Composición bioquímica
Las propiedades de cualquier tejido dependen de las proporciones y de cómo están organizados exactamente los dos componentes básicos de la matriz extracelular:
- Proteínas
- Colágeno: forma el armazón estructural principal.
- Elastina: responsable de la distensibilidad y la elasticidad del tejido.
- Fibronectina: actúa como una proteína adhesiva universal.
- Laminina: componente adhesivo fundamental que une las células a las estructuras subcelulares (característico de las membranas basales).
- Heteropolisacáridos
- Glucosaminoglucanos (GAG).
- Proteoglicanos: complejos complejos formados por un núcleo proteico y cadenas de GAG.
Membranas basales
Las membranas basales son capas delgadas de matriz que aíslan las células (epiteliales, endoteliales, adiposas, musculares, de Schwann) del tejido conjuntivo circundante.
Bajo el microscopio electrónico se observa una estructura de dos capas de la membrana:
- Lamina rara (lámina clara): se adhiere directamente a la membrana celular.
- Lamina densa (lámina densa): entra en contacto con el tejido conjuntivo subyacente.
Organización molecular: El armazón estructural está formado por colágeno de tipo IV, que constituye una red tridimensional elástica. A esta red se unen la laminina y los proteoglicanos con heparán sulfato (HSPG). Un papel crucial desempeña la glucoproteína sulfatada nidógeno. Su cadena polipeptídica tiene tres dominios globulares: uno une firmemente la laminina y el otro, el colágeno de tipo IV. Como resultado, el nidógeno actúa como un «conector», formando el complejo ternario «laminina - nidógeno - colágeno».
Funciones de las membranas basales:
- De soporte: fijación y orientación estricta de las células.
- De filtración: en los túbulos renales, la membrana actúa como un filtro semipermeable, impidiendo el paso de macromoléculas plasmáticas a la orina primaria.
- Barrera electrostática: las cadenas de proteoglicanos poseen una carga negativa elevada. Repelen físicamente las moléculas con carga negativa (por ejemplo, las proteínas plasmáticas) y los eritrocitos.
- Reguladora: participación en los procesos de regeneración y embriogénesis.
Organización de las capas subepiteliales
Para evitar que la membrana basal del epitelio se despegue del tejido conjuntivo (estroma/dermis), existe un mecanismo de «anclaje». El principal elemento organizador aquí es el colágeno de tipo VII.
Los dímeros de esta proteína forman haces (fibrillas de anclaje). Mediante sus extremos C se unen a la lámina densa (lamina densa) de la membrana basal y se extienden hacia el interior del tejido, formando bucles.
En la región subepidérmica, estos bucles se fijan de dos maneras:
- Se fijan a los «discos de anclaje», engrosamientos especiales de la matriz compuestos por colágeno de tipo IV.
- Envuelven las fibrillas intersticiales (colágeno de tipos I y III) que pasan a través de ellos.
Biomecánica del cartílago articular
El cartílago debe soportar cargas mecánicas colosales. Su «endoesqueleto» (red fibrilar) está formado por colágenos de tipos II, IX y XI. Sin embargo, la función de amortiguación recae enteramente en las macromoléculas que retienen agua.
En el cartílago se forman enormes agregados de alto peso molecular compuestos por agrecano y ácido hialurónico. Las cadenas de glucosaminoglucanos que los componen actúan como polianiones: poseen numerosos grupos ácidos y una potente carga negativa. Debido a esto, la matriz atrae agua (alta hidratación).
Mecanismo de acción:
- Durante la compresión, el agua es expulsada físicamente de la matriz hacia el exterior. Esto continúa hasta que la presión interna de turgencia equilibra la carga.
- Al cesar la carga, se produce la descompresión y el agua fluye de regreso al cartílago.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cuáles son las principales clases de glucosaminoglucanos (GAG) en la matriz?
Las principales clases de glucosaminoglucanos (GAG) en la matriz incluyen el ácido hialurónico, así como los GAG sulfatados. La clasificación incluye:
- Ácido hialurónico: no sulfatado.
- Condroitín sulfatos: sulfatados (habitualmente en C4 o C6).
- Dermatán sulfatos: epímero del condroitín sulfato, sulfatados en C4.
- Queratán sulfatos: el único GAG sin ácido urónico, sulfatado en C6.
- Heparina: GAG sulfatado.
- Heparán sulfatos: contiene grupos N- y O-sulfato.
