Coláxeno

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Tripla hélice do tropocoláxeno.

Coláxeno é a denominación dun grupo de proteínas animais, que abundan especialmente na carne e tecido conectivo dos vertebrados. [1] É o principal compoñente do tecido conectivo, e é a proteína máis abundante nos animais, [2] xa que supón aproximadamente entre o 25% e o 35% do total das proteínas corporais. O coláxeno en forma de fibrilas alongadas, é abundante nos tecidos fibrosos como tendóns, ligamentos e pel, e tamén na córnea, cartilaxe, óso, vasos sanguíneos, intestinos, discos intervertebrais, etc. No tecido muscular o coláxeno é un dos principais compoñentes do endomisio. O coláxeno constitúe o 1 ou 2 % do tecido muscular, e supón o 6% do peso dos músculos tendinosos fortes (pero non ten nada que ver coas proteínas que causan a contracción muscular, actina e miosina). [3]

Os coláxenos máis abundantes son os que forman fibras, pero tamén os hai que forman mallas ou conexións entre moléculas da matriz extracelular.

A principal célula que fabrica coláxeno é o fibroblasto. A xelatina, que se usa na alimentación e na industria, está feita de coláxeno irreversiblemente hidrolizado.

Localización[editar | editar a fonte]

As fibras de coláxeno son os principais compoñentes da matriz extracelular, pero o coláxeno tamén se atopa no interior de certas células. O coláxeno ten unha gran forza tensil, e é un dos principais compoñentes das fascias, cartilaxes, ligamentos, tendóns, ósos e pel e endomisio muscular.[4][5] Xunto coa queratina, é responsable da elasticidade e resistencia da pel humana, e a súa degradación orixina as enrugas que se producen a medida que envellecemos. [6][7] Dálle resistencia aos vasos sanguíneos e xoga un papel no desenvolvemento dos tecidos. Está presente na córnea e cristalino do ollo.

En histoloxía hai unha serie de tinguiduras que serven para poñer de manifesto o coláxeno nas preparacións, como a hematoxilina-eosina (tínguese de rosa), o violeta de metilo, o azul de metilo, o tricrómico de Masson ou marcaxes inmunohistoquímicas.

Historia[editar | editar a fonte]

Para coñecer as estruturas moleculares e o empaquetado do coláxeno necesitáronse décadas de investigación. A primeira evidencia de que esta proteína posuía unha estrutura regular a nivel molecular presentouse na década de 1930. [8][9] Desde entón, moitos destacados investigadores, incluíndo premios Nobel como Francis Crick, Linus Pauling, Alexander Rich e Ada Yonath, e outros como Barbara Brodsky, Helen M. Berman, e G. Ramachandran, concentráronse na dilucidación da conformación do monómero do coláxeno. Presentáronse varios modelos alternativos, que, aínda que trataban correctamente a conformación de só cadea peptídica individualizada, deron lugar ao modelo de tripla hélice "de Madrás", que proporcionou un modelo esencialmente correcto da estrutura cuaternaria da molécula, [10][11][12], pero que aínda requiría un maior refinamento. [13][14][15][16] A estrutura empaquetada do coláxeno non foi definida co mesmo grao para os tipos de coláxeno non fibrilares, aínda que se cre que é hexagonal ou case hexagonal. [17][18][19] Igual que coa súa estrutura monomérica, varios modelos alternativos consideran que ou ben o empaquetamento das moléculas de coláxeno é de tipo similar ao laminar ou é microfibrilar. [20][21] A estrutura microfibrilar das fibrilas de coláxeno no tendón, córnea e cartilaxe foi visualizada con microscopio electrónico. [22][23][24] En 2006, a estrutura microfibrillar do tendón adulto, descrita por Fraser, Miller, e Wess entre outros, foi confirmada como a máis próxima á estrutura observada, aínda que era demasiado simplificada e non predicía as conformacións correctas das microfibrilas. [25] Desenvolvéronse varios axentes que establecen enlaces cruzados como a dopaquinona, embelina, embelato de potasio e 5-O-metil embelina como axentes potenciais de entrelazamento/estabilización das preparacións de coláxeno e foron melloradas as súas aplicacións para envolver feridas en aplicacións clínicas. [26]

