COLAGENO Introduccion
El colágeno es una proteína fibrosa que forma el tejido conectivo, y que en los mamíferos y aves constituye una proporción muy importante de las proteínas totales, del orden de un cuarto del total, lo que la hace la mayoritaria. Existen varios tipos de colágeno, designados por números romanos. En el colageno de tipo , el más abundante, la unidad estructural constituyente es el tropocolágeno, una proteína de alrededor de !"".""" de peso molecular, constituida por tres cadenas del mismo tama#o, dos de ellas id$nticas, las llamadas α%, y otra ligeramente distinta, la α&. 'as tres cadenas están unidas entre sí por puentes de hidrógeno entre los grupos amino y carboxilo de los restos de glicina, y por puentes de hidrógeno con las cadenas laterales de la hidroxiprolina, formando una h$lice triple, estructura peculiar del colágeno. Esta h$lice solamente se rompe en los extremos. El colágeno de tipo está formado por tres cadenas id$nticas α%, y tiene la peculiaridad de que en el extremo carboxilo terminal las tres cadenas no están agrupadas en forma de h$lice, sino unidas entre ellas por puentes disulfuro. Este tipo de colágeno, situado en en el perimio y endomisio del músculo, parece ser especialmente importante en cuanto a conferir dure(a a la carne. 'as unidades de tropocolágeno, que tienen una longitud de unos &.)"" amstrongs, se encuentran agrupadas de forma paralela, unidas unas a otras para formar las fibras de colágeno. *entro de las fibras, las unidades están despla(adas aproximadamente un cuarto de su longitud con respecto a las contiguas, y cada unidad dista de la siguiente unos +"" amstrongs
La composición de aminoácidos del colágeno es bastante particular. La glicina representa, en moles, proximadamente 1/3 de los aminoácidos presentes. También También contienen contienen cantidades muy elevadas elevadas de prolina, prolina, y de hidro hidroxiprolina xiprolina hasta el 1!"#, y es una de las pocas prote$nas %ue contiene hidroxilisina. La presencia de hidroxiprolina suele utili&arse como criterio anal$tico para evaluar la cantidad de colágeno te'ido conectivo# presente en productos cárnicos picados. Tanto Tanto la hidroxilisina hidroxilisina como la hidroxipr hidroxiprolina olina se producen producen después de la s$ntesis s$ntesis de la cadena polipeptidica, por modi(cación de los aminoácidos no hidroxilados hidroxilados por en&imas espec$(cos. La secuencia primaria de las cadenas c adenas del colágeno es también muy peculiar, ya, excepto en los extremos de la cadena, la glicina está distribuida de )orma regular, ocupando la posición de uno de cada tres aminoácidos. Las peculiaridades de la secuencia del colágeno hacen posible su peculiar estructura secundaria. secundaria. *l pe%ue+o tama+o de la glicina permite %ue se entrecrucen tres cadenas, meintras %ue la rigide& %ue produce el anillo de prolina )avorece el ángulo de giro %ue adoptan. l aumentar la edad del animal, el colágeno presenta mayor n-mero de
entrecru&amientos por uniones covalentes entre las cadenas. *stos puentes se )orman por la acción in icial del en&ima lisinoxidasa, %ue trans)orma en aldehidos a la lisina o a la hidroxilisina, aldehidos %ue posteriormente se pueden condensar mediante reacciones %u$micas espontáneas con otros grupos. *l calentamiento del colágeno produce su desnaturali&ación, cuya primera consecuencia es un enorme acortamiento de las (bras, acortamiento %ue se produce a una temperatura caracter$stica para el colágeno de cada especie animal. También se destruye la estructura de triple hélice La temperatura a la %ue se desnaturali&a el colágeno depende del contenido de prolina e hidroxiprolina mayor contenido, mayor es la temperatura necesaria. *n este sentido, existe una gran di)erencia en contenido de prolina y en la temperatura de desnaturali&ación entre el colágeno de los animales de sangre caliente y el de los peces, ambas bastante mas pe%ue+as en los segundos. *n algunos peces de aguas )r$as, el colágeno se desnaturali&a a menos de !0. *n el cocinado de los alimentos, parte del colágeno se solubili&a y )orma la 2gelatina2, %ue imparte viscosidad a los guisos. *l colágeno es un componente abundante en piel, tendones, sistema vascular y otros materiales de desecho, de donde se puede obtener la gelatina comercial, %ue es un producto de degradación parcial del colágeno, extraida por calentamiento tras un tratamiento en medio ácido o alcalino. ependiendo del tipo de tratamiento, se obtiene un tipo de gelatina distinto . La gelatina es un material muy -til en tecnolog$a de los alimentos, para la obtención de geles reversibles térmicamente, de punto de 2)usión2 muy ba'o. *stos geles se )orman por en)riamiento mediante la unión de cadenas por reconstrucción parcial de hélices del tipo de las del colágeno, pero con grandes &onas desorgani&adas. esde el punto de vista nutricional, el colágeno y a-n más la gelatina, son prote$nas muy dese%uilibradas en cuanto a su composición de aminoácidos. *l colágeno es muy de(ciente en triptó)ano, y la gelatina prácticamente carece de él, ya %ue el poco %ue exist$a se suele destruir en su preparación. La )acilidad con la %ue se proteoli&a depende mucho de us estado. *l colágeno nativo es bastante resistente a la proteoliis por parte de la mayor$a de las proteinasas, mientras %ue el colágeno desnaturali&ado se hidroli&a )ácilmente http//mil4sci.uni&ar.es/bio%uimica/temas/proteins/colageno.html
Colágeno *l colágeno es una molécula proteica %ue )orma (bras, las (bras colágenas. *stas se encuentran en todos los organismos pluricelulares. 5on secretadas por las células del te'ido con'untivo como los (broblastos, as$ como por otros tipos celulares. *s el componente más abundante de la piel y de los huesos, cubriendo un 6" de la masa total de prote$nas en los mam$)eros. aracter$sticas )$sico7%u$micas 8editar9 'as fibras colágenas son flexibles, pero ofrecen gran resistencia a la tracción. El punto de ruptura de las fibras colágenas de los tendones humanos se alcan(a con una fuer(a de varios cientos de ilogramos por centímetro cuadrado. - esta tensión solamente se han alargado un peque#o porcentaje de su longitud original.
uando el colágeno se desnaturali(a por ebullición y se deja enfriar, manteni$ndolo en una solución acuosa, se convierte en una sustancia bien conocida, la gelatina.
