El colágeno es el principal estructural de proteínas en la matriz extracelular en los diversos tejidos conectivos en el cuerpo. Como componente principal del tejido conectivo, es la Proteína más abundante en los mamíferos, representa del 25% al 35% del contenido de proteína de todo el cuerpo.
El colágeno consiste en aminoácidos unidos entre sí para formar una triple hélice de fibrilla alargada conocida como hélice de colágeno. Se encuentra principalmente en tejidos fibrosos comotendones, ligamentos y piel.
Dependiendo del grado de mineralización, los tejidos de colágeno pueden ser rígidos (hueso), compatibles (tendón) o tener un gradiente de rígido a flexible (cartílago). También es abundante en las córneas, los vasos sanguíneos, el intestino, los discos intervertebrales y la dentina en los dientes. En el tejido muscular, sirve como un componente principal del endomisio.
El colágeno constituye del uno al dos por ciento del tejido muscular y representa el 6% del peso de los músculos fuertes y tendinosos. El fibroblasto es la célula más común que crea colágeno. Gelatina, que se usa en alimentos e industria, es colágeno que se ha hidrolizado irreversiblemente. El colágeno tiene muchos usos médicos en el tratamiento de complicaciones de los huesos y la piel.
El nombre colágeno proviene del griego κόλλα ( kólla ), que significa » pegamento «, y sufijo -γέν, -gen, que denota «producir». Esto se refiere al uso temprano del compuesto en el proceso de hervir la piel y los tendones de caballos y otros animales para obtener pegamento.
Tipos
Más del 90% del colágeno en el cuerpo humano es el colágeno de tipo I. Sin embargo, a partir de 2011, se han identificado, descrito y dividido 30 tipos de colágeno en varios grupos según la estructura que forman: Todos los tipos contienen al menos una triple hélice. El número de tipos muestra la diversa funcionalidad del colágeno.
Fibrilar (Tipo I, II, III, V, XI)
No fibrilar
FACIT (colágenos asociados a fibrillas con triples hélices interrumpidas) (Tipo IX, XII, XIV, XIX, XXI)
Cadena corta (Tipo VIII, X)
Membrana basal (tipo IV)
Multiplexina (dominios de triple hélice múltiple con interrupciones) (Tipo XV, XVIII)
MACIT (colágenos asociados a membrana con triples hélices interrumpidas) (tipo XIII, XVII)
Otro (Tipo VI, VII)
Los cinco tipos más comunes son:
Tipo I : piel, tendón, vasculatura, órganos, hueso (componente principal de la parte orgánica del hueso)
Tipo II : cartílago (componente colágeno principal del cartílago)
Tipo III : reticulado (componente principal de las fibras reticulares ), comúnmente encontrado junto al tipo I
Tipo IV : forma una lámina basal, la capa secretada por el epitelio de la membrana basal
Tipo V : superficies celulares, cabello y placenta
Usos médicos
Aplicaciones cardíacas
El esqueleto cardíaco colágeno que incluye los cuatro anillos de la válvula cardíaca está unido histológica, elástica y exclusivamente al músculo cardíaco. El esqueleto cardíaco también incluye los tabiques de separación de las cámaras del corazón: el tabique interventricular y el tabique atrioventricular.
La contribución del colágeno a la medida del rendimiento cardíaco representa sumariamente una fuerza de torsión continua opuesta a la mecánica de fluidos de la sangre.presión emitida desde el corazón. La estructura colagenosa que divide las cámaras superiores del corazón de las cámaras inferiores es una membrana impermeable que excluye tanto la sangre como los impulsos eléctricos a través de medios fisiológicos típicos.
Con el apoyo del colágeno, la fibrilación auricular nunca se deteriora a fibrilación ventricular. El colágeno está en capas en densidades variables con masa muscular lisa. La masa, la distribución, la edad y la densidad del colágeno contribuyen al cumplimiento requerido para mover la sangre de un lado a otro.
