Collagène : proline hydroxylase, vitamine C, scorbut ; glycosaminoglycanes

Le collagène est la protéine la plus abondante chez l'humain, formant une triple hélice constituée de chaînes α avec des répets Gly-X-Y. Modification post-traductionnelle : hydroxylation de la proline et de la lysine (proline/lysine hydroxylases — cofacteur ascorbate, vitamine C). Déficit en vitamine C → scorbut : fragilité vasculaire, saignements des gencives, altération de la cicatrisation des plaies. L'acide hyaluronique et d'autres glycosaminoglycanes (chondroïtine sulfate, héparane sulfate) constituent la base de la matrice extracellulaire du tissu conjonctif, du cartilage et de la peau.

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Collagène : caractéristiques générales

Le collagène est la principale protéine structurale de la matrice extracellulaire, synthétisée par les cellules du tissu conjonctif : les fibroblastes, les ostéoblastes, les chondroblastes. C'est une protéine fibrillaire qui assure une fonction de soutien et de résistance mécanique dans la peau, les tendons, les os, le cartilage et la paroi des vaisseaux sanguins.

La chaîne polypeptidique du collagène contient environ 1 000 résidus d'acides aminés. Particularités de la composition en acides aminés :

La structure primaire est caractérisée par le triplet répété (Gly-X-Y), où X est le plus souvent la proline et Y l'hydroxyproline ou l'hydroxylysine.

Organisation tridimensionnelle de la molécule

La chaîne polypeptidique s'enroule en une hélice α levogyre, plus étirée que l'hélice α classique des protéines globulaires : chaque tour comporte 3 résidus d'acides aminés. Trois de ces chaînes α s'enroulent l'une autour de l'autre pour former une super-hélice dextrogyre triple — l'unité structurale du collagène mature, le tropocollagène.

Modifications post-traductionnelles

La biosynthèse du collagène s'accompagne d'un grand nombre de modifications post-traductionnelles. La chaîne polypeptidique est synthétisée sur les ribosomes liés à la membrane du réticulum endoplasmique sous forme de précurseur, le préprocollagène. L'extrémité N-terminale comporte un peptide signal qui assure le transport de la chaîne dans la lumière du réticulum endoplasmique, après quoi il est clavé.

Principales étapes de la modification :

  1. hydroxylation des résidus de proline et de lysine ;
  2. glycosylation des résidus d'hydroxylysine ;
  3. assemblage de la triple hélice à partir de trois chaînes pro-α ;
  4. sécrétion du procollagène dans l'espace extracellulaire ;
  5. clivage des propeptides N- et C-terminaux (contenant des résidus de cystéine, raison pour laquelle le collagène mature ne contient pas de cystéine) ;
  6. assemblage des molécules de collagène en microfibrilles, en fibrilles, puis en fibres de collagène.

Hydroxylation de la proline et rôle de la vitamine C

La réaction clé est catalysée par la prolyl 4-hydroxylase. L'enzyme contient un ion Fe²⁺ dans son site actif et requiert comme cofacteurs l'α-cétoglutarate et l'O₂ moléculaire.

Au cours de la réaction :

L'acide ascorbique (vitamine C) est indispensable pour réduire le fer du site actif à l'état de Fe²⁺, car celui-ci est périodiquement oxydé en Fe³⁺ au cours de la catalyse. L'introduction du groupe OH dans la proline permet la formation de liaisons hydrogène supplémentaires entre les chaînes de la triple hélice, ce qui augmente considérablement la thermostabilité et la résistance mécanique du collagène.

Scorbut — carence en vitamine C

En cas de déficit en acide ascorbique, la prolyl 4-hydroxylase perd son activité, l'hydroxylation de la proline et de la lysine est compromise, et un collagène anormal doté d'une stabilité de triple hélice réduite est synthétisé.

Manifestations cliniques du scorbut :

Acide hyaluronique et glycosaminoglycanes

L'acide hyaluronique appartient aux glycosaminoglycanes — des polysaccharides linéaires de la matrice extracellulaire, constitués de motifs disaccharidiques répétés (résidus d'acide uronique et d'aminosucre).

Propriétés fonctionnelles de l'acide hyaluronique :

Pertinence clinique : hyaluronidase et infections

Certaines bactéries pathogènes (par exemple, les agents responsables de la gangrène gazeuse, les streptocoques et les staphylocoques) sécrètent une enzyme, la hyaluronidase, qui dégrade l'acide hyaluronique. La dépolymérisation du polysaccharide entraîne la liquéfaction de la substance fondamentale du tissu conjonctif, augmente sa perméabilité et facilite l'invasion des micro-organismes et des toxines dans les tissus.

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