Queratina Colaeno Y Elastina

1. PROTEÍNAS FIBROSAS

1a. α-Queratinas.

Las a-queratinas son proteínas fibrosas con función estructural. Forman parte del pelo, piel, uñas, garras, cuernos, etc.

Las a-queratinas están constituidas por cadenas polipeptídicas de más de 300 residuos, en su mayor parte de pequeño tamaño, con estructura en hélice-a, estabilizadas por sus correspondientes enlaces de hidrógeno, en las que se repite una secuencia de 7 aminoácidos. En esta secuencia el 1º y el 4º puesto están ocupados por aminoácidos apolares, mientras que en 5º y 7º posición hay residuos polares. Esta secuencia repetitiva hace que los residuos apolares casi coincidan tras cada vuelta de la hélice (n=3,6) formando tiras hidrofóbicas en un lado de la hélice, lo que favorece su unión a otras hélices mediante interacciones hidrofóbicas, mientras que los residuos polares forman bordes polares que interaccionan con el agua, estabilizando la estructura.

Las a-queratinas se dividen en dos grupos:

a-queratinas duras, son ricas en cisteína, por lo que se pueden formar puentes disulfuro entre las distintas cadenas, lo que le confiere dureza y resistencia (pelo y uñas). Cuanto mayor sea el número de puentes disulfuro más dura será la queratina; así, son más abundantes en las a-queratinas de las uñas y cuernos que en la del pelo, haciendo a este último más flexible.

a-queratinas flexibles, son ricas en aminoácidos básicos y pobres en cisteína. Forman fibras flexibles (piel).

En las a-queratinas del pelo, las cadenas polipeptídicas con estructura en hélice alfa se enroscan levógiramente de dos en dos, formando una estructura denominada “ovillo enrollado”; 2 ovillos enrollados en posición antiparalela forman una estructura superenrollada denominada protofibrilla (o protofilamento); varias protofibrillas forman una microfibrilla, y la asociación de microfibrillas forman una macrofibrilla, las macrofibrillas se empaquetan paralelamente y forman el pelo.

1b. Colágeno.

El colágeno es una proteína estructural que refuerza, sostiene y le da forma y resistencia a todos los tejidos y órganos. Es sintetizada por las células del tejido conectivo y expulsada al espacio extracelular, donde, junto a la elastina y los proteoglucanos, forma la matriz extracelular. Se encuentra especialmente en huesos, tendones, dientes, piel, vasos sanguíneos, córnea. Es la proteína más abundante en vertebrados, constituyendo más del 25% de las proteínas totales. Existen 20 familias de moléculas de colágeno, siendo el más abundante en humanos el colágeno tipo I.

Las fibras de colágeno están formadas por la repetición de una unidad estructural básica denominada tropocolágeno que se organiza formando filas paralelas. En cada fila, las unidades de tropocolágeno están adelantadas en ¼ de su longitud respecto a la fila de al lado (el espacio entre las unidades de tropocolágeno es de 40nm), de forma que cada 4 filas (la 1ª y 5ª fila) coinciden las unidades de tropocolágeno a la misma altura. Esta coincidencia hace que las fibras de colágeno muestren al microscopio electrónico su típico aspecto estriado.

Cada unidad de tropocolágeno esta formada por tres cadenas polipeptídicas de aproximadamente unos 1000 residuos cada una, dispuestas en una estructura helicoidal triple (superhélice) de 300 nm de longitud y 1,5 nm de diámetro, que es exclusiva del colágeno.

Cada una de estas cadenas es una hélice levógira, distinta de la hélice-a, más estrecha, abierta y estirada, con 3 residuos por vuelta (n=3) y un paso por vuelta de p=0,94 nm (d=0,31 nm por residuo). Esta estructura secundaria se denomina hélice de colágeno.

Composición en aminoácidos del colágeno:

Glicina, en el colágeno uno de cada tres residuos es glicina.

Prolina, al contrario de lo que ocurre en la hélice-a, la hélice del colágeno es rica en prolina, parte de esta prolina se transforma postraduccionalmente en 4-hidroxiprolina (HYP), exclusiva del colágeno, mediante la introducción de un grupo hidroxilo en el carbono 4, con lo que adquiere la capacidad de formar enlaces de hidrógeno. Entre Pro y HYP forman el 20-30% del colágeno. De hecho, es la rigidez de la prolina lo que determina las características de la hélice del colágeno.