Las valvas valvulares cardíacas individuales se pliegan en forma mediante colágeno especializado bajo presión variable. Calcio gradualLa deposición dentro del colágeno ocurre como una función natural del envejecimiento. Los puntos calcificados dentro de las matrices de colágeno muestran un contraste en una pantalla en movimiento de sangre y músculo, lo que permite que los métodos de la tecnología de imagen cardíaca lleguen a proporciones que esencialmente indican la entrada de sangre ( entrada cardíaca ) y la salida de sangre ( gasto cardíaco ).
La patología del colágeno que sustenta el corazón se entiende dentro de la categoría de enfermedad del tejido conectivo.
Cirugía estética
El colágeno se ha utilizado ampliamente en la cirugía estética, como una ayuda curativa para pacientes con quemaduras para la reconstrucción de huesos y una amplia variedad de propósitos dentales, ortopédicos y quirúrgicos. Tanto el colágeno humano como el bovino se usan ampliamente como rellenos dérmicos para el tratamiento de las arrugas y el envejecimiento de la piel.
Algunos puntos de interés son:
Cuando se usa cosméticamente, existe la posibilidad de reacciones alérgicas que causen enrojecimiento prolongado; sin embargo, esto puede eliminarse virtualmente mediante pruebas de parche simples y discretas antes del uso cosmético.
La mayoría del colágeno médico se deriva del ganado bovino joven (bovino) de animales certificados libres de EEB. La mayoría de los fabricantes utilizan animales donantes de «rebaños cerrados» o de países que nunca han tenido un caso reportado de EEB, como Australia, Brasil y Nueva Zelanda.
Injertos óseos
A medida que el esqueleto forma la estructura del cuerpo, es vital que mantenga su fuerza, incluso después de roturas y lesiones. El colágeno se usa en el injerto óseo ya que tiene una estructura helicoidal triple, lo que lo convierte en una molécula muy fuerte. Es ideal para usar en huesos, ya que no compromete la integridad estructural del esqueleto.
La estructura helicoidal triple del colágeno evita que las enzimas lo descompongan, permite la adhesividad de las células y es importante para el ensamblaje adecuado de la matriz extracelular.
Regeneración de tejidos
Los andamios de colágeno se utilizan en la regeneración de tejidos, ya sea en esponjas, láminas delgadas o geles. El colágeno tiene las propiedades correctas para la regeneración de tejidos, como la estructura de los poros, la permeabilidad, la hidrofilia y la estabilidad in vivo. Los andamios de colágeno también son ideales para la deposición de células como los osteoblastos y fibroblastos, y una vez insertados, el crecimiento puede continuar de manera normal en el tejido.
Usos quirúrgicos reconstructivos
Los colágenos se emplean ampliamente en la construcción de los sustitutos de la piel artificial utilizados en el tratamiento de quemaduras y heridas graves. Estos colágenos pueden derivarse de fuentes bovinas, equinas, porcinas o incluso humanas; y a veces se usan en combinación con siliconas, glicosaminoglicanos, fibroblastos, factores de crecimiento y otras sustancias.
Curación de heridas
El colágeno es uno de los recursos naturales clave del cuerpo y un componente del tejido de la piel que puede beneficiar a todas las etapas de la curación de heridas. Cuando el colágeno se pone a disposición del lecho de la herida, puede ocurrir el cierre. De este modo, se puede evitar el deterioro de la herida, seguido a veces por procedimientos como la amputación.
El colágeno es un producto natural y, por lo tanto, se usa como un apósito natural para heridas y tiene propiedades que los apósitos artificiales no tienen. Es resistente a las bacterias, lo cual es de vital importancia en un apósito para heridas. Ayuda a mantener la herida estéril, debido a su capacidad natural para combatir infecciones.
Cuando el colágeno se usa como vendaje para quemaduras, el tejido de granulación sano puede formarse muy rápidamente sobre la quemadura, lo que ayuda a sanar rápidamente.
A lo largo de las 4 fases de curación de heridas, el colágeno realiza las siguientes funciones en la curación de heridas:
Función de guía: las fibras de colágeno sirven para guiar los fibroblastos. Los fibroblastos migran a lo largo de una matriz de tejido conectivo.
Propiedades quimiotácticas: la gran superficie disponible en las fibras de colágeno puede atraer células fibrogénicas que ayudan en la curación.