Todos los GAG mencionados, excepto el ácido hialurónico, contienen un grupo sulfato y son polianiones.
¿De qué etapas consta la biosíntesis del colágeno?
El proceso de formación del colágeno se divide en dos etapas principales: intracelular (síntesis y modificación) y extracelular (maduración y ensamblaje).
Etapas intracelulares:
- Síntesis de preprocolágeno; el proceso comienza en los ribosomas del retículo endoplasmático rugoso.
- Escisión del péptido señal.
- Hidroxilación de la prolina y la lisina.
- Para la hidroxilación de la prolina intervienen la enzima prolil hidroxilasa y el cofactor vitamina C.
- Glicosilación.
- Formación de la triple hélice: procolágeno.
- Secreción hacia la matriz extracelular.
Etapas extracelulares:
- En la matriz extracelular se produce la escisión de los propéptidos terminales (N y C) por acción de las procolágeno peptidasas.
- Se forma el tropocolágeno.
- El tropocolágeno es capaz de autoensamblarse en fibrillas de colágeno: las moléculas de colágeno se unen en microfibrillas y luego en fibrillas maduras.
- Se forman enlaces cruzados.
- Las fibrillas se agregan en haces grandes; el producto final es la fibra de colágeno.
¿Con qué receptores de la superficie celular se une la fibronectina?
La fibronectina en la superficie celular se une a las integrinas (receptores celulares en la membrana plasmática). En particular, la fibronectina es un ligando para las siguientes $\alpha\beta$-integrinas leucocitarias:
- VLA-4 ($\alpha_4\beta_1$)
- VLA-5 ($\alpha_5\beta_1$)
- LPAM-1 ($\alpha_4\beta_7$)
¿Qué enzimas degradan las proteínas de la matriz extracelular?
Las proteínas de la matriz extracelular son degradadas por enzimas proteolíticas, entre las cuales las fuentes mencionan:
- Metaloproteinasas de matriz (MMP). La colagenasa MMP-1 es una enzima de la matriz extracelular dependiente de Zn²⁺; realiza la hidrólisis primaria de la molécula de colágeno nativa en dos fragmentos: 1/4 y 3/4 de la longitud total. También participa en la degradación de otras proteínas de la matriz: laminina y fibronectina.
- Otras proteasas, incluidas las gelatinasas, que actúan posteriormente en el catabolismo del colágeno para su hidrólisis completa hasta aminoácidos.
- Proteasas lisosomales, que escinden los fragmentos de colágeno de triple hélice resultantes.
- Las serina proteasas se mencionan junto con las MMP como enzimas proteolíticas que se activan en la patogenia del debilitamiento de la cubierta de tejido conjuntivo de la placa aterosclerótica.
Las capas de la membrana basal son fáciles de recordar según la lógica de densidad: primero va la lámina lúcida (*lamina rara*, del lat. rara, adyacente a la célula), delgada y poco densa, y luego la lámina densa (*lamina densa*, del lat. densa), que se apoya en el tejido conjuntivo.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué cambia la estatura humana a lo largo del día?
Este es un ejemplo clínico del funcionamiento de la matriz hidratada de los discos intervertebrales. Durante el día, bajo la acción del peso corporal, el agua es expulsada del cartílago (pérdida de aproximadamente un 20%) y la estatura disminuye de 1 a 2 cm. Durante el sueño, sin carga, el agua regresa. En el espacio, sin gravedad, la estatura puede aumentar hasta 5 cm.
¿Debido a qué la membrana basal actúa como una barrera electrostática?
La barrera es proporcionada por proteoglicanos que portan una alta carga negativa. Estos repelen físicamente a las moléculas y células cargadas negativamente, previniendo la pérdida de proteínas plasmáticas y eritrocitos.
¿Qué es el nidógeno y para qué sirve?
Es una glucoproteína sulfatada con tres dominios globulares. Actúa como un «conector» (puente de unión): con un dominio se fija a la laminina y con el otro al colágeno tipo IV.
Qué más repasar sobre el tema
- Componentes menores de la matriz del cartílago: proteoglicanos pequeños, factores de crecimiento y proteínas no colágenas (ancorina, condroadherina).
- Estructura y funciones de la molécula de laminina: sitios de unión a células y a la matriz.
- Organización de las moléculas de agrecán y ácido hialurónico en el cartílago.
- El papel de la matriz extracelular en el desarrollo embrionario y la regeneración tisular.
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