5$ntesis del colágeno 8editar9 El colágeno se origina por una proteína precursora / monómero0 llamada tropocolágeno que mide alrededor de !"" nanómetros de largo y %,+ nm de diámetro. El tropocolágeno está formado por tres cadenas polipeptídicas llamadas cadenas alfa /no h$lices alfa0. ada cadena 1 está constituida por un polip$ptido, formado por una repetición en tándem de tres aminoácidos siendo muy ricas en prolina o hidroxiprolina y glicina, las cuales son fundamentales en la formación de la superh$lice. 'a hidroxiprolina constituye alrededor de un %" a %& 2 de todos los resíduos aminoacídicos del colágeno, dependiendo dicho porcentage del tipo de colágeno. 'a forma química más abundante de la hidroxiprolina que forma parte del colágeno es la +3trans3453'3prolina. ada cadena tiene un peso molecular de alrededor de %"".""" *a. 6racias a su estructura anular rígida, la prolina estabili(a la conformación helicoidal en cada una de sus cadenas 17 'a glicina, sin embargo, se sitúa ocupando un lugar cada tres residuos locali(ándose a lo largo de la región central, debido sin duda a su peque#o tama#o, y favoreciendo al denso empaquetamiento de las tres cadenas 1, de configuración levógira, necesario para la formación de la superh$lice de colágeno. 'as tres cadenas se enrollan y se fijan mediante enlaces transversales para formar una triple h$lice dextrógira con una distancia entre las vueltas de ),8 nanómetros. 'a triple h$lice se mantiene unida entre si debido a puentes de hidrógeno, que no afectan a todas las tres cadenas, sino aproximadamente a &9! de cada cadena alfa. -demás, los tropocolágenos se unen entre si por medio de enlaces entre algunos aminoácidos, llamados :crosslinings:. -demás poseen unos pocos aminoacidos llamados lisinas, las cuales sufren transformaciones catali(adas por la en(ima lisina oxidasa, la cual actua sobre los residuos ;, transformándolos en grupos aldehidos, por lo que la lisina pasa a llamarse alisina, que es capa( de formar uniones covalentes con otras alisinas para consolidar las fibrillas de colageno.
:ormación del colágeno 8editar9 ada una de las cadenas polipeptídicas es sinteti(ada por los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplásmico y luego son traslocadas al lumen del mismo en forma de grandes precursores /procadenas 10, presentando aminoácidos adicionales en los extremos amino y carboxilo terminales. En el retículo endoplásmico los residuos de prolina y lisina son hidroxilados para luego algunos ser glucosilados en el aparato de 6olgi, parece ser que estas hidroxilaciones son útiles para la formación de puentes de hidrógeno intercatenarios que ayudan a la estabilidad de la superh$lice.
:unción 8editar9 'as fibras de colágeno forman estructuras que resisten las fuer(as de tracción. =u diámetro en los diferentes tejidos es muy variable y su organi(ación tambi$n7 en la piel de los mamíferos están organi(adas como cestos de mimbre, lo que permite la oposición a las tracciones ejercidas desde múltiples direcciones. En los tendones lo están en haces paralelos que se alinean a lo largo del eje principal de tracción. En el tejido óseo adulto y en la córnea se disponen en láminas delgadas y superpuestas, paralelas entre sí, mientras las fibras forman ángulo recto con las de las capas adyacentes. 'as c$lulas interactúan con la matri( extracelular tanto mecánica como químicamente, lo que produce notables efectos sobre la arquitectura tisular. -sí, distintas fuer(as actúan sobre las fibrillas de colágeno que se han secretado, ejerciendo tracciones y despla(amientos sobre ellas, lo que provoca su compactación y su estiramiento.
Tipos de colágeno 8editar9 El colágeno en lugar de ser una proteína única, se considera una familia de mol$culas estrechamente relacionadas pero gen$ticamente distintas. =e describen varios tipos de colágeno> •
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Colágeno tipo I: 5e encuentra abundantemente en la dermis, el hueso, el tendón y la córnea. 5e presenta en (brillas estriadas de ! a 1!! nm de diámetro, agrupándose para )ormar (bras colágenas mayores. 5us subunidades mayores están constituidas por cadenas al)a de dos tipos, %ue di(eren ligeramente en su composición de aminoácidos y en su secuencia. uno de los cuales se designa como cadena al)a1 y al otro, cadena al)a. *s sinteti&ado por (broblastos, condroblastos y osteoblastos. 5u )unción principal es la de resistencia al estiramiento. Colágeno tipo II: 5e encuentra sobre todo en el cart$lago, pero también se presenta en la córnea embrionaria y en la notocorda, en el n-cleo pulposo y en el humor v$treo del o'o. *n el cart$lago )orma (brillas (nas de 1! a ! nanómetros, pero en otros microambientes puede )ormar (brillas más grandes, indistinguibles mor)ológicamente del colágeno tipo ;. *stán constituidas por tres cadenas al)a de un -nico tipo. *s sinteti&ado por el condroblasto. 5u )unción principal es la resistencia a la presión intermitente. Colágeno tipo III: bunda en el te'ido con'untivo laxo, en las paredes de los vasos sangu$neos, la dermis de la piel y el estroma de varias glándulas.
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Colágeno tipo V:
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Colágeno tipo VII: 5e encuentra en la lámina basal.
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Colágeno tipo VIII:
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Colágeno tipo IX: 5e encuentra en el cart$lago articular maduro. ;nteract-a con el tipo ;;. Colágeno tipo X:
http//es.>i4ipedia.org/>i4i/ol"3"1geno ?L@*A? INTRODUCCION Se define una proteína como colágeno si contiene la triple hélice de colágeno de forma mayoritaria en su estructura molecular formando un agregado extracelular con una función predominantemente estructural. El colágeno es una proteína fibrosa insoluble que se caracteriza por contener grandes cantidades de una estructura regular formando un cilindro de una gran longitud. El colágeno se encuentra en todos los tejidos en los que sire de armazón de sostén. Su importancia se corresponde con su eleado porcentaje! por ejemplo" supone el #$ del hígado" el %&$ de los pulmones" el '&$ del cartílago y el (&$ de la piel. El colágeno está compuesto por tres cadenas que forman una triple hélice ) *+ ,ada cadena tiene unos %#&& aminoácidos de los cuales uno de cada tres es una glicina. - interalos regulares se encuentran otros aminoácidos" la prolina y la hidroxiprolina" poco frecuentes en otras proteínas. a presencia de estos aminoácidos particulares permite que las tres cadenas se enrrollen una alrededor de la otra formando una fibra muy resistente. -demás" entre las cadenas se establecen puentes de hidrógeno que confieren al colágeno una gran estabilidad Se conocen al menos %/ tipos de colágeno" numerados del 0 al 100 ) *+. El más sencillo" de tipo 0 contiene una larga hebra de triple hélice que termina en los llamados telopéptidos )cada uno de los cuales finaliza en un 2,334 o 254/ terminal+" que son peque6os segmentos que ya no tienen estructura superhelicoidal. as moléculas de colágeno de tipo 0 se asocian una al lado de la otra mediante una reacción catalizada por una enzima específica la lisil2oxidasa que une la hidroxiprolina de una cadena con un resto de lisina de otra cadena. 7e esta manera se forman largas fibras. En otros tipos de colágeno" las cadenas finalizan por estructuras más o menos globulares. 8or ejemplo" la membrana basal que soporta la piel está formada un colágeno de tipo 09 ) *+ que tiene un extremo o cabeza globular y una cola extra. En la membrana basal" las cabezas se unen una con otras mientras que las colas se asocian de cuatro en cuatro formando unos complejos en forma de 1. 7e esta manera se forma un retículo en el que otras moléculas )en este caso laminina y otros proteoglicanos+ se entrecruzan formando una densa lámina ) *+ . El colágeno de tipo 0 está codificado por los genes COL1A1 y COL1A2. El colágeno de tipo 00 ) *+" abundante en el cartílago hialino" en el humor ítreo del ojo y en el n:cleo pulposos de los discos interertebrales está formado por fibras mucho mas gruesas. El colágeno de tipo 000" está codificado por el COL1A3. Se encuentra en casi todos los tejidos en los que aparece el tipo 0 siendo
excepciones" los huesos" los tendones y la córnea. El colágeno de tipo 90 ) *+ se encuentra en muchos tejidos" incluyendo la aorta" los tendones y la piel. Es producido por los fibroblastos. a síntesis del colágeno se inicia en el citoplasma formándose cadenas aisladas que son lleadas al r etículo endoplásmico donde los residuos de lisina y de prolina son hidroxilados" mediante sendas enzimas que requieren ;e<= y itamina , como cofactores ) *+ . a hidroxilación de la prolina hace termoestable a la proteína" mientras que la hidroxilacion de la lisina permitirá el entrecruzamiento de arias triples hélices. En este punto" las glicosil2transferasas del retículo endoplásmico glicosilan algunos restos de hidroxilisina. a triple hélice es ensamblada entonces quedando los extremos como polipéptidos libres" que pueden plegarse para formar las estructuras globulares. as triples helices son transportadas al aparato de >olgi donde son modificadas por sulfatación" fosforilándose algunas serinas. El procolágeno resultante terminado es excretado de la célula a traés de esículas secretoras a conersión del procolágeno en colágeno tiene lugar extracelularmente. os telopéptidos terminales son hidrolizados por proteasas específicas y las triples hélices se ensamblan en fibrillas" momento en el que pueden participar otras proteínas del tejido conjuntio como la laminina. -lgunos de los restos de hidroxilisina son conertidos a aldehidos reactios por la lisil2oxidasa" aldehidos que reaccionan con otros restos de lisina o hidroxilisina para formar los entrecruzamientos. ENFERMEDADES DEL COLÁGENO Se conocen algunos los detalles de los defectos que pueden producirse en la síntesis del colágeno y en las enfermedades asociadas! •
Síndrome de Ehlers27anlos! reciben este nombre un conjunto de por lo menos %& desórdenes que son clinica" genética y bioquímicamente diferentes" pero que se manifiestan todos ellos por una debilidad estructural del tejido conjuntio.
