Fuentes celulares de colágeno
Aunque el «constructor» clásico y más conocido del colágeno es el fibroblasto, la capacidad de sintetizarlo no es exclusiva de este. Dependiendo del tipo de tejido, esta tarea la asumen células completamente diferentes:
- Tejido conectivo fibroso: fibroblastos.
- Tejidos esqueléticos: condroblastos (en el tejido cartilaginoso) y osteoblastos (en el tejido óseo).
- Órganos hematopoyéticos: células reticulares.
- Paredes de los vasos sanguíneos: miocitos lisos (ubicados en la túnica media del vaso).
- Membranas basales: epiteliocitos, fibras musculares y otras células que contactan directamente con la membrana.
Etapa intracelular: maduración del procolágeno
El proceso comienza en los ribosomas del retículo endoplasmático rugoso (RER). Aquí se forman las cadenas polipeptídicas de procolágeno, el precursor de la futura fibra. La principal diferencia del procolágeno radica en la presencia en los extremos de las cadenas de secuencias de aminoácidos adicionales que se pliegan en estructuras globulares. Estos glóbulos actúan como un mecanismo de seguridad: impiden físicamente que las moléculas se adhieran formando fibras directamente dentro de la célula.
El procesamiento intracelular incluye los siguientes pasos:
- Hidroxilación. En la luz del RER se produce la modificación de los residuos de aminoácidos: prolina y lisina. Para esta reacción es crítico un cofactor: la vitamina C (ácido ascórbico).
- Ensamblaje de la hélice. Allí mismo, en el RER, las cadenas polipeptídicas se unen enrollándose en una triple hélice. Los extremos globulares protectores se conservan en este proceso.
- Glicosilación. La molécula se desplaza al aparato de Golgi, donde se le unen oligosacáridos.
- Secreción. El procolágeno ya formado se empaqueta en vesículas de transporte y se expulsa al espacio extracelular mediante exocitosis.
Etapa extracelular: fibrilogénesis
Una vez en la matriz extracelular, la molécula precursora debe transformarse en una fibra completa. Este proceso se denomina fibrilogénesis.
- Formación del tropocolágeno. Enzimas especiales (procolágeno-peptidasas) escinden los glóbulos terminales protectores. La molécula liberada pasa a llamarse tropocolágeno.
- Preparación para el entrecruzamiento. Entra en acción la enzima lisil oxidasa. Esta oxida los residuos de lisina e hidroxilisina, creando las condiciones químicas para la formación de fuertes enlaces covalentes entre las moléculas.
- Ensamblaje de estructuras de orden superior. Las moléculas de tropocolágeno se unen mediante enlaces de hidrógeno y covalentes formando protofibrillas. A continuación, las protofibrillas se adhieren entre sí mediante glucoproteínas y proteoglucanos. De este modo se forman las fibrillas, que finalmente se ensamblan en gruesas fibras de colágeno.
Correlaciones clínicas
La comprensión de la biosíntesis del colágeno explica directamente la patogenia de ciertas enfermedades del tejido conectivo:
Trastornos nutricionales (Escorbuto) Se desarrolla debido a una carencia prolongada de vitamina C en la dieta. A causa del déficit de cofactor, se detiene la etapa de hidroxilación del procolágeno. Las moléculas no pueden formar la estructura estable adecuada, lo que da lugar a fibras inmaduras y débiles. Clínicamente, esto se manifiesta con lesiones en el tejido conectivo y las membranas basales: el paciente presenta sangrado intenso, atrofia gingival y pérdida de piezas dentales.
Causas genéticas (Displasias sistémicas) Surgen debido a mutaciones en los genes que codifican las enzimas o las propias proteínas implicadas en las distintas fases del ensamblaje y la maduración del colágeno. Esto provoca un amplio espectro de graves defectos congénitos del tejido conectivo.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cuál es la estructura molecular de la hélice de tropocolágeno y cuántas cadenas alfa contiene?
El tropocolágeno es una molécula en forma de bastón compuesta por tres cadenas polipeptídicas $\alpha$. Estas tres cadenas están enrolladas entre sí formando una superhélice dextrógira (triple hélice). Cada una de las cadenas polipeptídicas contiene alrededor de 1000 aminoácidos.
¿En qué enfermedad genética se altera la escisión de los propéptidos del procolágeno?
La escisión de los propéptidos del procolágeno se altera en el síndrome de Ehlers-Danlos tipo VIII. La causa de la enfermedad es un defecto genético en las enzimas procolágeno peptidasas, que normalmente llevan a cabo la escisión de los propéptidos terminales (N- y C-) en la etapa extracelular de maduración.
Para recordar el papel de la vitamina C, utiliza esta asociación: la letra «C» se asemeja a una manzana mordida (escorbuto, pérdida de dientes), y la propia vitamina «C» Conecta la Cuerda [Hélice] (mediante la hidroxilación).
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué se diferencia el procolágeno del tropocolágeno?
El procolágeno presenta estructuras globulares adicionales en los extremos de las cadenas polipeptídicas que impiden el ensamblaje prematuro de la fibra dentro de la célula. En el tropocolágeno estos extremos ya han sido escindidos por enzimas.
¿En qué orgánulo se produce la hidroxilación de los residuos de prolina y lisina?
Este proceso transcurre en la luz del retículo endoplásmico rugoso (granular).
¿Para qué sirve la lisil oxidasa?
La lisil oxidasa oxida los residuos de lisina e hidroxilisina en el espacio extracelular. Esto es necesario para la formación de enlaces covalentes (entrecruzamientos) entre las moléculas de tropocolágeno.
¿Por qué vía abandona el procolágeno la célula?
Se secreta al espacio extracelular mediante exocitosis, tras haber sido empaquetado previamente en vesículas de transporte en el aparato de Golgi.
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura y funciones del RE rugoso y del aparato de Golgi
- Organización de la sustancia intercelular (matriz)
- Estructura molecular de los enlaces de hidrógeno y covalentes en las fibrillas
- Papel de las glucoproteínas y proteoglucanos en el ensamblaje de las fibras de colágeno
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