RUOLI BIOLOGICI DELLE PROTEINE Biochimica
Il collagene una proteina strutturale Il collagene è un componente principale di tessuti quali la pelle, i capelli, i tendini, le ossa, il cartilagine, i vasi sanguigni, i denti ecc. Forma fibre insolubili di tipo diverso composte da tre catene polipeptidiche, che si assemblano in tre stadi: Prodotto genico PROCOLLAGENE TROPOCOLLAGENE COLLAGENE STRUTTURA 1 a : Le singole catene di procollagene sono caratterizzate da un elevato contenuto di glicina e prolina disposti in sequenze ripetitive: ---Gly-Pro-Xaa-Gly-Xaa-Pro-Gly-Pro-Xaa-Gly-Xaa-Yaa-Gly-Lys-Yaa-Gly-Xaa-Pro-Gly--- * * * G P X G X P diversi residui di prolina sono modificati (*) dalla 4-prolil-idrossilasi (e lisina da un altra idrossilasi 4-prolil idrossilasi + O 2 + + CO 2 + O prolina COO- α-chetoglutarato 4-idrossiprolina (Hyp) O succinato
idrossilazione di residui Pro e Lys nel collagene Una reazione analoga catalizzata dalla e 5-lisil-idrossilasi converte alcuni residui di lisina in 5-idrossilisina (Hyl). L ossidrile in Hyl è un punto d innesto di molecole di zucchero, inserite con reazioni catalizzate da specifiche glicosil trasferasi. - Prodotto genico idrossilazione assemblaggio folding glicosidazione Hyl PROCOLLAGENE L ascorbato (vitamina C) mantiene lo ione ferro nel sito catalitico della idrossilasi in forma Fe ++. In sua assenza le catene di collagene non sono sufficientemente idrossilate, con conseguenze molto gravi sulla resistenza di alcuni tessuti (es. i vasi sanguigni deboli dello scorbuto) +++ ++ + +
Struttura del collagene Struttura 2 a : Le catene di procollagene assumono una conformazione elicoidale definita poliprolina di tipo II (estesa, non stabilizzata da legami-h). Struttura 3 a & 4 a : Tre catene si avvolgono attorno ad un asse comune per formare una TRIPLA ELICA Questa struttura è stabilizzata da Legami-H (Xaa-COO.HN-Gly) intermolecolari Ci sono almeno 9 diversi tipi di collagene: Tipo I (2 catene α + 1 catena β) nelle ossa, tendini, pelle; Tipi II e III (3 catene identiche) rispettivamente nella cartilagine e nei vasi sanguigni
Biogenesi del collagene Nel procollagene, il segmento centrale ricco in Gly e Pro (ca 1000 residui), è affiancato da domini N- e C-terminali con altre composizioni (propeptidi). Quello N-terminale è ricco in Cys e qui si formano ponti S-S intercatenache fissano le tre catene e permettono la formazione della tripla elica (effetto cerniera). N Pro/Gly-rich C s s s s tripla elica propeptidi Il tropocollagene viene secreto ed i domini fiancheggianti rimossi da un enzima (peptidasi) extracellulare Il filamenti di tropocollagene si assemblano in una fibbradi collagene maturo procollagene procollagene peptidasi tropocollagene collagene maturo Legami interfibra Legami intrafibra
Prodotto genico PROCOLLAGENE TROPOCOLLAGENE COLLAGENE Folding PTM (hydroxylation) PTM (glycosilation) PTM stop secretion processing assembly
Biochimica
Biogenesi: formazione di legami covalenti del collagene La struttura 3 a /4 a del collagene è stabilizzata da legami covalenti inter- e intracatena: deaminazione Lys allisina NB: Lys > Hyl allisina Hyl/Hyl/Hyl o Hyl/Hyl/Lys idrossipiridinio Legami interfibra Biochimica Legami intraibra
Biogenesi: fibrillogenesi e remodeling del gollagene Fibrillogenesi : Il procollagene si forma in cellule specializzate, mentre il suo processing e l assemblaggio della fibra di collagene avviene all esterno della cellula. fibroblasti / condroblasti / osteoblasti tess.conn. cartilagine ossa sintesi idrossilazione glicosidazione formazione tripla elica procollagene tess.conn. cartilagine ossa fibra matura crosslinks fibra di collagene mineraliz_ zazione osteoclasti riassorbimento remodelling secrezione procollagene idrolisi dei terminali Biochimica tropocollagene assemblaggio
Biochimica W.J.Landis, Bone (1995), 5, 533-544.
- - O O - O - P - O - P - O - O O PIROFOSFATO O R O - O - P -C - P - O - - O - - O H O - - - O O O BISFOSFONATO O - P - O - P - O - P - O - RIBOSIO - ADENINA O O O Biochimica Farmaci contro l osteoporosi ATP
ALTRE PROTEINE STRUTTURALI α-cheratine: proteine presenti in capelli, pelle, unghie, corna, ecc. STRUTTURA 1a capping domain----------rod domain------------capping domain variabile -(a-b-c-d-e-f-g) n - variabile STRUTTURA 2 a STRUTTURA 3 a /4 a Spirale superavvolta di due α-eliche filamento (quattro protofibrille attorcigliate a spirale) protofilamento (coppia di spirali superavvolte) Biochimica
FIBROINE e ß-CHERATINE: proteine presenti in fibre come la seta e ragnatele STRUTTURA 1a: regione ripetitive -(Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser-)nintercalate a regioni non organizzate. ALTRE PROTEINE STRUTTURALI STRUTTURA 2a: β - foglietti antiparalleli (6 - filamenti adiacenti) che corrispondo alle sequenze ripetute circondati da sequenze non ordinate ed a α-elica. Biochimica
ELASTINA PROTEINA STRUTTURALE Associata al collagene nel tessuto connettivo, predominante in fibre di natura elastica (es. vasi sanguigni, legamenti), poca in tessuti quali la pelle, tendini ecc. Struttura 1 a : unità ripetute di -(Pro-Gly-Val-Gly-Val)- con tratti tipo -Lys-(Ala) 2,3 -Lys- Struttura 2 a : elica non canonica (probabilmente formata da ß-ripiegamenti ripetuti) Struttura 3 a : fibre formate da catene di elastina connesse da legami trasversali lisil ossidasi Lys Lys-CHO + Lys --Cα-(CH 3 ) 4 -N-(CH 2 ) 4 -C α-- Cu + piridossalfosfato Cα Cα (CH ) 2 3 lisilnorleucina CH 2 CH 2 + N (CH ) 2 3 Biochimica Cα (CH ) 2 2 Cα desmosina