Nucleación: el colágeno, en presencia de ciertas moléculas de sal neutras, puede actuar como un agente nucleante que causa la formación de estructuras fibrilares. Un apósito para colágeno puede servir como guía para orientar la nueva deposición de colágeno y el crecimiento capilar.
Propiedades hemostáticas : las plaquetas sanguíneas interactúan con el colágeno para formar un tapón hemostático.
Como suplemento
Cuando se hidroliza, el colágeno se reduce a péptidos pequeños, que pueden ingerirse en forma de un suplemento dietético o alimentos y bebidas funcionales con la intención de ayudar a la salud de las articulaciones y los huesos y mejorar la salud de la piel. El colágeno hidrolizado tiene un peso molecular mucho menor en comparación con el colágeno o la gelatina nativos.
Los estudios sugieren que más del 90% del colágeno hidrolizado se digiere y está disponible como péptidos pequeños en el torrente sanguíneo en una hora. De la sangre, los péptidos (que contienen hidroxiprolina) se transportan a los tejidos objetivo (p. ej., piel, huesos y cartílagos), donde los péptidos actúan como bloques de construcción para las células locales y ayudan a aumentar la producción de nuevas fibras de colágeno.
Investigación básica
El colágeno se usa en estudios de laboratorio para cultivo celular, estudiando el comportamiento celular y las interacciones celulares con el entorno extracelular.
Química
La proteína de colágeno se compone de una triple hélice, que generalmente consta de dos cadenas idénticas (α) y una cadena adicional que difiere ligeramente en su composición química (α). La composición de aminoácidos del colágeno es atípica para las proteínas, particularmente con respecto a su alto contenido de hidroxiprolina.
Los motivos más comunes en la secuencia de aminoácidos del colágeno son la glicina : prolina -X y glicina-X-hidroxiprolina, donde X es cualquier aminoácido que no sea glicina, prolina o hidroxiprolina. Se da la composición promedio de aminoácidos para la piel de peces y mamíferos.
Síntesis
Primero, se ensambla una estructura trenzada tridimensional, con los aminoácidos glicina y prolina como sus componentes principales. Esto aún no es colágeno sino su precursor, el procolágeno. El procolágeno se modifica luego mediante la adición de grupos hidroxilo a los aminoácidos prolina y Lisina.
Este paso es importante para la glucosilación posterior y la formación de la estructura de triple hélice del colágeno. Debido a que las enzimas hidroxilasa que realizan estas reacciones requieren Vitamina C como cofactor, una deficiencia a largo plazo en esta Vitamina resulta en una síntesis de colágeno deteriorada y Escorbuto.Estas reacciones de hidroxilación son catalizadas por dos enzimas diferentes:
Prolil–hidroxilasa y lisil-hidroxilasa. La vitamina C también sirve con ellos para inducir estas reacciones. En este servicio, se destruye una molécula de vitamina C por cada H reemplazado por OH. La síntesis de colágeno ocurre dentro y fuera de la célula. Aquí se discute la formación de colágeno que produce colágeno fibrilar (la forma más común).
El colágeno de malla, que a menudo está involucrado en la formación de sistemas de filtración, es la otra forma de colágeno. Todos los tipos de colágenos son triples hélices, y las diferencias radican en la composición de los péptidos alfa creados en el paso 2.
Transcripción de ARNm : Cerca de 34 genes están asociados con la formación de colágeno, cada uno de los cuales codifica una secuencia de ARNm específica, y típicamente tienen el prefijo » COL «. El comienzo de la síntesis de colágeno comienza con la activación de genes que están asociados con la formación de un péptido alfa particular (típicamente alfa 1, 2 o 3).
Formación pre-pro-péptido : una vez que el ARNm final sale del núcleo celular y entra en el citoplasma, se une con las subunidades ribosómicas y se produce el proceso de traducción. La primera / primera parte del nuevo péptido se conoce como secuencia señal. La secuencia de señal en el extremo N-terminal del péptido es reconocida por una partícula de reconocimiento de señal en el retículo endoplásmico, que será responsable de dirigir el pre-pro-péptido al retículo endoplásmico.
Por lo tanto, una vez que finaliza la síntesis del nuevo péptido, va directamente al retículo endoplásmico para el procesamiento postraduccional. Ahora se conoce como pre-pro-colágeno.