Lisina, parte de la cual se transforma postraduccionalmente en 5-hidroxilisina (HYL) mediante la introducción de un grupo hidroxilo en el carbono 5. A través de este grupo hidroxilo se unen glúcidos transformando al colágeno en una glucoproteína.

Estos dos últimos aminoácidos son introducidos en la proteína como Pro y Lys y van a ser hidroxilados después de la síntesis de la cadena peptídica (durante la maduración de la proteína) por la acción de una hidroxilasa específica (prolil-hidroxilasa, lisil-hidroxilasa), para este proceso es necesaria la vitamina C. La carencia de vitamina C hace que se produzca el escorbuto, que se manifiesta por lesiones en la piel, encías sangrantes, caída del pelo y dientes; todos estos síntomas son debidos a la debilidad del colágeno en piel, vasos sanguíneos y tejido conectivo.

Es interesante señalar que el colágeno no contiene cisteína, y, por tanto, tampoco puentes disulfuro.

La secuencia de aminoácidos del colágeno es un triplete que se repite, el triplete es Gly-X-Y, en la que, frecuentemente, la posición “X” está ocupada por la prolina, aunque también puede ser hidroxiprolina, y la posición “Y” por la hidroxiprolina o la hidroxilisina, aunque puede haber otros residuos en estas dos ultimas posiciones.

Enlaces en el colágeno:

La estructura del colágeno está estabilizada por diferentes tipos de enlaces, que le proporcionan gran resistencia, necesaria para su función estructural:

Enlaces de hidrógeno, que se establecen entre el grupo a-imino de la glicina de una cadena y el grupo a-carbonilo del residuo en posición “X” de otra cadena, frecuentemente prolina, de manera que se forman todos los enlaces de hidrógeno posibles entre las tres cadenas de la unidad de tropocolágeno. Estos enlaces son posibles gracias a que el pequeño tamaño del grupo R de la glicina permite el acercamiento de las cadenas en ese punto.

Enlaces de hidrógeno entre los grupos R de las hidroxiprolinas de las cadenas de la misma unidad de tropocolágeno.

Algunos residuos de lisina se transforman postraduccionalmente en un derivado en un derivado que lleva un grupo aldehído, originando la al-lisina (aldehído de la lisina). Se pueden formar enlaces covalentes entre un resto de lisina de una cadena y otro de al-lisina de otra cadena de la misma o distintas unidades de tropocolágeno.

Durante la vida del individuo va aumentando el número de enlaces cruzados lisina-al-lisina del colágeno. De esta forma, el colágeno del recién nacido presenta pocos de estos enlaces, dando un colágeno blando, pero muy flexible. Conforme crece el individuo, va aumentando el número de estos enlaces, haciéndose más duro y resistente, pero menos flexible.

Llega un momento en el que el colágeno se hace muy duro, pero muy poco flexible, por lo que se vuelve frágil, por eso los huesos y los tendones de los ancianos se rompen con tanta facilidad.

Esto también afecta al cristalino del ojo, formado por un tipo especial de colágeno transparente, que conforme aumenta el número de estos enlaces con la edad va perdiendo transparencia, llegando a perderla totalmente, apareciendo las cataratas.

1c. Elastina.

La elastina, como su propio nombre indica, es una proteína con propiedades elásticas, que puede estirarse varias veces con respecto a su longitud normal. Se encuentra en aquellos tejidos donde es necesaria esta propiedad, como son la piel, y, especialmente, en las articulaciones, las paredes arteriales, los pulmones y los ligamentos.

Las cadenas polipeptídicas, que carecen de una estructura secundaria regular, “estructura al azar”, están formadas principalmente por aminoácidos pequeños entre los que están: la glicina (1/3 de los residuos son de este aminoácido), alanina, valina, prolina y lisina, entre otros.

Las cadenas se unen entre sí mediante enlaces entre residuos de lisina y al-lisina y uniones de desmosina en las que intervienen 3 residuos de al-lisina y uno de lisina, mediante las cuales se pueden unir hasta 4 cadenas distintas. Estos entrecruzamientos entre cadenas forman una estructura en forma de red compleja, que es la que le confiere sus propiedades elásticas.

...