Colágeno: características generales
El colágeno es la principal proteína estructural de la matriz extracelular, sintetizada por células del tejido conectivo: fibroblastos, osteoblastos, condroblastos. Es una proteína fibrosa que cumple funciones de soporte y mecánicas en la piel, los tendones, los huesos, los cartílagos y las paredes de los vasos sanguíneos.
La cadena polipeptídica del colágeno contiene unos 1000 residuos de aminoácidos. Características de la composición de aminoácidos:
- cada tercer aminoácido es glicina (aprox. 33%);
- alrededor del 20% corresponde a prolina y hidroxiprolina;
- alrededor del 10% corresponde a lisina y hidroxilisina;
- ausencia de cisteína y triptófano;
- escasas cantidades de histidina, metionina y tirosina.
La estructura primaria se escribe como un triplete repetitivo (Gly–X–Y), donde X es con mayor frecuencia prolina, e Y es hidroxiprolina o hidroxilisina.
Organización espacial de la molécula
La cadena polipeptídica se pliega en una hélice α levógira, más extendida en comparación con la hélice α clásica de las proteínas globulares: hay 3 residuos de aminoácidos por vuelta. Tres de estas cadenas α se enrollan entre sí para formar una superhélice triple dextrógira, la unidad estructural del colágeno maduro: el tropocolágeno.
Modificaciones postraduccionales
El biosíntesis de colágeno va acompañada de un gran número de modificaciones postraduccionales. La cadena polipeptídica se sintetiza en los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplásmico en forma de un precursor: el preprocolágeno. En el extremo N-terminal hay un péptido señal que asegura el transporte de la cadena a la luz del retículo endoplásmico; después de esto, se escinde.
Principales etapas de modificación:
- hidroxilación de los residuos de prolina y lisina;
- glicosilación de los residuos de hidroxilisina;
- ensamblaje de la triple hélice a partir de tres cadenas pro-α;
- secreción del procolágeno al espacio extracelular;
- escisión de los propéptidos N- y C-terminales (que contienen residuos de cisteína, por lo que el colágeno maduro no tiene cisteína);
- ensamblaje de las moléculas de colágeno en microfibrillas, fibrillas y posteriormente en fibras de colágeno.
Hidroxilación de la prolina y el papel de la vitamina C
La reacción clave es catalizada por la prolil hidroxilasa. La enzima contiene un ion Fe²⁺ en su centro activo y requiere como cofactores α-cetoglutarato y O₂ molecular.
Durante la reacción:
- un átomo de oxígeno se incorpora al grupo OH del residuo de prolina;
- el segundo átomo de oxígeno se utiliza para la descarboxilación oxidativa del α-cetoglutarato con la formación de succinato y CO₂.
El ácido ascórbico (vitamina C) es necesario para reducir el hierro del centro activo al estado de Fe²⁺, ya que durante la catálisis se oxida periódicamente a Fe³⁺. La introducción del grupo OH en la prolina asegura la formación de puentes de hidrógeno adicionales entre las cadenas de la triple hélice, lo que aumenta drásticamente la termoestabilidad y la resistencia mecánica del colágeno.
Escorbuto: deficiencia de vitamina C
En caso de deficiencia de ácido ascórbico, la prolil hidroxilasa pierde su actividad, la hidroxilación de la prolina y la lisina se altera y se sintetiza un colágeno defectuoso con menor estabilidad de la triple hélice.
Manifestaciones clínicas del escorbuto:
- aumento de la fragilidad y permeabilidad vascular, hemorragias en la piel y las mucosas;
- sangrado de encías, aflojamiento y pérdida de dientes;
- alteración en la cicatrización de heridas;
- dolor articular, daño al tejido óseo.
Ácido hialurónico y glucosaminoglicanos
El ácido hialurónico pertenece a los glucosaminoglicanos, polisacáridos lineales de la matriz extracelular formados por unidades de disacáridos repetitivos (residuos de ácido urónico y un aminoazúcar).
Características funcionales del ácido hialurónico:
- se une a una gran cantidad de agua, confiriendo a la sustancia intercelular una consistencia gelatinosa;
- se une a los iones Na⁺ y Ca²⁺, participando en la regulación del equilibrio hidroelectrolítico;
- proporciona elasticidad al cartílago, al cuerpo vítreo y al líquido sinovial;
- ejerce una función de barrera, dificultando la propagación de microorganismos.
Significado clínico: hialuronidasa e infecciones
Ciertas bacterias patógenas (por ejemplo, los agentes causales de la gangrena gaseosa, estreptococos, estafilococos) secretan la enzima hialuronidasa, que degrada el ácido hialurónico. La despolimerización del polisacárido conduce a la licuefacción de la sustancia fundamental del tejido conectivo, aumenta su permeabilidad y facilita la invasión de microorganismos y toxinas en los tejidos.
Puntos clave
- El colágeno está formado por tripletes Gly–X–Y, donde Y suele ser hidroxiprolina; la cisteína y el triptófano están ausentes.
- La unidad estructural es una superhélice triple dextrógira compuesta por cadenas α levógiras.
- La biosíntesis incluye numerosas modificaciones postraduccionales en el retículo endoplásmico y en el espacio extracelular.
- La prolil hidroxilasa requiere Fe²⁺, O₂, α-cetoglutarato y ácido ascórbico.
- La hidroxiprolina estabiliza la triple hélice mediante puentes de hidrógeno.
- La deficiencia de vitamina C causa escorbuto con afectación vascular, de las encías y alteración de la cicatrización de heridas.
- El ácido hialurónico es un glucosaminoglicano que retiene agua y cationes en la matriz.
- La hialuronidasa bacteriana destruye la matriz, lo que favorece el desarrollo de infecciones, incluida la gangrena gaseosa.