Pre-pro-péptido a pro-colágeno : se producen tres modificaciones del pre-pro-péptido que conducen a la formación del péptido alfa:
El péptido señal en el terminal N se elimina, y la molécula ahora se conoce como propéptido (no procolágeno).
La hidroxilación de lisinas y prolina en el propéptido por las enzimas ‘prolil hidroxilasa’ y ‘lisil hidroxilasa’ (para producir hidroxiprolina e hidroxilisina) ocurre para ayudar a la reticulación de los péptidos alfa. Este paso enzimático requiere vitamina C como cofactor. En el escorbuto, la falta de hidroxilación de prolina y lisina provoca una triple hélice más suelta (que está formada por tres péptidos alfa).
La glicosilación se produce al agregar monómeros de glucosa o galactosa a los grupos hidroxilo que se colocaron en las lisinas, pero no en las prolina.
Una vez que se han llevado a cabo estas modificaciones, tres de los propéptidos hidroxilados y glicosilados se retuercen en un procolágeno que forma triple hélice. El procolágeno todavía tiene extremos desenrollados, que luego se recortarán. En este punto, el procolágeno se empaqueta en una vesícula de transferencia destinada al aparato de Golgi.
Modificación del aparato de Golgi : en el aparato de Golgi, el procolágeno pasa por una última modificación postraduccional antes de ser secretada fuera de la célula. En este paso, se agregan oligosacáridos (no monosacáridos como en el paso 3), y luego el procolágeno se empaqueta en una vesícula secretora destinada al espacio extracelular.
Formación de tropocolágeno : una vez fuera de la célula, las enzimas unidas a la membrana conocidas como peptidasas de colágeno, eliminan los «extremos sueltos» de la molécula de procolágeno. Lo que queda se conoce como tropocolágeno. Los defectos en este paso producen una de las muchas colagenopatías conocidas como síndrome de Ehlers-Danlos.
Este paso está ausente cuando se sintetiza el tipo III, un tipo de colágeno fibrilar.
Formación de la fibrilla de colágeno : la lisil oxidasa, una enzima extracelular dependiente del Cobre, produce el paso final en la vía de síntesis de colágeno. Esta enzima actúa sobre lisinas e hidroxilisinas que producen grupos aldehído, que eventualmente sufrirán enlaces covalentes entre las moléculas de tropocolágeno.
Este polímero de tropocológeno se conoce como una fibrilla de colágeno.
Aminoácidos
El colágeno tiene una composición y secuencia de aminoácidos inusual :
La glicina se encuentra en casi cada tercer residuo.
La prolina constituye aproximadamente el 17% del colágeno.
El colágeno contiene dos aminoácidos derivados poco comunes que no se insertan directamente durante la traducción. Estos aminoácidos se encuentran en ubicaciones específicas en relación con la glicina y son modificados postraduccionalmente por diferentes enzimas, que requieren vitamina C como cofactor.
Hidroxiprolina derivada de prolina
Hidroxilisina derivada de la lisina : según el tipo de colágeno, un número variable de hidroxilisinas están glicosiladas (principalmente con disacáridos unidos).
El cortisol estimula la degradación del colágeno (piel) en aminoácidos.
Formación de colágeno I
La mayoría del colágeno se forma de manera similar, pero el siguiente proceso es típico para el tipo I:
Dentro de la celda
Se forman dos tipos de cadenas alfa durante la traducción en los ribosomas a lo largo del retículo endoplásmico rugoso (RER): cadenas alfa- y alfa-. Estas cadenas peptídicas (conocidas como preprocolágeno ) tienen péptidos de registro en cada extremo y un péptido señal.
Las cadenas de polipéptidos se liberan en la luz del RER.
Los péptidos de señal se escinden dentro del RER y las cadenas ahora se conocen como cadenas pro-alfa.
La hidroxilación de los aminoácidos lisina y prolina se produce dentro de la luz. Este proceso depende del ácido ascórbico (vitamina C) como cofactor.
Se produce glucosilación de residuos de hidroxilisina específicos.