Química do coláxeno[editar | editar a fonte]

O coláxeno forma unha tripla hélice, que xeralmente consta de dúas cadeas idénticas (α1) e unha cadea adicional que difire lixeiramente na súa composición química (α2). [27] A composición en aminoácidos do coláxeno non é a típica das proteínas, especialmente con respecto ao seu alto contido en hidroxiprolina. Os motivos máis comúns na secuencia de aminoácidos do coláxeno son Glicina-Prolina-X e Glicina-X-Hidroxiprolina, onde X é calquera aminoácido distinto da glicina, prolina e hidroxiprolina. A glicina é abundante. Tamén ten algo de hidroxilisina. A composición media en aminoácidos do coláxeno das peles de peixe e de mamífero é a que se indica na táboa:[27]

Aminoácido Pel de mamífero (residuos/1000) Pel de peixe (residuos/1000)
Asp 47 47
Hyp 95 67
Thr 19 26
Ser 36 46
Glu 74 76
Pro 126 108
Gly 329 339
Ala 109 114
Val 22 21
Met 6 13
Ile 11 11
Leu 24 23
Tyr 3 3
Phe 13 14
Hyl 6 8
Lys 29 26
His 5 7
Arg 49 52

Síntese[editar | editar a fonte]

Esquema da síntese do coláxeno.
Acción da lisil oxidase.

A síntese de coláxeno é complexa. As síntese empeza no citosol, continúa no retículo endoplasmático e aparato de Golgi e acaba fóra da célula. O primeiro que ocorre é se forman as cadeas alfa, que despois sofren unha serie de hidroxilacións, glicosilacións, e asócianse nunha tripla hélice, que é o procoláxeno. O procoláxeno é modificado e orixina o tropocoláxeno, e moitas moléculas deste ensámblanse entre si unha detrás da outra e paralelamente formando as fibrilas de coláxeno. [28]

Estas reaccións de hidroxilación están catalizadas por dous encimas: prolil-4-hidroxilase e lisil-hidroxilase. A vitamina C tamén actúa aquí inducindo estas reaccións. Consómese unha molécula de vitamina C cada vez que se substitúe un H por un OH. [29]

A formación do coláxeno dando lugar a coláxeno fibrilar (a forma máis común) é a que se discutirá aquí. O coláxeno reticular, que está a miúdo implicado na formación de sistemas de filtración é a outra forma de coláxeno. Todos os tipos de coláxeno son triplas hélices, e as diferenzas entre eles débense á modificación dos péptidos alfa formados.

Podemos resumir todos os pasos da síntese do coláxeno así:

