Cátedra de Bioquímica General y Bucal, Facultad de Odontología de la

Universidad de Buenos Aires

Citación 5- Año 2011

Bioquímica de la piel y mucosas

BIOQUIMICA DE LA PIEL

• queratina

• melanina

• elastina

Funciones de la piel• Impide daño por radiaciones UV en los tejidos subya-

centes (melanina).

• Amortigua fuerzas mecánicas gracias a su tejido adiposo y conectivo

• Barrera de ingreso de sustancias químicas nocivas y de microorganismos

• Termorregulación y respuesta inflamatoria a través de su red vascular.

• Mediadora de las influencias del medio sobre el organismo.

PIEL 3 capas

1) Epidermis

- estrato córneo

- capas de Malpighi: queratinocitos (80%)

melanocitos (5-10%)

células de Langerhans (5-10%)

2) Dermis: tejido conectivo

células (fibrobl, macróf, linfoc, mastoc, etc)

sustancia intercelular: fibras + sust fundamental

Vasos sanguíneso y lifáticos

3) Panículo adiposo o tejido subcutáneo:

tejido conectivo, abundantes adipocitos

TEJIDO CONJUNTIVO

Pocas células

Matriz extracelular abundante

Rica en colágeno y elastina (polímeros)

RESPUESTA A LAS TENSIONES

TEJIDO EPITELIAL

Células estrechamente unidas

Matriz extracelular escasa (lámina basal)

Filamentos intracelulares proteicos anclados a

proteínas transmembrana

PROTECCIÓN

DIFERENCIAS ESTRUCTURALES Y FUNCIONALES

Contactos intercelulares

Adhesión célula-célula y célula-matriz

1. Desmosomas(filamentos intermedios)

2. Hemidesmosomas(filamentos intermedios)

3. Uniones estrechas

Uniones de anclaje

Desmosomas

Los desmosomas son uniones célula-célula formadas por proteínas de adhesión asociadas al citoesqueleto de filamentos intermedios (intracelular). Mantienen la resistencia mecánica (Ej: la piel). Los desmosomas permiten el paso de sustancias entremedio de las células.

Hemidesmosomas

Los hemidesmosomas son uniones que mantienen las células epiteliales unidas a la membrana basal.

EPITELIOS DE PROTECCIÓN

• epidermis de la piel y estructuras relacionadas (uñas, pelos)

• epitelio gingival

• epitelio oral

• mucosas en general

NO NECESARIAMENTE QUERATINIZADOS

SÍEpitelio gingival masticatorio

NOEpitelio gingival crevicularEpitelio mucosal alveolar

Escamas desprendidas de la superficie

Escamas queratinizadas

Cél. granulares

Cél. espinosas

Cél. basales

Lámina basal

Tejido conjuntivo de la dermis

Cél. basal en división

Cél. basal periférica pasando a la capa de cél. espinosas

CAPA EPIDERMICA DE LA PIEL EPIDERMIS:

� estrato córneo queratinocitos secos

α-queratina

� capa de Malpighi 80% de queratinocitos

�Capa basal o estrato germinativo división intensa

reemplazo de las superficiales que descaman

barrera de permeabilidadprotección mecánica

inmunidad inespecífica

DIVISIÓN Y MADURACIÓN DEL QUERATINOCITOCITO = 26 días

En porción superficial de epitelios queratinizados hay:

• Gránulos de queratohialina en citoplasma con:

Proteínas ricas en histidina y arginina: matriz

Proteínas ricas en cisteína: origen a queratina

Proteínas epidérmicas:

Fibrosas: queratinaNo fibrosas: enzimas

Queratinización:• Comienza en la capa de células basales capas malpighianas

• CISTEÍNA CISTINA, (S-S cruzados inter e intracatenarios)

• (en queratina de capas vivientes) (estrato córneo) más insoluble

• A medida que las células ascienden en la epidermis:

cesa la síntesis de nuevos filamentos

se produce un cambio de orientación de las fïbras (fascículos de fibrasse alinean en la superficie de la piel

las células viables se modifican: la membrana celular aumenta de espesor y una capa gruesa se deposita debajo de ella.

QUERATINIZACION

CONVERSION DE PROTEINAS INTRACELULARES HIDRATADAS

PROTEINAS INSOLUBLES, Ocupan casi toda la célula, lisis y pérdida de orga nelas

QUERATINIZACIÓN

• CAMBIO PRINCIPAL: Conversión de la proteína intracelular desde una estructura hidratada, compatible con la vida celular auna proteína muy insoluble

• ESTRATO CÓRNEO: Desaparecen núcleos, mitocondrias, ribosomas, etcy hay deshidratación, (del 70% al 10% )

• Membranas celulares se vuelven aún más gruesas

• La queratinización se acompaña de LISIS CELULAR

• Ambos procesos ocurren en la región donde las enzimas hidrolíticasestán más concentradas

FAMILIA DE LAS

α - QUERATINAS

�Familia de proteínas fibrosas del citoesqueleto (40 <PM< 70 kd)

�No exclusivas de piel (esófago, córnea)