La estructura helicoidal alfa triple se forma dentro del retículo endoplásmico a partir de dos cadenas alfa- y una cadena alfa-.
El procolágeno se envía al aparato de Golgi, donde es empaquetado y secretado por exocitosis.
Fuera de la celda
Los péptidos de registro se escinden y el tropocolágeno está formado por la peptidasa de procolágeno.
Múltiples moléculas de tropocolágeno forman fibrillas de colágeno, a través de la reticulación covalente ( reacción aldólica ) por lisil oxidasa que une los residuos de hidroxilisina y lisina. Se forman múltiples fibrillas de colágeno en fibras de colágeno.
El colágeno se puede unir a las membranas celulares a través de varios tipos de proteínas, que incluyen fibronectina, laminina, fibulina e integrina.
Patogénesis sintética
La deficiencia de vitamina C causa escorbuto, una enfermedad grave y dolorosa en la cual el colágeno defectuoso impide la formación de tejido conectivo fuerte. Las encías se deterioran y sangran, con pérdida de dientes; la piel se decolora y las heridas no sanan. Antes del siglo XVIII, esta condición era notoria entre las expediciones militares de larga duración, particularmente navales, durante las cuales los participantes fueron privados de alimentos que contenían vitamina C.
Una enfermedad autoinmune como el lupus eritematoso o la artritis reumatoide puede atacar las fibras de colágeno sanas.
Muchas bacterias y virus secretan factores de virulencia, como la enzima colagenasa, que destruye el colágeno o interfiere con su producción.
Estructura molecular
Una sola molécula de colágeno, el tropocolágeno, se usa para formar agregados de colágeno más grandes, como las fibrillas. Tiene aproximadamente 300 nm de largo y 1.5 nm de diámetro, y está formado por tres cadenas de polipéptidos (llamados péptidos alfa, consulte el paso 2), cada uno de los cuales tiene la conformación de una hélice zurda;
Esto no debe confundirse con la hélice alfa diestra. Estas tres hélices zurdas se entrelazan en una triple hélice o «súper hélice» derecha, una estructura cuaternaria cooperativa estabilizada por muchos enlaces de hidrógeno.. Con el colágeno tipo I y posiblemente todos los colágenos fibrilares, si no todos los colágenos, cada triple hélice se asocia en una súper-bobina derecha que se denomina microfibrilla de colágeno.
Cada microfibrilla se interdigita con sus microfibrillas vecinas en un grado que puede sugerir que son individualmente inestables, aunque dentro de las fibrillas de colágeno, están tan bien ordenadas que son cristalinas.
Una característica distintiva del colágeno es la disposición regular de los aminoácidos en cada una de las tres cadenas de estas subunidades de colágeno. La secuencia a menudo sigue el patrón Gly – Pro -X o Gly-X- Hyp, donde X puede ser cualquiera de los otros residuos de aminoácidos. La prolina o la hidroxiprolina constituyen aproximadamente 1/6 de la secuencia total.
Dado que la glicina representa el 1/3 de la secuencia, esto significa que aproximadamente la mitad de la secuencia de colágeno no es glicina, prolina o hidroxiprolina, un hecho que a menudo se pierde debido a la distracción de la inusual GX 1 X 2carácter de los péptidos alfa de colágeno. El alto contenido de glicina del colágeno es importante con respecto a la estabilización de la hélice de colágeno, ya que esto permite una asociación muy estrecha de las fibras de colágeno dentro de la molécula, facilitando la unión de hidrógeno y la formación de enlaces cruzados intermoleculares.
Este tipo de repetición regular y alto contenido de glicina se encuentra solo en algunas otras proteínas fibrosas, como la fibroína de seda.
El colágeno no es solo una proteína estructural. Debido a su papel clave en la determinación del fenotipo celular, la adhesión celular, la regulación tisular y la infraestructura, muchas secciones de sus regiones no ricas en prolina tienen roles de asociación / regulación celular o matricial. El contenido relativamente alto de anillos de prolina e hidroxiprolina, con sus grupos carboxilo y amino (secundarios) geométricamente restringidos, junto con la rica abundancia de glicina, explica la tendencia de las hebras de polipéptidos individuales a formar hélices zurdas espontáneamente, sin ninguna cadena intracatenaria enlaces de hidrógeno.