  1. Transcrición do ARNm: Hai uns 34 xenes asociados coa formación do coláxeno, e cada un codifica un ARNm e denomínanse co prefixo COL. A síntese do coláxeno comeza activando xenes asociados coa formación do péptido alfa (alfa 1, 2 ou 3).
  2. Formación do pre-propéptido: Unha vez que madura o ARNm no núcleo e pasa ao citoplasma, únese aos ribosomas para ser traducido. A primeira parte do novo péptido que se traduce denomínase secuencia sinal (ou péptido sinal), situada no extremo N-terminal, que é recoñecida por unha partícula de recoñecemento do sinal, que será a responsable de dirixir o ribosoma co pre-propéptido en proceso de tradución ao retículo endoplasmático. Por tanto, o ribosoma únese ao retículo endoplasmático e remata a síntese do novo péptido, e este vai entrando directamente nas cisternas do retículo endoplasmático para o seu procesamento postraducional. É o pre-propéptido alfa.
  3. Do péptido alfa ao procoláxeno: Nesta fase terán lugar tres modificacións do pre-propéptido que orixinan o péptido alfa definitivo, e despois fórmase a tripla hélice, denominada procoláxeno, que finalmente será transportado en vesículas ao aparato de Golgi. Por orde as transformacións son as seguintes:
  • Eliminación do péptido sinal. O péptido sinal do extremo N-terminal do pre-propéptido é eliminado e agora a molécula recibe o nome de propéptido.
  • Hidroxilación. Prodúcese a hidroxilación de lisinas e prolinas no propéptido polos encimas prolil hidroxilase e lisil hidroxilase (que producen hidroxiprolina e hidroxilisina), o que axudará despois a establecer os enlaces cruzados entre os péptidos. Este é un paso encimático que require vitamina C como cofactor. En casos de escorbuto, a falta de hidroxilación de prolinas e lisinas causa a formación dunha tripla hélice máis frouxa (formada pola unión non moi forte de 3 péptidos alfa). Comprobouse que a exposición prolongada de células de tecidos conectivos humanos ao ascorbato (vitamina C) multiplicaba por 8 a síntese de coláxeno sen un incremento na taxa de síntese doutras proteínas (Murad et al., 1981). A conversión implica unha reacción na que se substitúe o grupo hidroxilo (OH), por un átomo de hidróxeno (H), nos residuos de prolina en certos puntos da cadea polipeptídica, convertendo ditos residuos en hidroxiprolina. Esta hidroxilación asegurará máis adiante a unión das cadeas na tripla hélice de coláxeno e a hidroxilación dos residuos de lisina permitirá o entrelazamento das triplas hélices nas fibras e redes dos tecidos.
  • Glicosilación. Prodúcese a glicosilación engadindo monómeros glicosa ou galactosa aos grupos hidroxilo das hidroxilisinas, pero non aos das hidroxiprolinas.
  • Formación da tripla hélice. A partir de aquí o polipéptido hidroxilado e glicosilado enróscase xirando de forma moi cerrada á dereita e despois entre tres polipéptidos como eses formarán a tripla hélice, que se denomina procoláxeno, que está composta por unha porción enroscada (centro) e dous extremos soltos. Isto está axudado pola formmación de pontes disulfuro nos extremos. Neste momento, o procoláxeno empaquétase nunha vesícula de transferencia destinada a ir desde o retículo endoplasmático ao aparato de Golgi.
  1. Modificación no aparato de Golgi: No aparato de Golgi, o procoláxeno sofre unha modificación postraducional final antes de ser segregado fóra da célula, na cal se lle engaden oligosacáridos (non monosacáridos como no paso 3), e despois o procoláxeno é empaquetado en vesículas secretoras destinadas a descargar no espazo extracelular.
  2. Formación do tropocoláxeno: Unha vez fóra da célula, uns encimas unidos á membrana coñecidos como coláxeno peptidases, eliminan os "extremos soltos" (non enroscados helicoidalmente) da molécula do procoláxeno, e o que queda denomínase tropocoláxeno. Os defectos neste paso producen unha das moitas colaxenopatías que existen, denominada síndrome de Ehlers-Danlos. Este paso está ausente cando se sintetiza o coláxeno tipo III. Eses "extremos soltos" son os que impiden que se formen fibras de coláxeno dentro da célula, o que sería desastroso.
  3. Formación da fibrila de coláxeno: A lisil oxidase e encimas extracelulares catalizan o paso final da vía de síntese do coláxeno. Este encima actúa sobre as lisinas e hidroxilisinas formando grupos aldehido, que se unirán covalentemente a moléculas de tropocoláxeno. Os monómeros de tropocoláxeno colócanse liñalmente cabeza con cola e paralalemente a outros e con certo desfase, formando microfibrilas e despois fibrilas. Este polímero de tropocoláxeno denomínase fibrila de coláxeno. O coláxeno así formado pode unirse ás membranas celulares por medio de diversas proteínas, como a fibronectina e a integrina. As fibrilas de coláxeno poden unirse formando fibras de coláxeno máis grandes.

