Síntesis de colágeno: modificaciones postraduccionales, papel de la vitamina C y ácido hialurónico

Etapas de la biosíntesis de colágeno: hidroxilación de prolina y lisina con participación de ácido ascórbico, formación de la triple hélice y de las fibrillas. Funciones del ácido hialurónico en la matriz intercelular.

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El colágeno como proteína estructural del tejido conjuntivo

El colágeno es la principal proteína estructural de la matriz intercelular del tejido conjuntivo. Es sintetizado por las células del tejido conjuntivo (principalmente fibroblastos). La cadena polipeptídica del colágeno contiene alrededor de 1000 residuos de aminoácidos, siendo cada tercer residuo glicina. Alrededor del 20% corresponde a prolina e hidroxiprolina, y el 40% restante a otros aminoácidos.

Característica de la composición de aminoácidos: en el colágeno prácticamente no hay cisteína ni triptófano, y la cantidad de histidina es baja. La estructura primaria se suele describir como un triplete repetitivo (Gly — X — Y), donde en la posición X suele haber prolina y en la Y, hidroxiprolina. Dicha secuencia permite que la cadena se pliegue en una hélice alfa levógira característica, más extendida que la hélice alfa de las proteínas globulares: solo hay tres residuos de aminoácidos por vuelta. Tres de estas cadenas se entrelazan posteriormente en una superhélice dextrógira (tropocolágeno).

Biosíntesis del procolágeno y el papel del RE

Las cadenas polipeptídicas del colágeno se sintetizan en los ribosomas del retículo endoplásmico rugoso en forma de un precursor, el preprocolágeno. En el extremo N-terminal de la molécula se encuentra un péptido señal que asegura la orientación de la cadena en crecimiento hacia la cavidad del RE. Tras la translocación, el péptido señal se escinde y se forma el procolágeno, el cual experimenta numerosas modificaciones postraduccionales.

Principales modificaciones postraduccionales:

Hidroxilación de la prolina y el papel de la vitamina C

La reacción clave en la maduración del colágeno es la hidroxilación de la prolina, catalizada por la enzima prolil hidroxilasa. En el centro activo de la enzima se encuentra un átomo de hierro Fe²⁺. Para mantener el hierro en su forma reducida (+2) se requiere ácido ascórbico (vitamina C): este actúa como cofactor, reduciendo el hierro oxidado.

En la reacción participan oxígeno molecular y α-cetoglutarato. Un átomo de oxígeno se une a la prolina para formar hidroxiprolina, mientras que el segundo se destina a la descarboxilación oxidativa del α-cetoglutarato con la formación de succinato y CO₂. De manera similar se hidroxila la lisina para formar hidroxilisina.

Significado biológico de la hidroxilación: el grupo OH introducido forma puentes de hidrógeno adicionales que estabilizan la triple hélice del colágeno. En caso de deficiencia de vitamina C, la hidroxilación se altera y la triple hélice pierde su resistencia, lo que se manifiesta clínicamente como escorbuto: sangrado de encías, movilidad dental, alteración en la cicatrización de heridas y fragilidad vascular.

Ensamblaje de fibrillas y fibras de colágeno

Tras la formación de la triple hélice, el procolágeno es secretado fuera de la célula. En el espacio extracelular, proteasas específicas escinden los péptidos de registro N- y C-terminales, convirtiendo el procolágeno en tropocolágeno. Las moléculas de tropocolágeno se asocian espontáneamente en estructuras ordenadas con un desplazamiento escalonado (~1/4 de la longitud), formando:

  1. microfibrillas, haces de moléculas de tropocolágeno;
  2. fibrillas de colágeno, agregados de microfibrillas;
  3. fibras de colágeno, haces de fibrillas visibles al microscopio óptico.

La estabilización adicional de la estructura es proporcionada por enlaces cruzados covalentes que se forman con la participación de residuos de hidroxilisina.

Ácido hialurónico en la matriz intercelular

El ácido hialurónico es un glucosaminoglucano no sulfatado y un componente fundamental de la sustancia intercelular. Consta de unidades repetitivas de disacáridos de ácido glucurónico y N-acetilglucosamina. Su principal propiedad biológica es la capacidad de unir una gran cantidad de agua, gracias a la cual la sustancia intercelular adquiere el carácter de una matriz gelatinosa.

Funciones del ácido hialurónico:

Varias bacterias patógenas (por ejemplo, los agentes causales de la gangrena gaseosa, los clostridios) sintetizan la enzima hialuronidasa, que degrada el ácido hialurónico. La degradación de la matriz altera el estado gelatinoso de la sustancia intercelular y facilita la diseminación de la infección en los tejidos.

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