Debido a que la glicina es el aminoácido más pequeño sin cadena lateral, desempeña un papel único en las proteínas estructurales fibrosas. En el colágeno, se requiere Gly en cada tercera posición porque el ensamblaje de la triple hélice coloca este residuo en el interior (eje) de la hélice, donde no hay espacio para un grupo lateral más grande que el átomo de hidrógeno de la glicina.
Por la misma razón, los anillos de Pro y Hyp deben apuntar hacia afuera. Estos dos aminoácidos ayudan a estabilizar la triple hélice: Hyp incluso más que Pro; Se requiere una menor concentración de ellos en animales como los peces, cuyas temperaturas corporalesson más bajos que la mayoría de los animales de sangre caliente.
Los contenidos bajos de prolina e hidroxiprolina son característicos de los peces de agua fría, pero no de los de aguas cálidas; estos últimos tienden a tener contenidos de prolina e hidroxiprolina similares a los mamíferos. Los bajos contenidos de prolina e hidroxprolina de los peces de agua fría y otros animales poikilotherm hacen que su colágeno tenga una estabilidad térmica menor que el colágeno de los mamíferos.
Esta menor estabilidad térmica significa que la gelatina derivada del colágeno de pescado no es adecuada para muchas aplicaciones alimentarias e industriales.
Las subunidades de tropocolágeno se autoensamblan espontáneamente, con extremos escalonados regularmente, en matrices aún más grandes en los espacios extracelulares de los tejidos. El ensamblaje adicional de fibrillas es guiado por fibroblastos, que depositan fibrillas completamente formadas a partir de fibripositores.
En los colágenos fibrilares, las moléculas se escalonan a las moléculas adyacentes en aproximadamente 67 nm (una unidad que se conoce como ‘D’ y cambia según el estado de hidratación del agregado). En cada repetición del período D del microfibril, hay una parte que contiene cinco moléculas en sección transversal, llamada «superposición», y una parte que contiene solo cuatro moléculas, llamada «brecha».Estas regiones de solapamiento y separación se retienen a medida que las microfibrillas se ensamblan en fibrillas y, por lo tanto, se pueden ver mediante microscopía electrónica.
Los tropocolágenos helicoidales triples en las microfibrillas están dispuestos en un patrón de empaque cuasihexagonal.
Existe una reticulación covalente dentro de las hélices triples, y una cantidad variable de reticulación covalente entre hélices de tropocolágeno que forman agregados bien organizados (como las fibrillas). Los haces fibrilares más grandes se forman con la ayuda de varias clases diferentes de proteínas (incluidos diferentes tipos de colágeno), glucoproteínas y proteoglucanos para formar los diferentes tipos de tejidos maduros a partir de combinaciones alternativas de los mismos jugadores clave.
La insolubilidad del colágeno fue una barrera para el estudio del colágeno monomérico hasta que se descubrió que el tropocolágeno de los animales jóvenes se puede extraer porque aún no está completamente reticulado. Sin embargo, los avances en las técnicas de microscopía (es decir, la microscopía electrónica (EM) y la microscopía de fuerza atómica (AFM)) y la difracción de rayos X han permitido a los investigadores obtener imágenes cada vez más detalladas de la estructura del colágeno in situ.
Estos avances posteriores son particularmente importantes para comprender mejor la forma en que la estructura del colágeno afecta la comunicación célula-célula y célula-matriz y cómo los tejidos se construyen en el crecimiento y la reparación y cambian en el desarrollo y la enfermedad.Por ejemplo, al usar nanoindentación basada en AFM se ha demostrado que una sola fibrilla de colágeno es un material heterogéneo a lo largo de su dirección axial con propiedades mecánicas significativamente diferentes en sus regiones de separación y superposición, correlacionando con sus diferentes organizaciones moleculares en estas dos regiones.
Las fibrillas / agregados de colágeno se disponen en diferentes combinaciones y concentraciones en diversos tejidos para proporcionar propiedades de tejido variables. En el hueso, las hélices triples de colágeno se encuentran en una matriz paralela y escalonada. Los espacios de 40 nm entre los extremos de las subunidades de tropocolágeno (aproximadamente igual a la región del espacio) probablemente sirvan como sitios de nucleación para la deposición de cristales largos, duros y finos del componente Mineral, que es hidroxilapatita (aproximadamente) Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6.