Estrutura molecular[editar | editar a fonte]

Fibras de coláxeno de tipo I de mamífero observadas ao microscopio electrónico, coas súas características estriacións.

O tropocoláxeno ou molécula de coláxeno é unha subunidade dos agregados de coláxeno máis grandes como as fibrilas. De aproximadamente 300 nm de longo e 1,5 nm de diámetro, está feito de tres cadeas polipeptídicas, chamadas péptidos alfa (ver paso 2), cada un dos cales ten a conformación dunha hélice levoxira (o seu nome non debe levar a confusión coa común estrutura secundaria das proteínas en hélice alfa, que é dextroxira). Estas tres hélices que xiran á esquerda están enroscadas entre si formando unha hélice superenrolada dextroxira, que é a tripla hélice ou "superhélice", unha estrutura cuaternaria cooperativa estabilizada por numerosas pontes de hidróxeno. No coláxeno de tipo I e posiblemente en todos os coláxenos fibrilares e talvez tamén nos non fibrilares, cada tripla hélice está asociada formando un supersuperenrolamento dextroxiro denominado microfibrila de coláxeno. Cada microfibrila está interdixitada coas microfibrilas veciñas en tal grao que fai pensar que son individualmente inestables, aínda que en conxunto, formando fibrilas de coláxeno, están tan ben ordenadas que son cristalinas.

Unha característica distintiva do coláxeno é a disposición regular dos aminoácidos en cada unha das tres cadeas destas subunidades de coláxeno. O patrón máis frecuente é Gly-Pro-X ou Gly-X-Hyp, onde X pode ser calquera outro aminoácido distinto. [27] A prolina ou hidroxiprolina constitúen arredor de 1/6 da secuencia total. Como a glicina supón 1/3 da secuencia, aproximadamente a metade da secuencia do coláxeno non está formada por glicina, prolina ou hidroxiprolina. O alto contido en glicina do coláxeno é importante para a estabilización da hélice de coláxeno, xa que permite unha asociación moi próxima das fibras de coláxeno na molécula, facilitando a formación de pontes de hidróxeno e de enlaces cruzados intermoleculares. [27] Este tipo de repetición molecular e alto contido en glicina só se atopa nunhas poucas proteínas fibrosas, como a fibroína da seda. Arredor do 75-80% da seda é (aproximadamente) -Gly-Ala-Gly-Ala- cun 10% de serina, e a proteína elastina é rica en glicina, prolina, e alanina (Ala), aminoácido que ten unha pequena cadea lateral formada por un grupo metilo non reactivo. Esta cantidade tan elevada de glicina e as repeticións regulares nunca se observan en proteínas globulares a non ser en curtas seccións da súa secuencia. Os grupos laterais reactivos non son necesarios nas proteínas estruturais (en encimas e proteínas de transporte si), pero o coláxeno non é simplemente unha proteína estrutural. Debido ao seu papel chave na determinación do fenotipo da célula, adhesión celular, regulación e estrutura dos tecidos, moitas seccións das súas rexións non ricas en prolina teñen funcións na asociación/regulación da matriz ou a célula. O seu relativamente alto contido en aneis de prolina e hidroxiprolina, e os seus grupos carboxilo e amino (secundarios) restrinxidos xeometricamente, xunto coa gran abundancia de glicina, explican a tendencia de cada cadea polipeptídica individual a formar espontaneamente hélices levoxiras, sen pontes de hidróxeno intracatenarias.