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3steogénesis imperfecta! se conocen al menos # enfermedades con este nombre caracterizadas por fracturas m:ltiples y deformidades
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Escorbuto! resulta de la deficiencia de itamina , en la dieta" con lo cual no puede formarse la hidroxiprolina ya que la enzima lisil2oxidasa necesita esta itamina como cofactor. El colágeno de los enfermos de escrobuto en menos estable de lo normal lo que explica muchas de las manifestaciones clínicas de esta enfermedad
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Síndrome de ?arfan! un desorden del tejido conjuntio que afecta sobre todo a los sistemas musculoesquéletico y cardioascular y a los ojos. os pacientes muestran una complexión asténica" con estatura alta" largos brazos y manos y dedos como los de una ara6a. a musculatura está pobremente desarrollada" con poca grasa subcutánea y una gran laxitud de las articulaciones y ligamentos. a enfermedad se debe a una mutación del gen FBN1 que codifica la fibrilina2%
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,utis laxo! una enfermedad muy rara" adquirida o congénita" en la que la degeneración de las fibras elasticas de la piel hace que esta quede suelta y pendulante. a enfermedad se debe a un defecto de la lisil2oxidasa" una enzima dependiente de cobre que cataliza las rea cciones de entrecruzamiento de la elastina @uianiemi et al. )%AA(+ han reisado los datos sobre las cerca de /(B diferentes mutaciones encontradas en los genes que codifican los colágenos tipos 0" 00" 000" 01" 1" y 10 de =%( pacientes no relacionados. a mayor parte de las mutaciones )/%(C (B$ del total+ fueron de una sola base" bien por intercambio de un codón de un aminoácido crítico bien por un empalme anormal del D5-. as mutaciones de estos colágenos ocasionan un amplio espectro de enfermedades del hueso" cartílago y asos sanguíneos" incluyendo la osteogenesis imperfecta" una amplia ariedad de condrodisplasias" síndrome de Ehlers27anlos tipos 09 y 900 y" ocasionalmente" tipos raros de osteoporosis" osteoartritis y aneurisma familiar.
El colágeno se utiliza en cirugía cosmética en la llamada terapia de sustitución de colágeno" procedimiento que consiste en inyectar subcutáneamente colágeno natural o sintético en las áreas en las que se quiere que desaparezcan arrugas )*+" cicatrices u otras imperfecciones de la piel. Fambién se están utilizando como soporte en cultios de células cartilaginosas para implantar posteriormente a pacientes que han sufrido lesiones" con una nuea tecnología denominada ingeniería de tejidos )*+ REFERENCIAS
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R.M.Schultz, M.N. Liebman: Proteíns: Composition and structure. En: Tetboo! o" #iochemistr$ %ith Clinical Correlations. Ed. T.M.&e'lin, ())* p+ *-//
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01. Piez: Collaen t$pes: a re'ie%. En: &e'elopment and &iseases o" Cartilae and #one Matri. 2()3/4 1.Riss Ed. p+ (()
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0ui'aniemi, 5.6 Tromp, 7.6 Proc!op, &. 8. : Mutations in "ibrillar collaen s 2t$pes 9, 99, 999, and 94, "ibrilassociated collaen 2t$pe 94, and net%or!"ormin collaen 2t$pe 4 cause a spectrum o" diseases o" bone, cartilae, and blood 'essels. Hum. Mutat. ): ;<<;(=, ())/.
http>99???.iqb.es9monografia9fichas9ficha"!8.htm ¿Q! es e" #o"$geno% Co"$genos os colágenos representan el grupo más amplio de proteínas animales. -ctualmente han sido descritos como mínimo /( diferentes tipos de colágenos. ,omo proteína estructural" son el componente fundamental del sistema de sostén del organismo animal! los huesos" cartílagos" tendones" el tejido conjuntio y la piel. -parte" son un componente importante de las paredes de los asos sanguíneos" membranas basales" la córnea y algunos órganos del cuerpo. 8or ello la importancia biológica del colágeno es muy significatia. as formas degradantes y patológicas del colágeno" son causas de una amplia gama de enfermedades del tejido conjuntio" que se denominan como el grupo de las enfermedades del colágeno o colagenosis. Fodas estas enfermedades tienen la característica com:n que afectan órganos como las articulaciones" el corazón" los asos sanguíneos" los m:sculos y la piel. El colágeno también tiene una función importante en el proceso de enejecimiento del organismo" cuando los órganos cuyo componente orgánico fundamental es el colágeno" no pueden cumplir normalmente sus funciones fisiológicas.
El colágeno tipo 0 es el más difundido y el más importante. Es una materia prima muy importante para una amplia gama de especialidades técnicas. Son muy importantes en productos farmacéuticos como fieltros y espumas hemostáticas" hilos de sutura quir:rgicos" membranas de colágeno" filtros y otro s similares. El colágeno es incluso un elemento muy importante de complementos alimentarios" en los cuales cumple una función tanto terapéutica como profiláctica" en el tratamiento de afecciones en porciones clae del aparato locomotor" dígase articulaciones y tendones. Es aproechado también en la industria cosmética en preparados para suprimir los efectos del enejecimiento de la piel.
a composición aminoacídica del colágeno es muy similar en diferente s grupos animales" en su mayoría las diferencias son mínimas. El signo característico de su composición química es el aminoácido glicina en cada tercera posición" lo cual condiciona una estructura espacial muy peculiar" y el contenido de un iminoácido poco frecuente" la hidroxiprolina. En el genoma humano" se han encontrado más de #& genes colágenos y aproximadamente una igual cantidad de genes que codifican secuencias más cortas o más largas de cadenas polipeptídicas muy parecidas al colágeno. El colágeno generalmente produce secciones de fibras blancas no transparentes que están enueltas en diferentes cantidades de proteoglucanos y otras proteínas ) en dependencia del tipo de tejido+ . as fibras colágenas son microscópicamente bien identificables por sus estrías transersales" facilidad para la tinción histológica" su capacidad de hincharse" y de contracciones repentinas" las cuales sucumben a los mas o menos &G. - esta temperatura una parte del colágeno se disuele en agua oliéndose gelatina o cola" debido a lo cual el colágeno obtuo su nombre" )del griego colagené 2 productor de cola+.