El colágeno tipo I le da al hueso su resistencia a la tracción.
Trastornos asociados
Las enfermedades relacionadas con el colágeno generalmente surgen de defectos genéticos o deficiencias nutricionales que afectan la biosíntesis, el ensamblaje, la modificación postraduccional, la secreción u otros procesos involucrados en la producción normal de colágeno.
Además de los trastornos mencionados anteriormente, se produce un depósito excesivo de colágeno en la esclerodermia.
Enfermedades
Se han identificado mil mutaciones en 12 de más de 20 tipos de colágeno. Estas mutaciones pueden conducir a diversas enfermedades a nivel tisular.
Osteogénesis imperfecta : causada por una mutación en el colágeno tipo 1, trastorno autosómico dominante, resultados en huesos débiles y tejido conectivo irregular, algunos casos pueden ser leves, mientras que otros pueden ser letales. Los casos leves han reducido los niveles de colágeno tipo 1, mientras que los casos graves tienen defectos estructurales en el colágeno.
Condrodisplasias : trastorno del esqueleto que se cree que es causado por una mutación en el colágeno tipo 2, se están realizando más investigaciones para confirmar esto.
Síndrome de Ehlers-Danlos : se conocen trece tipos diferentes de este trastorno, que conducen a deformidades en el tejido conectivo. Algunos de los tipos más raros pueden ser letales y provocar la ruptura de las arterias. Cada síndrome es causado por una mutación diferente. Por ejemplo, el tipo vascular (vEDS) de este trastorno es causado por una mutación en el colágeno tipo 3.
Síndrome de Alport : puede transmitirse genéticamente, generalmente como un dominante ligado al cromosoma X, pero también como un trastorno autosómico dominante y autosómico recesivo, los pacientes tienen problemas con los riñones y los ojos, la pérdida de audición también puede desarrollarse durante la infancia o la adolescencia.
Síndrome de Knobloch : causado por una mutación en el gen COLA1 que codifica la producción de colágeno XVIII. Los pacientes presentan protrusión del tejido cerebral y degeneración de la retina; un individuo que tiene familiares que padecen el trastorno tiene un mayor riesgo de desarrollarlo por sí mismo, ya que existe un vínculo hereditario.
Características
El colágeno es una de las proteínas estructurales largas y fibrosas cuyas funciones son bastante diferentes de las de las proteínas globulares, como las enzimas. Los gruesos haces de colágeno llamados fibras de colágeno son un componente principal de la matriz extracelular que soporta la mayoría de los tejidos y da estructura a las células desde el exterior, pero el colágeno también se encuentra dentro de ciertas células.
El colágeno tiene una gran resistencia a la tracción y es el componente principal de la fascia, cartílago, ligamentos, tendones, huesos y piel. Junto con elastinay queratina suave, es responsable de la fuerza y elasticidad de la piel, y su degradación conduce a las arrugas que acompañan al envejecimiento.
Fortalece los vasos sanguíneos y juega un papel en el desarrollo de tejidos. Está presente en la córnea y el cristalino del ojo en forma cristalina. Puede ser una de las proteínas más abundantes en el registro fósil, dado que parece fosilizarse con frecuencia, incluso en los huesos del Mesozoico y Paleozoico.
Usos
El colágeno tiene una amplia variedad de aplicaciones, desde alimentos hasta medicamentos. Por ejemplo, se usa en cirugía estética y cirugía de quemaduras. Es ampliamente utilizado en forma de envolturas de colágeno para salchichas, que también se utilizan en la fabricación de cuerdas musicales.
Si el colágeno está sujeto a una desnaturalización suficiente, p. Ej. Por calentamiento, las tres hebras de tropocolágeno se separan parcial o completamente en dominios globulares, que contienen una estructura secundaria diferente a la colágeno polipropolina II (PPII) normal, p. Ej. Bobinas aleatorias.