Como a glicina é o aminoácido máis pequeno e sen cadea lateral significativa (só un H), ten unha gran importancia nas proteínas fibrosas estruturais. No coláxeno, a Gly requírese en todas as terceiras posicións porque a ensamblaxe da tripla hélice coloca este residuo no interior (eixe) da hélice, onde non hai espazo para unha cadea lateral máis grande ca o único átomo de hidróxeno que ten a glicina. Pola mesma razón, os aneis da Pro e Hyp deben orientarse cara ao exterior. Estes dous aminoácidos axudan a estabilizar a tripla hélice, e a Hyp incluso máis ca a Pro. Noutros animais como os peixes, con temperaturas corporais menores ca os de sangue quente, requírese unha menor concentración destes aminoácidos. Menores contidos en prolina e hidroxiprolina son característicos dos peixes de augas frías, pero non nos de augas quentes ; estes últimos adoitan a ter contidos en prolina e hidroxiprolina similares aos dos mamíferos. [27] Os baixos contidos nestes dous aminoácidos dos peixes de augas frías e noutros animais poiquilotermos fai que os seus coláxenos teñan unha menor estabilidade térmica ca os coláxenos de mamíferos. [27] Esta menor estabilidade térmica significa que a xelatina derivada do coláxeno de peixes non é a máis axeitada para a súa aplicación en moitos alimentos e usos industriais.

As subunidades do tropocoláxeno autoensámblanse espontaneamente, con extremos regularmente escalonados, en maiores formacións nos espazos extracelulares dos tecidos. [30][31] Nos coláxenos fibrilares, as moléculas sobresaen unhas das outras uns 67 nm (unha distancia que se denomina ‘D’ e cambia segundo o estado de hidratación do agregado). Cada período D contén catro moléculas de coláxeno e unha fracción máis, porque 300 nm (a lonxitude da molécula de coláxeno) divido entre 67 nm (a distancia D) non dá exacto. Por tanto, en cada período D dunha microfibrila, hai unha parte que contén cinco moléculas en sección transversal, o que se denomina "solapamento", e outra parte que contén só catro moléculas, chamada o "espazado" (gap). [25] As hélices triplas están tamén colocadas nunha disposición hexagonal ou cuasihexagonal en sección transversal, tanto nas rexións de "solapamento" coma nas de "espazado".[17][25]

Existe tamén algunha ligazón covalente nas triplas hélices, e unha cantidade variable entre as hélices de tropocoláxeno, formando agregados ben organizados (como as fibrilas). [32] Fórmanse feixes fibrilares máis grandes coa axuda de varias clases de proteínas (incluíndo distintos tipos de coláxeno), glicoproteínas e proteoglicanos que forman os diferentes tipos de tecidos maduros alternando as combinacións destas moléculas. [31] A insolubilidade do coláxeno supuxo unha barreira para o estudo do coláxeno monomérico ata que se descubriu que se podía extraer o coláxeno dos animais máis novos, porque non formou aínda todos os enlaces entrecruzados. Porén, os avances nas técnicas de microscopía electrónica e de forza atómica e na difracción de raios X permitiron aos investigadores obter imaxes cada vez máis detalladas da estrutura do coláxeno in situ. Estes últimos avances son especialmente importantes para mellorar a comprensión do modo en que a estrutura do coláxeno afecta á comunicación célula-célula e célula-matriz, e de como se constrúen os tecidos durante o seu crecemento e reparación, e durante os cambios que experimentan no desenvolvemento e enfermidades. [33][34] Por exemplo utilizando o microscopio de forza atómica viuse que unha fibrila de coláxeno soa é un material heteroxéneo ao longo da súa dirección axial con propiedades mecánicas significativamente diferentes nas súas rexións de "solapamento" e "espazado", que están correlacionadas coas súas diferentes organizacións moleculares nestas dúas rexións. [35]

As fibrilas de coláxeno son agregados semicristalinos de moléculas de coláxeno. As fibras de coláxeno son feixes de fibrilas.

As fibrilas/agregados de coláxeno están dispostas en diferentes combinacións e concentracións nos distintos tecidos proporcionando propiedades distintas a cada tecido. No tecido óseo todas as triplas hélices de coláxeno dispóñense en paralelo escalonadamente. Hai espazos de 40 nm entre os extremos das subunidades de tropocoláxeno (aproximadamente igual á rexión de "espazado") que probablemente serven como sitios de nucleación para a deposición de cristais longos, duros e finos do compoñente mineral, que é (aproximadamente) C6H12O6 con algúns fosfatos. Deste modo é como algunhas formas de cartilaxe se converten en óso. O coláxeno tipo I dálle ao óso a súa forza tensional.