,omo todas las demás proteínas" el colágeno también está constituido por más o menos /& tipos de aminoácidos esenciales. 8or ello" su estructura específica depende en pr imer lugar en la secuencia de restos de aminoácidos" llamado estructura primaria de las cadenas polipeptídicas. - partir de ésta" se derian las propiedades estructurales de los órdenes superiores" y las propiedades físicas y biológicas de la proteína. as moléculas del colágeno" son sintetizadas por las formas celulares" como cadenas polipeptídicas simples" pero que cumplen sus funciones" como parte de una estructura polimolecular muy compleja" las fibrillas del colágeno. as moléculas indiidualmente" se t ransforman en fibrillas complejas mediante un proceso complicado y multígrado" en cuyo comienzo está el precursor de la cadena fundamental" el cual tiene en su porción final 5" un peculiar brote peptídico" llamado péptido pro2colágeno. Hste péptido que está a:n a niel molecular" está expuesto a toda una sucesión de graduales modificaciones" como es la hidroxilación de algunos de los r estos de prolina y lisina" por enzimas específicas y el encadenamiento de algunas moléculas de carbohidratos a algunos restos de hidroxilisinas. Se supone" que la función del péptido procolágeno es el estiramiento en longitud y la ordenación espacial de tres cadenas polipeptídicas en una triple molécula completa pro2colágena. Esta molécula es más adelante secretada hacia el espacio extracelular " donde el péptido procolágeno es separado enzimáticamente" y la molécula adquiere la capacidad de agregarse en fibrillas. 7urante el proceso de enejecimiento" aumenta la fortaleza mecánica de las fibrillas" formando enlaces coalentes transersos de tipo intramolecular e intermolecular.
En el hombre y los demás animales los tejidos conjuntios con una estructura de sostén o mecánicamente resistente" están adaptados a una función biológica específica. a organización macromolecular del componente colágeno" tiene un significado determinante. El colágeno está presente en los tendones" piel" huesos y constituye fibrillas relatiamente gruesas" que contin:an uniéndose en grandes haces de fibras. ,ontrario a esto" el colágeno del cartílago crea suaes redes de fibrillas delgadas. Estas diferentes estructuras macromoleculares son producidas por diferentes tipos de colágenos genéticamente determinados. El colágeno más difundido es el tipo 0" el cual está presente en la piel" huesos" tendones" etc. Su composición aminoacídica y la secuencia detallada de aminoácidos en sus dos diferentes cadenas polipeptídicas ya es conocida. os demás tipos fueron aislados no hace mucho" y a excepción del conocimiento de su composición aminoacídica" no tenemos informaciones tan detalladas sobre ellos. El tipo 00 está presente en los cartílagos y su característica principal es una eleada concentración de
hidroxilisina2 /= restos para %&&& aminoácidos. El tipo 00 y similarmente también los tipos 000 y 09 están compuestos por tres cadenas polipeptídicas idénticas. El alto contenido de sacáridos en los restos" tiene relación con un eleado grado de hidroxilación de la lisina. El tipo 000 se encuentra junto con el tipo 0 en la piel" huesos y sobre todo en los m:sculos. 7esde el punto de ista de su composición química es típico de él" un alto contenido de hidroxiprolina" )%/# restos por %&&& restos -?@ + y también la presencia de cisteína" la cual estabiliza la estructura del colágeno con un enlace disulfídico coalente )cistina+.
El tipo 09 se encuentra en las membranas basales y similarmente al tipo 000" tiene un eleado contenido de hidroxiprolina ) %=' restos para %&&& restos de aminoácidos+C contiene también cisteína y tiene un eleado contenido de hidroxilisina ) ' restos por %&&& restos de aminoácidos +. 8or otro lado" este tipo de colágeno contiene muy poca arginina. os colágenos tipo 00 al 09 son muy poco solubles" casi insolubles" por lo que es necesario utilizar el fraccionamiento enzimático para su extracción de los tejidos. 3tro tipo de colágeno" ) el tipo 9 + se encuentra en las membranas basales. as cadenas polipeptídicas de procolágeno" tienen en su extremo25 y en su extremo2, además otros péptidos" los cuales están en el extremo25" parcialmente constituidos por una triple espiral. ?as en su totalidad" predomina la configuración correspondiente a las proteínas globulares" por ésto" las cadenas polipeptídicas del procolágeno" son probablemente un '&$ más largas que las cadenas Ialfa del colágeno. Entonces" el extremo2, " contiene cistina" y por ello su estructura está estabilizada por un puente disulfídico. a función de estos péptidos adicionales" no está del todo clara" lo que sí es seguro que" estabilizan la molécula contra la destrucción intracelular y la agregación precoz a compuestos superiores. Es posible que el proceso de fraccionamiento de los péptidos del procolágeno por la peptidasa" es un sensible mecanismo de regulación. -parte de ello" estos péptidos contienen también determinantes antigénicos" los cuales podrían ser muy importantes en el desarrollo de algunas enfermedades autoinmunes. Fambién fue aislado un hexapéptido" que forma parte de los péptidos terminales y tiene una influencia inhibitoria importante para la fabricación del colágeno
Tabla 1. Composición aminoacídica de algunos tipos de colgeno
AMA =24yp #24yp -sp Fhr Ser >lu 8ro >ly -la 9al >ys % ?et 0le eu Fyr 1he 4yl ys -rg
T&' I alfa% %"& A # /& #/ (# %/A ==& %%/ /& 2 B %B / %/ #"= =& #A
Ti'o II alfa/ &"& B ## /& #= %%= == %&/ =/ 2 % =/ / %& B // '%
/"& AA #/ /& /( BA %/% === %&& %B 2 A A / % %= /& / '%
Ti'o III K %/' #/ %= =A (% %&( ='& A %# / B %= // = B =& #
Ti'o I( %% %=& '% /= =( B# % =%& == /A B %& =& '# /( %& %& ==
Ti'o ( /"' %&A '% / =% B# A( =%A '/ /( 2 %% % =' %B %# %B %% B
Tabla 2. Composición molecula! y locali"ación de los tipos #undamentales de colgeno
Ti'o 0 00 000 09
Co)'osi#i*n )o"e#"ar Lalfa%)0+M/alfa/ Lalfa%)00+M= Lalfa%)000+M= Lalfa%)09+M=
Lo#a"i+a#i*n En! piel" tendones" huesos" aorta" pulmones" etc ,artílago hialino 0gual que el tipo 0" antes se llamaba reticulina En membranas basales
J /"A %&A '& %A / A% %%B =// # %B 2 B %A =A /"% %/ /& ("= '&
9 90 900 9000 01 1 10 100
En neoformaciones y similares En el tejido intersticial En tejidos epiteliales En algunas células del endotelio En los cartílagos" junto al tipo 00 Es componente de cartílagos hipertróficos y mineralizantes En los cartílagos Se localiza junto al tipo 0 y 000