Este proceso describe la formación de gelatina, que se utiliza en muchos alimentos, incluidos los postres de gelatina con sabor. Además de los alimentos, la gelatina se ha utilizado en las industrias farmacéutica, cosmética y fotográfica. También se usa como suplemento dietético.
Del griego para cola, kolla, la palabra colágeno significa » productor de cola » y se refiere al proceso inicial de hervir la piel y los tendones de los caballos y otros animales para obtener cola. Los egipcios usaron el adhesivo de colágeno hace unos 4,000 años, y los nativos americanos lo usaron en arcos hace aproximadamente 1,500 años.
Se descubrió que el pegamento más antiguo del mundo, con fecha de carbono que tenía más de 8,000 años, era colágeno, utilizado como revestimiento protector en cestas de cuerda y telas bordadas, y para sujetar los utensilios juntos; también en decoraciones entrecruzadas en cráneos humanos. El colágeno normalmente se convierte en gelatina, pero sobrevivió debido a las condiciones secas.
Las colas de animales son termoplásticas, se ablandan nuevamente al recalentar, por lo que todavía se usan para hacer instrumentos musicales como violines finosy guitarras, que pueden tener que volver a abrirse para reparaciones, una aplicación incompatible conadhesivos plásticos sintéticos resistentes, que son permanentes.
Los tendones y pieles de animales, incluido el cuero, se han utilizado para fabricar artículos útiles durante milenios.
Gelatina- resorcinol : el pegamento de formaldehído (y con el formaldehído reemplazado por pentanial y etanodial menos tóxicos ) se ha utilizado para reparar incisiones experimentales en los pulmones de los conejos.
Historia
Las estructuras moleculares y de empaque del colágeno han eludido a los científicos durante décadas de investigación. La primera evidencia de que posee una estructura regular a nivel molecular se presentó a mediados de la década de 1930. Desde entonces, muchos eruditos prominentes, incluidos los premios Nobel Crick, Pauling, Rich y Yonath, y otros, incluidos Brodsky, Berman y Ramachandran, se concentraron en la conformación del monómero de colágeno..
Varios modelos competidores, aunque se ocupaban correctamente de la conformación de cada cadena peptídica individual, dieron paso al modelo «Madras» triple-helicoidal de Ramachandran, que proporcionó un modelo esencialmente correcto de la estructura cuaternaria de la molécula. Este modelo fue respaldado por otros estudios, que produjeron datos de mayor resolución.
La estructura de empaque del colágeno no se ha definido en el mismo grado fuera de los tipos de colágeno fibrilar, aunque desde hace tiempo se sabe que es hexagonal o cuasi hexagonal.Al igual que con su estructura monomérica, varios modelos en conflicto alegaron que la disposición de empaquetamiento de las moléculas de colágeno es ‘en forma de lámina’ o microfibrilar.
La estructura microfibrilar de las fibrillas de colágeno en el tendón, la córnea y el cartílago se ha captado directamente mediante microscopía electrónica. La estructura microfibrilar del tendón de la cola, según lo descrito por Fraser, Miller y Wess (entre otros), fue modelada como la más cercana a la estructura observada,aunque simplificó demasiado la progresión topológica de las moléculas de colágeno vecinas y, por lo tanto, no predijo la conformación correcta de la disposición pentamérica periódica D discontinua denominada simplemente:
El microfibril. Varios agentes de reticulación como L-dopaquinona, línea de base, embelato de potasio y 5-O-metil embelina podrían desarrollarse como posibles agentes de reticulación / estabilización de la preparación de colágeno y su aplicación como apósito para heridas en aplicaciones clínicas se mejora.
La evolución de los colágenos fue un paso fundamental en la evolución temprana de los animales, apoyando formas animales multicelulares.
Bandas en D
Las bandas de colágeno D son viables como formación periódica de crestas en todas las fibrillas que forman colágeno. Las bandas D se crean debido a la formación semicristalina del colágeno dentro de las fibrillas. El patrón exhibido por la banda D es consistentemente independiente del diámetro de la fibrilla.
Al sufrir deformación, las fibrillas de colágeno pueden perder sus bandas D, lo que hace que la desaparición de las bandas d sea un indicador del tipo de daño sufrido por las fibrillas tendinosas.