Tipos de coláxeno[editar | editar a fonte]

O coláxeno aparece en moitas partes do corpo. Dos varios tipos de coláxeno que hai, un 90% do coláxeno corporal é do tipo I. [36]

Ata agora, describíronse 28 tipos de coláxeno. Os cinco máis comúns son:

  • Coláxeno I: na pel, tendóns, vasos sanguíneos, órganos, óso (principal compoñente da parte orgánica do óso).
  • Colláxeno II: na cartilaxe (principal compoñente da cartilaxe).
  • Coláxeno III: reticulado (principal compoñente das fibras reticulares), normalmente atopado xunto co tipo I.
  • Coláxeno IV: forma parte da membrana basal celular.
  • Coláxeno V: superficies celulares, pelo e placenta.

As enfermidades relacionadas co coláxeno orixínanse normalmente debido a defectos xenéticos ou deficiencias nutricionais que afectan á biosíntese, ensamblaxe, modificacións postraducionais, secreción, ou outros procesos implicados na produción normal do coláxeno. No escleroderma ten lugar unha excesiva deposición de coláxeno.

Tipo Notas Xene(s) Trastornos
I É o máis abundante no corpo humano. Presente no tecido de cicatrización. Atopado nos tendóns, pel, parede arterial, córnea, o endomisio muscular, fibrocartilaxe, e a parte orgánica dos ósos e dentes. COL1A1, COL1A2 Osteoxénese imperfecta, síndrome de Ehlers–Danlos, hiperostose cortical infantil (ou enfermidade de Caffey)
II Cartilaxe hialina, forma o 50% de todas as proteínas da cartilaxe. Humor vítreo do ollo. COL2A1 Colaxenopatía, tipos II e XI
III É o coláxeno do tecido de granulación, e prodúcese rapidamente polos fibroblastos novos antes de que se empece a sintetizar o coláxeno máis rexo de tipo I. Fibra reticular. Tamén se encontra nas paredes arteriais, pel, intestinos e útero COL3A1 síndrome de Ehlers–Danlos, contractura de Dupuytren
IV Lámina basal; cristalino do ollo. Tamén serve como parte do sistema de filtración nos capilares e nos glomérulos dos nefróns dos riles. COL4A1, COL4A2, COL4A3, COL4A4, COL4A5, COL4A6 síndrome de Alport, síndrome de Goodpasture
V Na maioría dos tecidos intersticiais, asociado co de tipo I, asociado coa placenta COL5A1, COL5A2, COL5A3 síndrome de Ehlers–Danlos (clásico)
VI Na maioría do tecido intersticial, asociado co de tipo I COL6A1, COL6A2, COL6A3, COL6A5 miopatía de Ulrich, miopatía de Bethlem, dermatite atópica [37]
VII Forma as fibriñas de ancoraxe nas unións dermoepidérmicas COL7A1 Epidermólise ampolosa distrófica
VIII Algunhas células endoteliais COL8A1, COL8A2 distrofia corneal polimórfica posterior 2
IX Coláxeno FACIT (Fibril Associated Collagens with Interrupted Triple helices, Coláxeno Asociado ás Fibrilas con Triplas hélices Interrompidas), cartilaxe, asociado coas fibrilas de tipo II e XI COL9A1, COL9A2, COL9A3 EDM2 e EDM3
X Hipertrófico e cartilaxe de mineralización COL10A1 displasia metafisal de Schmid
XI Cartilaxe COL11A1, COL11A2 Colaxenopatía, tipos II e XI
XII Coláxeno FACIT, interacciona coas fibrilas que conteñen coláxeno de tipo I, decorina e glicosaminoglicanos COL12A1
XIII Coláxeno transmembrana, interacciona coa integrina a1b1, fibronectina e compoñentes das membranas basais como o nidóxeno e o perlecán. COL13A1
XIV Coláxeno FACIT COL14A1
XV COL15A1
XVI COL16A1
XVII Coláxeno transmembrana, tamén coñecido como BP180, unha proteína de 180 kDa COL17A1 penfigoide bulloso e certas formas de epidermólise ampolosa xuncional
XVIII Fonte de endostatina COL18A1
XIX Coláxeno FACIT COL19A1
XX COL20A1
XXI Coláxeno FACIT COL21A1
XXII COL22A1
XXIII Coláxeno MACIT COL23A1
XXIV COL24A1
XXV COL25A1
XXVI EMID2
XXVII COL27A1
XXVIII COL28A1