En los tejidos embrionarios" y durante algunos procesos de cicatrización" fue identificado también un tipo anormal de colágeno" que se forma configurando tres cadenas polipeptídicas alfa % tipo 0 )alfa % 0+=. a composición aminoacídica de los cinco tipos de colágeno" la presenta la tabla %" la composición molecular y la localización de algunos tipos de colágeno la tab. /. La #o)'osi#i*n a)inoa#ídi#a de" #o"$geno El colágeno contiene una gran cantidad de glicina) ==& mol por %&&& mol de aminoácidos+" la cual se encuentra en la molécula desdoblado total y regularmente" lo cual significa que conforma cada tercer aminoácido en la secuencia de cada cadena indiidual. Este desdoblamiento permite una estrecha unión de las cadenas polipeptídicas conformando una triple hélice. Nna concentración eleada de éste aminoácido" prooca un alto contenido de nitrógeno en el colágeno. a hidroxiprolina es un aminoácido característico para el colágeno" está contenido en grandes cantidades sólo en esta proteína )más llamada reticulina en la cual" se indica también" un eleado contenido de hidroxiprolina" que es en realidad el colágeno tipo 000+. Nn eleado contenido de hidroxiprolina y prolina" más llamado iminoácido" es característico para la composición aminoacídica del colágeno" condiciona su rigidez estérica ) no es posible la rotación libre alrededor del puente ,alfaO5 y es muy dificultosa la rotación alrededor del puente ),alfaO,3 + y una diferente disposición espacial de las cadenas polipeptídicas del colágeno en comparación con proteínas que contienen menor cantidad de ácidos cíclicos. ?ientras que en las cadenas polipeptídicas sin iminoácidos está limitada la rotación sobre el puente casi sobre cada ,2átomo" lo que significa que en cada tercer segmento de la cadena peptídica " durante la inclusión del iminoácido a la cadena polipeptídica este tipo de giros o rotaciones está prácticamente imposibilitado en una amplitud de seis segmentos" y durante la inclusión de dos iminoácidos consecutios" la amplitud se elea incluso a nuee ,2átomos. 8or esto" tal disposición permite a la cadena de colágeno conformar alargadas espirales las cuales están estabilizadas por puentes de hidrógeno entre las cadenas cuando se unen en una triple o también llamada super hélice. El contenido de prolina e hidroxiprolina es diferente en dependencia del origen del colágeno. En los peces" especialmente los de aguas frías" O es esencialmente más bajo que en los mamíferos. El contenido de prolina e hidroxiprolina está correlacionado con la temperatura de desnaturalización" tanto de las unidades de tropocolágeno" como también de las fibrillas con un contenido en aumento de iminoácidos" la F7 se elea. a presencia de la tirosina en la molécula de colágeno fue objeto de largos conflictos y debates. Estudios aminoacídicos detallados mostraron que" toda la tirosina está concentrada en los terminales peptídicos más llamados telopéptidos" los cuales no tienen una estructura helicoidal y pueden ser fácilmente fraccionados por enzimas proteolíticas. 3tro aminoácido típico del colágeno es la hidroxilisina" que se encuentra también en otros tipos de proteínas" por ejemplo en la lana. En estas proteínas sin embargo" el contenido de hidroxilisina en comparación con el colágeno" es muy pequePo. Su importancia radica en que a ella se unen compuestos sacáridos. 8ara el colágeno es característico un bajo contenido de leucina e isoleucinaC sólo dos proteínas tienen una menor concentración que el colágeno de estas proteínas " se trata de la ribonucleosa y la fibroina de la seda. a cisteina está presente en mayor cantidad sólo en el colágeno de los animales más inferiores" en los cuales estabiliza su estructura con la ayuda de puentes disulfídicos" en animales superiores se encuentra sólo en el péptido de registro de la cadena 2alfa %. a metionina se encuentra contenida en el colágeno sólo en cantidades muy pequePas ) B moléculas en la cadena alfa % y" ' en la cadena alfa /+. Esto se aproecha durante el fraccionamiento por bromcianuración de la unión polipeptídica de la metiuonina" en el estudio de la estructura primaria. 7e los estudios de las estructuras primarias de las cadenas polipeptídicas del colágeno es obio" que en esta proteína se alternan dos tipos de regiones! una polar y otra apolar. as regiones apolares son relatiamente uniformes I las secuencias gly2pro2D se alternan regularmente. En lugar de D" es posible introducir diferentes aminoácidos" como! hyp" ala" arg" asp" phe" thr" ser. El tripéptido gly2pro2hyp" tiene una gran importancia para la estructura secundaria y terciaria del colágeno. El tripéptido gly2pro2D conforma alrededor del ==$ de toda la molécula de colágenoC al mismo tiempo el tripéptido gly2pro2hyp" abarca probablemente un %&$ de toda la secuencia de aminoácidos. 7e las regiones polares podemos afirmar" que algunas de ellas contienen una mayoría de aminoácidos ácidos" otras generalmente aminoácidos básicos" lo cual se refleja en el cuadro al microscopio electrónico. as cadenas indiiduales O alfa% y alfa/Ose diferencian en algunos cambios aminoacídicos. En el extremo2, y en el extremo25" sobresalen las cadenas indiiduales de telopéptidos" cuya estructura no es helicoidal" lo cual está dado por su diferente composición aminoacídica. 5i siquiera el péptido registrador tiene estructura helicoidal" ni la composición aminoacídica típica del cuerpo de la
molécula de colágeno. - los telopéptidos se les adjudica un papel muy importante" no sólo en las propiedades antigénicas" sino también en otras propiedades del colágeno" lo cual está dado por la presencia de la tirosina. -lgunos tipos de puentes transersos también se realizan en la zona de los telopéptidos. Fampoco carece de importancia la relatiamente gran ariabilidad en la composición de aminoácidos de estos péptidos. a secuencia de aminoácidos del colágeno fue esclarecida de la mejor manera en los colágenos de tipo 0" aislados en la piel de terneros. 8odemos resumir nuestros conocimientos actuales de la siguiente manera! a estructura de los dos tipos de cadenas que están presentes en el colágeno 0" es muy similar. En ambas cadenas es posible reconocer tres r egiones estructurales y funcionalmente diferentes. Nna porción media" el más largo segmento de la cadena" formado por más de % &&& restos de aminoácidos" contiene unidades tripeptídicas con una composición general >ly212Q donde 1 " Q representan un aminoácido cualquiera. En los segmentos terminales" los cuales tienen sólo unos A& I/' restos de largo se acumulan algunos aminoácidos polares" y falta regularidad en la presencia de la glicina. os restos de aminoácidos en las cadenas de proteínas están numerados desde el aminoácido terminal25. 