�Helicoidales, organizadas en filamentos intracelulares intermedios (Ø:10 a 20 nm)

�Largas cadenas simples largas y delgadas α - hélice con cabeza aminoterminal y carboxilo terminal

�Dominio central: extensa región en α - hélice con secuencias (heptadas) repetitivas de AA

FORMA NATIVA:

α – QUERATINAS

Proteínas Fibrosas

Dominio Central

NH2+ COO-

Dominio α-héliceSecuencias en Heptada

Dominio Variables

Gly-His-Pro-Ty-Glu-Asp-Asn-----------------Gly-His- Pro-Ty-Glu-Asp-Asn-------------------Gly-His-Pro-Ty -Glu-Asp-Asn1 - 2 - 3 - 4 – 5 - 6 - 7-

Una heptada

NH2+ COO-

Dominio Central de la Proteína

Secuencias Heptadas de la Proteína

Queratinas

Vimentina

Proteínas de los Neurofilamentos

Lamininas Nucleares

1. La gran mayoría de las proteínas fibrosas poseen un dominio central de 310 aaque forma una larga α-hélice .2. Los dominios Amino y Carboxilo Terminal, no pose en α-hélice y son de estructura y tamaño variable.

Proteínas Fibrosas

Crecimiento del Filamento• La célula puede regular el crecimiento del

filamento, mediante la fosforilación de residuos de Serina en el extremo amino-terminal.

ATP ADP

PO-3

Modelo General de Ensamblaje de Proteínas Fibrosas

Dímero

Monómero

Tetrámero Antiparalelo

Dos tetrámeros Empaquetados Conjuntamente: protofilamento

8 Tetrámeros Empaquetados: filamento intermedio

Sección transversal de un cabello

α - hélice

2 cadenas unidas

protofilamento

protofibrilla

Filamento intermedio

células

ESTRUCTURA:

Monómero: α - hélice

Dímero:

2 cadenas α – hélice dextrógiras, enrolladas en forma paralela y

sentido levógiro interacciones entre cadenas

laterales no polares y puentes S-S

TetrámeroProtofilamento = 2 dímeros

en forma antiparalela: estructura no polarizada

Filamento intermedio 8 protofilamentos

PROCESO DE QUERATINIZACIÓN:

En los estratos espinoso y granuloso (zona de diferenciación) se producen procesos intracelulares

culminan con la aparición del estrato córneo (zona funcional).

OCURRE EN LOS QUERATINOCITOS

Citoplasma abundante en

filamentos de queratina

Conectan células adyacentes

indirectamente

Red rígida y flexible

SON INDISPENSABLES:

Citoqueratina

Queratohialina

Proteínas de refuerzo de membrana

Cuerpos laminares

Comienza en las células basales

sigue en las capas de Malpighi

se elaboran distintos polipéptidos

cambia de cisteína a cistina desde las basales al estrato córneo por puentes

disulfuro

cambio en propiedades fisicoquímicas

queratina más insoluble

CAMBIO PRINCIPAL DURANTE LA QUERATINIZACIÓN

CONVERSIÓN DE UNA PROTEÍNA INTRACELULAR

estructura hidratada

proteína insoluble

2 TIPOS DE QUERATINAS

Según su secuencia de AA:

1. de tipo I (ácidas)

2. de tipo II (neutras/básicas)

LOS HETERODÍMEROS forman filamentos

LOS HOMODÍMEROS no pueden formar filamentos

FILAMENTOS DE QUERATINA SON SIEMPRE

HETEROPOLÍMEROS

INSOLUBILIDAD

• elevada insolubilidad debida a la alta conc de AA hidrofóbicostanto en el interior como en la superficie de la proteína

• puentes disulfuro: importantes en la estabilidad de la molécula

ALTA RESISTENCIA

• debida al enrollamiento de varias cadenas helicoidales y a múltiples entrecruzamientos covalentes (ptes S-S) entre cadenas adyacentes

• son proteínas intracelulares• confieren resistencia a las estructuras que las contienen

QUERATINA MUY INSOLUBLE:

alta proporción de puentes S-S que unen cadenas diferentes

Aumenta la solubilidad y < Fuerza tensora

FAMILIA DE LAS

MELANINAS

MELANINA

• pigmentos de colores claros a negros

• sintetizado por los melanocitos

• se concentra en formaciones subcelulares: melanosomas

• localizados en las prolongaciones dendríticas de melanocitos

• fagocitados por los queratinocitos

COLORACION DE PIEL Y PELO

NÚMERO DE MELANOSOMAS

Y

EL CONTENIDO DE MELANINA (melanosomas) PRESENTE EN QUERATINOCITOS

REGULACIÓN NIVEL DE PIGMENTACIÓN

1. Genes

2. Exposición al sol

3. Hormonas hipofisarias: MSH y ACTH

MELANINAS: ESTRUCTURA

• estructura molecular compleja

• heteropolímeros formados por unidades de tipo indólico

• se sintetizan a partir de tirosina y algún otro AA como cisteína

tirosinasa•por acción de sobre tirosina

dopacromo tautomerasa

• Localización de la síntesis: MELANOSOMAS (interior de melanocitos)