Trastornos asociados a defectos na síntese de coláxeno[editar | editar a fonte]

  • Identificáronse unhas mil mutacións que afectan aos diversos tipos de coláxeno e poden orixinar enfermidades. [38] As seguintes enfermidades están causadas por defectos na correcta síntese do coláxeno que producen alteracións na súa estrutura.
  • Osteoxénese imperfecta. É un grupo de catro enfermidades que se caracterizan por fracturas múltiples que dan lugar a deformacións óseas. [39] Causada por unha mutación autosómica dominante que afecta ao coláxeno tipo I.[41]
  • Condrodisplasias - Trastornos esqueléticos que se cre están causados por mutacións que afectan ao coláxeno tipo II, pero aínda continúan as investigacións para confirmalo.[42]

Aplicacións[editar | editar a fonte]

O coláxeno ten multitude de aplicacións, desde alimentarias a médicas. Por exemplo, utilízase na cirurxía plástica e na cirurxía de queimaduras, ou como cuberta das salsichas.

Xelatinas[editar | editar a fonte]

Se o coláxeno está desnaturalizado dabondo, por exemplo, quentándoo, as tres cadeas de tropocoláxeno sepáranse parcial ou completamente en dominios globulares, que conteñen unha estrutura secundaria diferente da normal; por exemplo, enrolamentos aleatorios. Este proceso describe a formación de xelatina, utilizada en moitos alimentos, e mesmo en xelatinas de sobremesa aromatizadas. Ademais de en alimentos, a xelatina utilízase na industria farmacéutica, cosmética e fotografía. [45] Desde un punto de vista nutricional, o coláxeno e a xelatina son como fonte única proteína de baixa calidade, xa que non conteñen todos os aminoácidos esenciais nas proporcións que o corpo humano require (non son proteínas "completas" desde un punto de vista nutricional). Os fabricantes de suplementos dietéticos baseados no coláxeno afirman que os seus produtos poden mellorar o estado da pel, as uñas e articulacións. [46]

Colas[editar | editar a fonte]

O termo grego kolla é a raíz de onde vén a palabra coláxeno, que significa "produtor de cola", referíndose ao antigo proceso de ferver a pel e tendóns de cabalos e outros animais para obter cola. Un adhesivo a base de coláxeno xa se utilizaba hai 4.000 anos en Exipto. A cola máis antiga coñecida datada por radiocarbono como de hai 8.000 anos, é coláxeno utilizado como cuberta protectora para as cordas de cestos e tecidos bordados, para colar obxectos; e en decoracións de cranios humanos. [47] O coláxeno normalmente convértese en xelatina, pero presérvase se as condicións do enterramento son secas.

As colas animais son termoplásticas, poden abrandarse de novo ao volver a quentalas, e aínda se usan para facer instrumentos musicais como violíns e guitarras de calidade, que poden ter que ser abertos para a súa reparación, o que sería imposible usando unha cola máis firme feita con adhesivos plásticos sintéticos, que son permanentes.

