Colágeno

Organización estructural

La cadena polipeptídica del colágeno contiene unos 1000 residuos de aminoácidos. La estructura primaria tiene un patrón estricto y se escribe con la fórmula [Gly-X-Y], donde X suele ser prolina e Y es hidroxiprolina. Es destacable que en la molécula están completamente ausentes el triptófano y la cisteína, mientras que la proporción de glicina alcanza el 33%.

La estructura secundaria de una cadena simple es una hélice $\alpha$ dextrógira estirada (3 aminoácidos por vuelta). No se forman enlaces de hidrógeno dentro de ella, y su estabilidad se mantiene por la repulsión estérica de los anillos de prolina. En el siguiente nivel, tres de estas cadenas se entrelazan en una superhélice levógira, la molécula de tropocolágeno. Gracias a su pequeño tamaño, la glicina encaja perfectamente en el eje central de esta estructura, asegurando un empaquetamiento denso.

Etapa intracelular de la síntesis

La biosíntesis comienza en los ribosomas del retículo endoplásmico rugoso de fibroblastos, condroblastos u osteoblastos. La pro-cadena $\alpha$ sintetizada sufre modificaciones postraduccionales esenciales:

1. Hidroxilación. Se añaden grupos OH a los residuos de prolina y lisina. Para funcionar, las enzimas (hidroxilasas) requieren oxígeno, $\alpha$-cetoglutarato, iones de hierro ($Fe^{2+}$) y vitamina C, que mantiene el hierro en su estado activo reducido.
2. Glicosilación. Se unen componentes de carbohidratos a la hidroxilisina formada.
3. Ensamblaje. Los propéptidos de los extremos N y C forman puentes disulfuro, iniciando el giro de las tres cadenas en la hélice de procolágeno. Las proteínas chaperonas supervisan el correcto plegamiento.

Maduración extracelular y fibrilogénesis

Tras la secreción a la matriz extracelular, peptidasa específicas escinden los extremos del procolágeno. El tropocolágeno resultante comienza a ensamblarse espontáneamente en microfibrillas. Las moléculas se disponen en paralelo con un desplazamiento de 1/4 de su longitud, lo que en las microfotografías electrónicas se observa como una estriación transversal con lagunas (centros de la futura mineralización).

Para lograr la resistencia estructural definitiva, se forman enlaces cruzados covalentes. La enzima lisil oxidasa (dependiente de cobre y con participación de las vitaminas PP y B6) oxida la lisina a alilisina; posteriormente, estos residuos se condensan de manera espontánea formando enlaces aldol e imina que unen firmemente la fibra.

Tipos de colágeno y su localización

Se conocen 19 tipos de colágeno que difieren en su estructura primaria y funciones. Los principales grupos son:

• Fibrilares (tipos I, II, III). Soporta cargas mecánicas colosales. El tipo I constituye la base de huesos, dentina, tendones y córnea. El tipo II predomina en cartílagos y humor vítreo. El tipo III forma fibras reticulares en órganos parenquimatosos (hígado, riñones) y vasos sanguíneos.
• Formadores de red (tipo IV). Forma el armazón flexible de las membranas basales. Su característica es la conservación de los péptidos terminales y la presencia de inserciones no helicoidales que le confieren elasticidad.
• Fibrillas de anclaje (tipo VII). Conectan la epidermis con la dermis subyacente.

Catabolismo y patologías

El colágeno se renueva extremadamente despacio y, con la edad, la cantidad de enlaces cruzados aumenta, dificultando su degradación. La hidrólisis primaria la realiza la colagenasa tisular (una metaloproteinasa de matriz dependiente de zinc), que escinde la molécula en dos fragmentos (de 1/4 y 3/4 de longitud). A continuación, actúan las proteasas lisosomales.

Debido al enorme tamaño de los genes y a su complejo corte y empalme (splicing), la síntesis de colágeno es propensa a mutaciones frecuentes. Los defectos provocan enfermedades hereditarias graves: las mutaciones en el tipo I causan osteogénesis imperfecta (fragilidad ósea); en el tipo III, el síndrome de Ehlers-Danlos (aneurismas, hipermovilidad articular); en el tipo IV, el síndrome de Alport (patología renal); y en el tipo VII, la epidermólisis bullosa.

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Mecanismo bioquímico de acción de la lisil oxidasa y formación de enlaces cruzados aldólicos.
• Características de la polimerización del colágeno formador de red de tipo IV (membranas basales).
• Especificidad de las metaloproteinasas de matriz (MMP-1) en el catabolismo de las proteínas de la matriz.
• Genética del síndrome de Ehlers-Danlos: defectos en las enzimas de procesamiento.
• Papel de los fibroblastos y la hipoxia en la síntesis de colágeno durante la regeneración tisular.

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Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.