8ara facilitar la comparación de las re giones homólogas en las cadenas de diferente origen" sin tener en consideración el n:mero diferente de aminoácidos en las regiones terminales" les fue asignado un n:mero indiidual a las cadenas en sus regiones centrales y terminales. -sí" los restos en la región terminal25 del colágeno tipo % de ternero tienen la numeración %5 hasta %%5. os restos de la región central son % hasta %&%#" y en la región terminal2, los restos son %, al /',. as regiones terminales contienen lisina" la cual sire para la formación de puentes transersos. Es interesante que todas las cadenas2alfa" están terminadas en el extremo25 con un ácido glutámico. Hsto es probablemente muy importante para la especificidad de la enzima )peptidasa procolágena" la cual en este lugar fracciona el péptido procolágeno. Nna característica com:n para las regiones terminales es una mayor sensibilidad a la proteolisis que las regiones centrales. Esta sensibilidad es a eces utilizada para disoler el colágeno reticulado con una digestión enzimática controlada con pepsina u otra enzima no colágenolítica. as regiones terminales que contienen lisina reticuladora" se separan" y la la región central trihelical que queda" se disuele sin cambiar la conformación natural. a región central de la cadena peptídica del colágeno contiene glicina en cada tercera posición. Esto es álido para los colágenos de todos los tipos y en todas las especies animales. Se trata de un fenómeno muy importante porque facilita la estructura trihelicoidal específica del colágeno. 8ara la región central" también es típico un eleado contenido del iminoácido prolina e hidroxyprolina" las cuales ocupan en su totalidad mas o menos un /'$ de las posiciones en la secuencia. Estos aminoácidos tienen una cadena adicional" en forma de círculo heterocíclico de cinco miembros" enlazado al nitrógeno. 8or ello" un aminoácido unido al nitrógeno del iminoácido" tiene un mínimo de posibilidades de rotar alrededor del enlace 5K," lo cual aporta rigidez a la cadena polipeptídica y" limita el ángulo de torsión ;í probablemente unos K&R," lo cual es faorable para la estructura de de una conformación colágena superior. 3tra propiedad importante de la prolina y la hidroxiprolina es una igual probabilidad de cis2conformación y t ransconformación del puente peptídico" en el cual participa el nitrógeno del iminoácido. Esto lo diferencia de los demás aminoácidos" en los cuales es preferenciada la trans2conformación. 7e los demás aminoácidos existen en el colágeno un /&$ de aminoácidos con una cadena polar adicional )-rg" ys" -sp" >lu + a secuencia aminoacídica completa de la cadena alfa%" elaborada con los resultados del análisis del colágeno en piel de terneros y ratas" )tab.=+ muestra" que en la región central están contenidas ==B unidades tripeptídicas >ly212Q. Entre las cadenas alfa del colágeno tipo 0 proenientes de diersas especies de animales" existe una considerable homología. Fambién existen diferencias detalladas Kpor ejemplo" en la posición %&%" la piel de ternero tiene un ácido aspártico" el de rata" asparagina y la de pollo ácido glutámico. Estas diferencias se encuentran en un /&$" y es característico que la mayoría de ellas" no afectan a los restos hidrofóbicos ni polares. Tabla 3. La secuencia aminoacídica de la cadena al#a1 de la piel $las !egiones N%te!minal y C%te!minal estn sepa!adas y no estn enume!adas&
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Fhr2>ly28ro2-la2 BA/ >ly28ro20le2>ly28ro29al2>ly28ro2-la2>ly2-0a2-rg2>ly28ro2-la2>ly28ro2>ln2>ly28ro2-rg2>ly2-sx24yl2 >ly2>lx2Fhr2 >ly2>lx2>lx2>ly2-sx2-rg2>ly20le24yl2>ly24is2-rg2>ly28he2Ser2>ly2eu2>ln2>ly28ro24yp2>ly28ro2 A%A 4yp2>ly2Ser24yp2 A# >ly2>lu2>ln2>ly28ro2Ser2>ly2-la2Ser2>ly28ro2-la2>0y28ro2-rg2>ly28ro24yp2>ly2Ser2-la2>ly2Ser2 4yp2>ly2ys2-sp2 A(= >ly2eu2-sn2>ly2eu24yp2>ly28ro20le2>ly24yp24yp2>ly28ro2-rg2>ly2-rg2Fhr2>ly2-sp2-la2>ly28ro2 -la2>íy28ro24yp2 %&&& >ly28ro24yp2>ly28ro24yp2>ly28ro24yp2>ly28ro28ro2
Ser2>ly2>ly2Fyr2-sp2eu2Ser28he2eu28ro2>in28ro28ro2>in2>in2>lx2ys2-la24is2-sp2>ly2>ly2-rg2 Fyr2Fyr a distribución de los aminoácidos indiiduales en las posiciones 1 y Q en unidades tripeptídicas >ly212Q es característica. a Fab. # presenta para la cadena alfa% y para la porción )=# restos+ de la cadena alfa/. 8ara ambas cadenas tienen alidez principios similares con algunas excepciones )9al" Fhre+. Tabla '. (ist!ibución de los !estos aminoacídicos ent!e las posiciones ) y *
A)ino$#ido 4idroxiprolina 8rolina -cido aspártico -sparagina Fhreonina Serina Ucido glutámico >lutamina >licina -lanina 9alina ?etionina 0soleucina eucina ;enilalanina 4istidina 4idroxilisina isina -rginina
Cadena a",a/01 %T%%/ %%T# %(T%' T' =T%/ %BT%( #/T (T%A %T& 'AT= ATB /T' =T# %BT% %/T& /T& &T# %/T/& AT#/
Cadena a",a. /01 &T( BT= /T AT' #T( %=TB /&T= BT%% &T& ==T=/ BT%( &T# T %AT= BT& /T& &T( 'T= (T/A
a leucina y la fenilalanina están fundamentelmente en posición 1" mientras que los demás restos hidrofóbicos )alina" isoleucina+ se encuentran frecuentemente en ambas posiciones. Es intere sante que el ácido glutámico )muy importante durante curtición mineral+ se encuentra habitualmente en posición 1" y la arginina en posición Q. 8articularmente" la distribución de los iminoácidos es extraordinariamente significatia" En las cadenas alfa% y alfa/" estos restos se encuentran hidroxilados sólo en posición Q" la :nica excepción de esta regla es la posición AB= en alfa%)0+. En caso que haya ocurrido la hidroxilación de la prolina en la posición 1 " se hidroxilará un átomo de carbono =" mientras que en posición Q está el carbono # hidroxilado en un anillo heterocíclico. 8or otra parte la cadena alfa%)0+ contiene sólo cuatro prolinas en posición Q" que no están hidroxiladas. El grado de hidroxilación de la lisina en las cadenas alfa%)0+ y alfa/)0+ es diferente. En la cadena alfa%)0+ hay # lisinas hidroxiladas" mientras que en las porciones conocidas hasta el momento de la cadena alfa/" hay ( hidroxilisinas. Fambién aquí para la hidroxilación es preferida la posición Q. Es importante" que algunos restos de hidroxilisinas )B( y B% en
