
osseo che si forma durante la
riparazione delle fratture
Osso leggero, plastico, più elastico,
meno consistente rispetto il lamellare,
contiene minore quantità di minerali.
Fibre di collagene mancano di un
orientamento preferenziale, definite
fibre intrecciate.
1) FIBRE COLLAGENE di tipo I
2) PROTEOGLICANI
3) GLICOPROTEINE:
PROTEINE DI ADESIONE
(FIBRONECTINA, OSTEOPONTINA, SIALOPROTEINA
OSSEA)
PROTEINE-REGOLATRICI (OSTEOCALCINA,)
9-11 % fosfato inorganico (PO4)
19-25 % Ca++ 2-4 % Carbonato (CO3)
sotto forma di: CRISTALLI di IDROSSIAPATITE
LUNGHEZZA 20-40nm
SPESSORE 1.5-3nm
TESSUTO CONNETTIVO DENSO, contenente vasi sanguigni, vasi linfatici e
fasci nervosi: approvvigionamento, smaltimento, informazione.
STRUTTURA E
COMPOSIZIONE
PORZIONE MINERALIZZATA:
impalcatura fibrosa proteica costituita da
collagene di tipo I aa prevalenti: Glicina,
Prolina, Lisina, acido Glutammico, Alanina e
Arginina. (Osteoblasti)
strati minerali (fibre ricoperte da
idrossiapatite [Ca10(PO4)6(OH)2]: 60% Ca,
30% P e 10% O2 e H. Minerale presente
anche libero in natura.
CELLULE SPECIALIZZATE: osteoblasti, osteociti, osteoclasti, presenti sia
sulla superficie che all'interno, gestiscono le funzioni metaboliche del
tessuto
Metabolismo osseoIl tessuto mineralizzato è composto per il 60% da Ca2+ e P immagazzinati nello
scheletro.
[Ca2+] nel corpo = 1.5% del peso corporeo, CALCEMIA= (2.25 - 2.6 mmol/l )
Se valore calcemia scende: osteoclasti intensificano il loro lavoro di
scomposizione ossea.
Se valore calcemia aumenta: osteblasti producono più fibrille sulle quali si
può depositare l'idrossiapatite.
ogni giorno osteoclasti scompongono 500 mg di Ca2+ dalle ossa
ogni anno un soggetto adulto rinnova circa il 25 % del tessuto osseo: elevata
attività metabolica.
Mineralizzazione dell’ossoFormazione e lisi delle VESCICOLE DELLA MATRICE EXTRACELLULARE
(VME)innesco del processo di mineralizzazione dell’osso
Ruolo
centrale
VME in contatto con
matrice extracell si lisa
Microcristalli di fosfato
di Ca++: INNESCO
Degrada PG in
molecole per
aumentare
deposizione
cristalli
Fix Ca2+
Frammenta PPi
RIASSORBIMENTO
(LISI) DELL’OSSO
EFFETTO MINERALIZZANTE
EFFETTO DEMINERALIZZANTE
processo di riassorbimento
occorrono OSTEOCLASTI
MATURI
Maturazione: innescata da
fattori osteolitici (PTH, Vit D)
rilasciati dagli osteoblasti i
cui R sono sugli osteoclasti
RANKL = receptor activator
of NFkappaB.
RANK-R
Attivazione
Trascrizione nucleare
Solubilizzazione idrossiapatite
=
Demineralizzazione osso
OPG = Osteoprotegerina
Domain apicale
increspato
pompa H+/Na
pHacidoSolubilizza
idrossiapatite
x
RACHITISMO (INFANZIA)
OSTEOMALACIA (ETÀ ADULTA)
Incompleta mineralizzazione ossea
EZIOLOGIA:
deficienza o resistenza Vit D Diminuito
intake/produzione Ca++
Metabolismo difettoso (fegato,reni)
Aumentata escrezione Ca++(reni)
Post-menopausa
La carenza di estrogeni,
aumenta l’attività degli osteoclasti
• FATTORI DI RISCHIO
• Menopausa precoce
• Fumo, alcool
OSTEOPOROSI
Prevenzione: dieta, terapia ormonale, calcio,
vitamina D, esercizio fisico