•Se ven al microscopio óptico como partículas de color castaño

EUMELANINA

• en pieles oscuras

• color café a negro

• síntesis en melanocitos

• a partir de tirosina

• polímero al azar (indol)

• alto pM e insoluble

NO TODOS LOS PIGMENTOS OSCUROS SON DE MELANINA

FEOMELANINA

• en pieles claras

• color amarillo a castaño rojizo

• síntesis en melanocitos

• a partir de tirosina y cisteína

• desviación de la vía de síntesis de eumelaninas

Tirosinasa(Cu++)

tirosinasa

eumelanina

feomelanina

tirosina

DOPA

BIOSÍNTESIS DE EUMELANINA Y FEOMELANINA

FUNCION DE LA MELANINA

Protección de células subyacentes de las radiaciones energéticas

Ej: rayos ultravioletas de efecto mutágeno

MelanocitosSintetizan

TIROSINASASe incorpora a los

melanosomas

Síntesis de melanina

Secretan melanosomasen los queratinocitos que

se disponen en forma discreta o agregada

Única célula

MELANINA: vía morfológica y metabólica de la pigmentación

PIGMENTACION DE LA MELANINA

tirosinasa

Tirosina → DOPA→ melanina

piel

melanocito

melanosoma

CONSECUENCIA DEL TIPO DE AGREGACIÓN DE LOS MELANOSOMAS

PIEL NEGRA:

En los queratinocitos

• melanosomas grandes

• no agregados

PIEL BLANCA:

En los queratinocitos

• melanosomas pequeños

• agregados

• dentro de fagolisosomas

No se degradan Degradación por fosfatasa ácida y otras enz líticas

PATOLOGÍAS

Por malignificación de los melanocitos

melanomas

Defectos de biosíntesis

albinismo

DERMIS Y ELASTINA

DERMIS: confiere fuerza mecánica a la piel

• proteína fibrosa de gran resistencia a la tracción:COLÁ GENO presente en mayor cantidad

• proteína responsable de elasticidad:ELASTINA

• estructura compleja

• porción central de elastina polimérica e insoluble

• cubierta periférica de microfibrillasque favorecen el alineamiento de la tropoelastina (forma soluble de elastina)

•deposición de elastina provoca desplazamiento de las microfibrillas

MATRIZ EXTRACELULAR

ELASTINA ≠ FIBRA ELASTICA

proteína predominante

MICROFIBRILLAS SON PREVIAS A ELASTINA EN EL DESARROLLO DE LOS TEJIDOS

Otros componentes de microfibrillas

• MAGP: glicoproteína asociada a las microfibrillas

• Lisiloxidasas

• fibrillina (integridad de las fibras elásticas) (alteraciones: S. Marfán)

ELASTINA

•Proteína químicamente inerte

•Alto contenido de AA hidrofóbicos

•Alto contenido de glicina y prolina

•AA exclusivos: DESMOSINA E ISODESMOSINA

•Muy insoluble

•Tejido conectivo de piel

•Propiedades de extensibilidad y contracción

fibroblastosTejido conectivo

ESTRUCTURA BIOSÍNTESIS

• se sintetiza como monómero soluble = TROPOELASTINA ( 800 AA alta concentración hidrofóbicos y pobre en AA ácidos y básicos)

• pM 72000, contiene Lis, pero no Desmosina. 1/3 Gly 1/9 Prol

• se modifica post-translacionalmente (hidroxilación de algunas Pro)

• es empaquetada, se transfiere a la superficie celular y se secreta

• EXTRACELULARMENTE se produce el entrecruzamiento y ensamble: fibras próximas a la membrana

Formas que adopta

• Ligamentos elásticos: piel, pulmón

• Láminas concéntricas elásticas: aorta

• Tridimensional: cartílago elástico

1.- desaminación del grupo εεεε-amino de la LIS: lisil-oxidasa(Cu): alisina

Alisina+ alisina : aldolalisina

Alisina + Lisina:

Lisilnorleucina

4 cadenas laterales: uniones covalentes:desmosina

la interacción entre las lisinas de 4 moléculas de tropoelastina

da origen a la DESMOSINA (e isodesmosina)

y permite unir cadenas de tropoelastina en puntos específicos

Lisil oxidasa(Cu++)

Se generan estructuras que pueden estirarse

REVERSIBLEMENTE

en todas direcciones

DESMOSINA E ISODESMOSINA

Tropoelastina

• Dos segmentos α-héhice :

– largos hidrofóbicos (glicina, valina, prolina) de : prop. elásticas

– cortos: ricos en alanina y lisina: forman entrecruzamientos entre moléculas adyacentes

ESTADO DE REPOSOHebra plegada sobre sí misma

AL TENSIONAR LA FIBRA ELÁSTICAse induce el estiramiento de cada una de las hebras

se disponen paralelas entre sí

permanecen unidas sólo a nivel de las desmosinas

ESTIRAMIENTO DE UNA RED DE ELASTINA