TESSUTI CONNETTIVI
- CELLULE
(fibroblasti, osteoblasti, condroblasti)
- MATRICE EXTRACELLULARE (ECM)
- componente amorfa gelatinosa
(proteoglicani e glicoproteine)
- fibre collagene / elastiche
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La matrice gelatinosa:
- consente lo scambio di nutrienti e di metaboliti
- conferisce resistenza alle forze di compressione
Le fibre collagene:
- rafforzano e organizzano la ECM
- conferiscono resistenza alle forze di trazione
(tutti i connettivi)
Le fibre elastiche:
- conferiscono elasticità a cute, polmoni e vasi
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Collageno = Generatore di colla
Il riscaldamento determina:
• la perdita della struttura elicoidale
• la transizione verso una struttura casuale
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È la proteina più abbondante del nostro corpo,
costituendo il 25% delle proteine totali.
Un uomo di 70 kg contiene
circa 3 kg di collageno
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Polimorfismo genetico del collageno
Esistono 27 tipi di collageno distinti in tre
classi principali:
- c. fibrillari: I, II, III, V, XI
- c. associati a fibrille: IX
- c. reticolari: IV, VII
Il 90% del collageno corporeo è costituito dal
collageno di tipo I.
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TIPO TESSUTO
I In tutti i tessuti connettivi tranne le cartilagini
II e IX Cartilagini, corpo vitreo
III Tessuti connettivi estensibili (cute, muscolo), organi cavi
(vasi, polmone)
IV Lamina basale
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TIPO CATENE
I 21(I)+2(I)
II 3 1(II)
III 3 1(III)
IV 21(IV)+2(IV)
Le catene, di cui sono noti 36 differenti tipi,
sono dette catene
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Lun
ghezz
a: 300 n
m
- le tre catene, ciascuna di
~1000 aa, sono sinistrorse
- la tripla elica è destrorsa
Spessore: 1.5 nm
L’unità strutturale del collageno
è il tropocollageno che presenta
una tipica struttura a tripla elica.
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Il collageno forma:
Fasci paralleli Tendini,
legamenti Fibre parallele Ossa, nei singoli strati cornea, e perpendicolari negli strati adiacenti
Trama intrecciata Pelle
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Il collageno di tipo I presente nei tendini
forma fibre insolubili dotate di elevata
resistenza elastica.
Per spezzare una fibra del diametro di 1 mm
occorre un carico di 10 kg.
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Composizione aminoacidica
Aa %
Gly 33-35
Pro + Hyp 20-24
Ala 10
Lys 12
Hyl 0.7
Trp, Cys 0
L’alto contenuto in Pro e Hyp impedisce
la formazione di un’-elica
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Gly compare ogni 3 residui
(Gly-X-Y)n
Sequenze più frequenti
Gly-X-Pro
Gly-X-Hyp
Gly-Pro-Hyp
I collageni reticolari presentano delle interruzioni
delle catene, con segmenti in cui non compare
l’unità ripetitiva Gly-X-Y
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I grossi anelli di Pro e Hyp
si trovano all’esterno.
La parte interna è stipata:
l’unico residuo che vi
può trovare posto è Gly.
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Stabilizzano la tripla elica:
• legami H intercatena tra gli NH
di Gly e i C=O di altri residui
• interazioni idrofobiche tra gli anelli
di Pro e Hyp
• legami H tra residui di Hyp
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PARAMETRI -ELICA ELICA COLLAGENO DISTANZA
PER RESIDUO 1.5 Å 2.9 Å
RESIDUI
PER GIRO 3.6 3.3
PASSO
ELICA 5.4 Å 9.6 Å
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La biosintesi del collageno comprende una serie di
modificazioni (maturazione) intra- ed extracellulari a
partire dall’mRNA sino alle fibre di collageno mature.
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Il collageno nasce sui ribosomi del RER sotto forma di
preprocollageno, cioè di catene prepro-1 e prepro-2:
un peptide segnale le guiderà nel lume del RE.
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Dopo il distacco del peptide si forma il procollageno:
le catene pro-1 e pro-2 presentano alle estremità
dei peptidi addizionali (telopeptidi) che saranno poi rimossi.