la cadena alfa%)0+ tienen unidas cadenas de galactosa y glucosilgalactosa. El contenido de estos monosacáridos y disacáridos se diferencia en los colágenos de diferentes especies y tejidos. os conocimientos sobre las secuencias de aminoácidos en los demás t ipos de colágeno son actualmente incompletos. Su composición aminoacídica y su contenido de sacáridos es diferente. - pesar de esto" la típica estructura en tripletes de las porciones fundamentales de sus cadenas >ly212Q" es similar. a magnitud de la hidroxilación en los tipos 0 y 00 es marcadamente menor que en los tipos 000 y 09. 8ara los colágenos de tipo 00 y 09 es característico un mayor contenido de hidroxilisina y sacáridos. os tipos 000 y 09 se diferencian en su contenido de cistina" la cual se encuentra en los tripletes de la región central" por lo cual no puede ser eliminada por digestión con pepsina. Estr#tra se#ndaria de" #o"$geno - niel de la estructura secundaria nos interesa" qué conformación espacial tiene la cadena polipeptídica principal del colágeno. -l igual que en las demás proteínas" la secuencia de restos de aminoácidos se encuentran en conformación2" unidas por enlaces peptídicos planos. 8or ello" en una larga cadena polipeptídica" la :nica fuente de cambios de conformación son las rotaciones alrededor de los puentes 5O,alfa y ,alfaO,3" los cuales sobresalen del átomo alfa2hidrógeno. Estos dos ángulos de rotación" fueron marcados como ;í y 8sí. Su tama6o en el colágeno tipo 0 ) y se supone que en los demás tipos sea igual+ se acerca aproximadamente al alor promedio de ;í V 2&G y 8sí V %&G. Esta amplitud llea al surgimiento de una espiral leógira" regular de tipo elongado" en la cual se corresponden ="= restos de aminoácido por una uelta de ascensión. Estudios Dentgenográficos del espectro del colágeno muestran que las ueltas tienen una ascensión de &"A' nm y las unidades peptídicas están una de otra a &"/B nm. El largo total de la cadena es aproximadamente /A& nm. Esta espiral elongada es excepcional entre las proteínas" y se encuentra sólo en el colágeno o" en algunos polipéptidos con una secuencia similar de aminoácidos. 5o puede ser estabilizada mediante puentes de hidrógeno en el interior de la cadena" por lo cual se diferencia de la alfa2conformación de 8auling. 8or ello la estabilización tiene que ser entre las cadenas" no puede existir una cadena aislada en esta conformación" sin interactuar apretadamente con otra cadena contigua" de propiedades similares. 3tras mediciones con rayos 1 y razonamientos estereoquímicos" llearon a la conclusión que la espiral del colágeno ) en realidad es una cura espacial que unifica los alfa2carbonos+ no es simétrica alrededor de un eje perpendicular" sino alrededor de otra espiral que por el contrario es dextrógira y tiene una ascensión de B"'B nm y una uelta formada por =& aminoácidos. os extremos de las cadenas de colágeno" en los que falta la secuencia típica >ly212Q carecen de esta disposición regular" el péptido terminal2," tiene una marcada tendencia a la producción de la conformación alargada W2pleated sheet" o sea de Xhoja plegadaY. Estr#tra ter#iaria de" #o"$geno a conformación espacial de la cadena polipeptídica del colágeno antes descrita" responde a la disposición que fue encontrada en un polímero sintético" prolina" cuyos puentes peptídicos se presentan en trans2conformación" de la llamada poliprolina 00. ,omo consecuencia de la rigidez de los anillos de pirolidina" en la poliprolina penetra una estructura espacial estable incluso en cadenas indiiduales" sin necesidad de estabilización intermolecular a niel terciario. 8ero en el colágeno la situación es diferente. os restos de glicina y otros que no contienen el anillo pirolidínico" los cuales son mayoría en la cadena de colágeno" desestabilizan la conformación elongada de tal forma que la cadena aislada no es capaz de mantener su estructura. a estabilidad se logra mediante interacciones entre las cadenas a niel terciario. >racias a Damachandran y @arth )%A''+ y Dich y ,ricZ )%A(+ se ha descubierto" que la estructura terciaria del colágeno está formada por tres cadenas" que a su ez están enrolladas sobre sí mismas y comparten un eje com:n. El cuerpo baciliforme surgido de ésta conformación" tiene probablemente unos /A& nm de largo y un diámetro de %"# nm. Se le denomina tropocolágeno y es la unidad constructia fundamental" capaz de agregarse en cuerpos fibrilares. En la molécula de tropocolágeno están presentes las tres cadenas las cuales se mantienen unidas entre sí por puentes de hidrógeno entre las cadenas contiguas. Estos puentes pueden originarse solamente cuando se acercan las cadenas entre síC y en el colágeno" esto es permitido por la presencia de la glicina "quien no tiene cadena adicional" en cada tercera posición. a proyección simplificada de la estructura del tropocolágeno a lo largo del eje de la triple espiral" se encuentra representada en la fig.'. 7e la figura" es eidente que de cada una de las tres cadenas )-" J" ,+ emergen puentes que unen la cadena contigua con un átomo de alfa2hidrógeno emergiendo del centro del haz hacia fuera" mientras que los alfa2carbonos de la glicina con dos átomos de hidrógeno" se sit:an cerca del centro.
Fig. + ,!oyección simpli#icada de la situación de los tomos
En este centro no existe suficiente espacio para otro carbono. En el caso" que en esta posición apareciera otro resto que no fuera el de la glicina" ) la glicina como :nica no contiene W2carbono en su molécula+" entonces las tres cadenas tendrían que estar más separadas" y no podrían establecerse los puentes de hidrógeno estabilizadores entre las cadenas -OJ" JO," ,O-. a estructura primaria mencionada en la parte anterior" cumple los requerimientos de la presencia de la glicina" con excepción de las regiones terminales" las cuales son relatiamente cortas. ,omo promedio" en el tropocolágeno se producen %"( puentes de hidrógeno por cada tres restos de aminoácidos. Sin embargo" la disposición detallada de los puentes estabilizadores de hidrógeno" no es igual en todas las secuencias. El puente peptídico de la prolina no puede crear puentes de hidrógeno en la cual es donante el nitrógeno" porque está incluido en un anillo de cinco miembros" y no llea unido ning:n hidrógeno. Sin embargo" la hidroxiprolina puede crear puentes de hidrógeno por medio de su grupo hidroxílico. a constitución de puentes de hidrógeno en diferentes puestos de la unidad del tropocolágeno puede ser diferente porque la estructura primaria no tiene secuencias repetidas a excepción de la presencia de la glicina en cada tercera posición.
Estr#tra #aternaria Nna propiedad importante de las moléculas de tropocolágeno es su capacidad para formar estructuras fibrilares altamente organizadas en el espacio extracelular. Esta propiedad" la cual se manifiesta incluso en condiciones in itro" es consecuencia de la estructura primaria del colágeno. 7atos experimentales comprobaron" que durante la organización se llean a cabo interacciones tanto polares" como hidrofóbicas entre las moléculas.
Fig. -. ep!esentación es/uemtica de la t!iple mol0cula del t!opocolgeno. A la de!eca estn indicados los inte!alos ( $- nm & sob!e los cuales estn co!!idas mutuamente las mol0culas indiiduales y4 el inte!alo incompleto 543 (4 cuyos e6t!emos te!minales pe!miten la c!eación de los espacios inte!a6iales
Fig. . 7odelo de mic!o#ib!illa c!eada como consecuencia de inte!acciones pola!es e id!o#óbicas de las cadenas adicionales. Cinco mol0culas de t!opocolgeno estn mutuamente despla"adas po! el inte!alo (4 y constituyen un cue!po cilínd!ico de unos ' nm de dimet!o.
a orientación y la conformación axial de las moléculas baciliformes del tropocolágeno en fibrillas" fueron deducidas de las obseraciones al microscopio electrónico" las cuales muestran" unas estriaciones transersas a un período de ( nm. ;ue interpretado que el origen de este estriamiento se debe a la disposición escalonada de las unidades del tropocolágeno" las cuales se encuentran desplazadas unas con respecto a las otras a una distancia 7 V ( nm. ?edidas 7 similares fueron también deducidas de obseraciones rentgenológicas. En cuanto fue exclarecida la composición de aminoácidos de las cadenas del tipo 0" se definió al interalo 7 como /=# [ % restos de aminoácido. ,omo el largo de la molécula del tropocolágeno no es m:ltiplo completo del interalo 7 ) aproximadamente #"=/ 7+" entre las moléculas existe un espacio aproximadamente de un tama6o de =' x %"# nm. a molécula del tropocolágeno" puede ser por ello diidida en # segmentos de londitud 7 y un segmento de longitud &"=' 7" como se muestra en la ;ig . os ejes de las alfa2cadenas indiiduales tienen forma helicoidal con ueltas de ascensión regulares" que están descritas en la estructura secundaria. as cadenas con estos parámetros contienen %& restos de aminoácidos en tres ueltas de la espiral. a uelta de espiral con el n:mero total de restos" se caracteriza por la situación regular de las cadenas adicionales istas desde arriba en la dirección del eje de la molécula. En la secuencia >ly212Q" las cadenas adicionales de los aminoácidos 1 y Q se localizan en la periferia de tal forma" que 1n y Qn <% se colocan siempre en igual dirección" una encima de la otra. En los demás restos esto se comporta similarmente" de tal forma que todos los aminoácidos excepto la glicina" tienen sus cadenas adicionales colocados en %& bordes separados en la periferia del triple haz. os cálculos basados en la energía máxima de las interacciones polares y las cadenas hidrofóbicas" llean al modelo de microfibrilla ) fig. (+ en el cual existen cinco triples hélices de tropocolágeno desplazadas una sobre otra por un interalo 7 con lo cual queda conformado un cuerpo cilíndrico con un diámetro de # nm. En la microfibrilla" estos cuerpos están dispuestos coaxialmente de forma cabeza2 pie )o de otra forma" extremo25Oextremo ,+ con espacios de mas o menos =' nm. as microfibrillas están dispuestas en fibrillas y cuerpos fibrilares mayoresC e n el transcurso de la eolución son enrejadas con enlaces coalentes. 7urante el proceso de enejecimiento" las fibrillas del colágeno presentan un aumento en su insolubilidad y en su fase final sólo pueden ser disueltas en medios fuertemente hidrolíticos. Este fenómeno está dado por la progresia aparición de puentes transersos
intermoleculares e intramoleculares" los cuales unen las moléculas de tropocolágeno en una red polimérica continua. El grupo reactio más importante que participa en las reacciones de los puentes transersos son restos aminoacídicos de lisina e hydroxilisina. Hstas se oxidan parcialmente de bido a la acción de una enzima específica" la lisilooxidasa )en presencia de la acción catalítica de trazas de iones de cobre+ conformando grupos de aldehídos. Trans,or)a#i*n de" #o"$geno en ge"atina -l aplicar calor al colágeno a una temperatura determinada" ocurren cambios estructurales significatios acompa6ados de hinchamiento y cambios físicos de las propiedades químicas. El colágeno así modificado" no es resistente a la acción de las proteasas comunes y tiene un niel de organización menor. Se identifica con el nombre de gelatina. En un más amplio sentido de la palabra" se identifican así productos solubles e insolubles" a pesar de que en la práctica técnica" la denominación gelatina" se utiliza sólo para productos solubles" que tienen mayor iscosidad y coloración menos intensa que la cola. a transformación del colágeno en gelatina" se produce por lo general a una temperatura de &R," pero depende del p4" la fuerza iónica" la composición de la solución y del grado de reticulado del colágeno. Se trata de una transformación de primer grado" una real transformación de fase" de una modificación cristalina de un biopolímero a una modificación amorfa. 8or la influencia de ésta transformación" cambia la conformación de las cadenas polipeptídicas y al mismo tiempo se libera la energía de los enlaces y aumenta la entropia. a transformación por lo general es irreersible" al disminuir la temperatura" ya no se produce la conformación espontánea cristalina del colágeno" a pesar de que la estructura sí tiene hasta cierto punto un carácter reersible. ?acroscópicamente" la transformación térmica se manifiesta más marcadamente por un acortamiento de la longitud axial de las fibras colágenas hasta un tercio a un cuarto de su longitud original. a temperatura a la cual es posible obserar el primer acortamiento en longitud" se denomina temperatura de acortamiento. Esta temperatura es entre ' a %'R, menor que la temperatura de transformación de fase. Jajo la influencia de la transformación" la estructura del colágeno en un principio ordenada" se transforma en un estado desorganizado llamado oillo estático. Esto se produce porque el colágeno se encuentra estabilizado por lo general sólo por débiles enlaces coalentes )de hidrógeno" polares" de contactos hidrofóbicos etc.+ los cuales son sensibles al calor y al aplicárseles este" disminuyen su energía enlazante. Q porque además al aplicar calor" aumenta la energía interna del sistema" aumenta la tendencia termodinámica a una mayor entropia" o sea una tendencia a la disminución de la regularidad en la disposición de las macromoléculas. El aumento de la t emperatura en un final" llea al estado en que ambas magnitudes están en equilibrio" y un mayor aumento de la temperatura" prooca el repentino desplome de la estructura conformada. a modificación de la estructura del colágeno" que permite el surgimiento por ejemplo de enlaces coalentes transersos termoestables" prooca un desplazamiento significatio de la te mperatura de transformación hacia alores más eleados. Este hecho" no es más que la base de curtición del colágeno durante la fabricación de cueros curtidos. Si desnaturalizamos el colágeno en presencia de sustancias que disminuyen la energía de los puentes estabilizantes" por ejemplo la urea" disminuye la temperatura de transformación. Si la disminución es tan grande que la transformación del colágenoOgelatina ocurre incluso ya" a temperatura ambiental" estamos hablando de inducción química de la transformación en gelatina. El colágeno normalC el tejido colágeno fisiológicamente" adulto" se disuele mínimamente al aumentarle la temperatura. Esto está dado por el reticulado coalente producido por el proceso de enejecimiento. El cambio de entalpía en esta transformación colágenoOgelatina" es sobre los ' g2% de colágeno seco. a entropía total es más o menos &"/ @2% g2%" sin embargo" de este alor" sólo (" ' . %&2' @2% recae en los cambios de la conformación de las cadenas principales. 8or tanto" la mayor parte recae en el aumento del olumen de la red de polímeros del colágeno" y el crecimiento de la mezcla entrópica. 8or tanto el agua tiene un papel muy importante en la transformación colágenoOgelatina. Esta transformación no se llea a cabo ni en estado seco" ni a temperaturas que producen la desintegración pirolítica de las proteínas. iteratura %. -. Jla\ej" -. >alatíZ" . >alatíZ" ?. ?ládeZ" Fechnologie Z]\e a Zo\e^in" S5F 8raha %AB# )a tecnología del cuero y las pieles" S5F 8raga %AB#+ /. 8. JrucZner" 7. E JirZ" ,ollagen" /&&' =. ?. Stan_íZoá" D. Stan_íZ" `. >ubzoá" . DoensZ" ,ollagen in the Freatment of Dheumatic 7iseases 2 3ral Folerance" JratislasZé listy %AAA
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