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Il procollageno subirà poi varie tappe di maturazione
- modifiche intracellulari (RE e Golgi)
- modifiche extracellulari
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Modifiche intracellulari
- idrossilazione (RE)
- glicosilazione (RE)
- formazione dei ponti S-S (Golgi)
- formazione della tripla elica (Golgi)
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IDROSSILAZIONE
È la prima tappa ed è cotraduzionale.
Avviene a carico di alcune Pro e Lys ed è catalizzata
dalla prolil idrossilasi e dalla lisil idrossilasi,
che agiscono con analogo meccanismo e richiedono
- acido ascorbico (vit. C)
- -chetoglutarato (-KG)
- ossigeno molecolare
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La maggior parte degli animali superiori, ad eccezione
delle cavie e dei primati, sono in grado di sintetizzare
l'ascorbato a partire dal glucosio.
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Le due idrossilasi sono delle monossigenasi che
contengono nel sito attivo un Fe2+:
l’acido ascorbico è indispensabile per la loro attività,
mantenendone il Fe nello stato di ossidazione +2.
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L’enzima trasferisce:
- un atomo di ossigeno sulla
Pro (che diventa 4-Hyp)
- l'altro atomo di ossigeno sul C
chetonico dell‘-KG che perde
CO2 e diventa succinato.
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Per essere idrossilata,
Pro si deve trovare
sul lato aminico
di un residuo di Gly
X-Pro-Gly
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La carenza di vit. C impedisce la formazione dei residui di
Hyp e Hyl e quindi il corretto assemblaggio
delle fibre collagene.
Una dieta priva di vit. C provoca lo scorbuto
- lesioni cutanee
- fragilità vasale
- ematomi
- emorragie gengivali
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La temperatura a cui metà
della struttura elicoidale
viene persa è detta
T di fusione (Tm)
La triplice elica è fortemente stabilizzata dalla idrossilazione
poli(Pro-Pro-Gly) poli(Pro-Hyp-Gly)
Tm = 24°C Tm = 58°C
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Il contenuto in Pro+Hyp aumenta nell’evoluzione passando
dalle specie a sangue freddo a quelle a sangue caldo.
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0.5% pelle
4% cartilagine
15% lamina basale
GLICOSILAZIONE
I due enzimi legano in sequenza Gal e Glc a specifici residui di Hyl
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Le catene di procollageno presentano alle estremità
dei peptidi addizionali, detti telopeptidi, in cui:
- Gly non compare ogni 3 residui
- è presente la Cys che forma ponti S-S
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Nell'apparato del Golgi si instaurano ponti S-S tra i
telopeptidi C-terminali che quindi guidano e consentono
la formazione della tripla elica
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Modifiche extracellulari
- secrezione del procollageno nella ECM
- rimozione dei telopeptidi (procollageno peptidasi)
- assemblaggio delle molecole di tropocollageno
- formazione dei legami crociati
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Le unità di tropocollageno si dispongono testa-coda
su file parallele, sfalsandosi di circa 1/4
della loro lunghezza (60-70 nm).
In ciascuna fila le unità sono separate da spazi
di 35-40 nm, che nell’osso costituiscono i siti di
nucleazione per la deposizione dell’idrossiapatite.
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L’organizzazione sfalsata dà origine alla tipica striatura
di una fibrilla vista al ME in colorazione negativa.
- le regioni addensate sono impermeabili al colorante ed
appaiono chiare
- le regioni che corrispondono agli spazi vuoti sono permeabili
al colorante ed appaiono scure.
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Ad assemblaggio avvenuto, una fibrilla di collagene
è ancora labile.
Grazie ad una reticolazione (o cross-linking) basata
su “legami crociati” essa acquisisce stabilità.
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LEGAMI CROCIATI
Si instaurano tra la regione N-terminale di una
molecola di tropocollageno e quella C-terminale
di una adiacente.
Le fibrille acquisiscono così stabilità e si
organizzano poi in fibre collagene.
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L’enzima implicato nella formazione dei legami crociati
è la lisil ossidasi che contiene Cu2+ e converte alcuni
residui di Lys nell’aldeide allisina (AlLys).
L’enzima ha un ruolo anche nella maturazione
dell’elastina
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I principali legami crociati sono:
- base di Schiff tra AlLys e Lys
- aldolico tra due residui di AlLys
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