A cola xelatina-resorcinol-formaldehido (ou con pentanedial e etanedial substituíndo ao máis tóxico formaldehido) foi utilizada para reparar incisións experimentais en pulmóns de coellos, na procura dunha cola cirúrxica eficaz e biocompatible.[48]

Artrite reumatoide[editar | editar a fonte]

Segundo un estudo publicado na revista Science[49], a administración oral de coláxeno tipo II mellora os síntomas da artrite reumatoide. Os autores realizaron un ensaio aleatorio de dobre cego en 60 pacientes con artrite reumatoide activa severa, e observouse unha diminución na inflamación das articulacións nos suxeitos que foron alimentados con coláxeno tipo II de polo durante 3 meses, pero non nos que recibiron placebo.

Cirurxía plástica e cosmética[editar | editar a fonte]

O coláxeno foi moi utilizado en cirurxía plástica ou cosmética, como axuda para a curación de pacientes queimados, para a reconstrución de ósos e outros propósitos odontolóxicos, ortopédicos e cirúrxicos. O coláxeno humano e bovino é amplamente utilizado como recheo dérmico para o tratamento das enrugas e da pel envellecida. [7] Algúns puntos de interese son:

  1. cando se usa cosmeticamente, hai unha posibilidade de reaccións alérxicas que causen irritación prolongada da pel; pero isto pode evitarse facendo unha proba previa cun parche.
  2. a maioría do coláxeno de uso médico procede de vitelas (certificadas como carentes de encefalopatía esponxiforme bovina).
  3. os tecidos porcinos tamén se usan moito para producir láminas de coláxeno de uso cirúrxico.

Os coláxenos son moi empregados na construción de substitutos de pel artificial utilizados para o tratamento de queimaduras moi graves. Estes coláxenos poden ser de orixe bovina, equina, porcina, ou humana e úsanse ás veces en combinación con siliconas, glicosaminoglicanos, fibroblastos, factores de crecemento e outras substancias.

Aínda que non se pode absorber pola pel, o coláxeno utilízase como ingrediente nalgúns produtos cosméticos de maquillaxe.

O coláxeno utilízase tamén en aplicacións para a investigación científica nos cultivos celulares, que estudan o comportamento celular e as interaccións co medio extracelular. [50]

Curación de feridas[editar | editar a fonte]

O coláxeno é un dos compoñentes principais da pel e é beneficioso para a curación das feridas. Cando o corpo dispón de coláxeno na zona da ferida, esta pode pecharse. Existen apósitos con coláxeno que favorecen a curación. As fibras de coláxeno serven para guiar aos fibroblastos, que migran ao longo da matriz do tecido conectivo. O coláxeno, en presenza de certos sales neutros pode actuar como axente nucleante causando a formación de estruturas fibrilares.

Paleontoloxía e Arqueoloxía[editar | editar a fonte]

Como a síntese de coláxeno require un gran nivel de osíxeno atmosférico, os animais complexos non puideron evolucionar ata que a atmosfera tivo osíxeno suficiente para sintetizar substancias como o coláxeno. [51] Unha vez que se orixinou o coláxeno puido evolucionar a formación de cutículas, cunchas e músculo. Os tecidos conxuntivos teñen unha base de coláxeno. Porén, a preservación do coláxeno no rexistro fósil é moi escasa. [52] Hai evidencias (controvertidas) sobre a preservación do coláxeno de dinosauros de 80 millóns de anos de antigüidade.[53] Tamén se poden mencionar as actinofibrilas, fibras de coláxeno presentes nas ás de pterosauros.

O coláxeno extráese correntemente dos ósos de animais prehistóricos para usalo para a datación por radiocarbono e a análise dos isótopos estables. A integridade da molécula pode avaliarse con varias medicións (rendemento de coláxeno, ratio C:N, %C e %N).[27] Con respecto ás datacións radiométricas, o coláxeno extraído produce unha forma "máis pura" de carbono ca o datado dos ósos, que conteñen unha gran cantidade de apatito carbonatado que distorsiona as medicións. A análise de isótopos estables do carbono e nitróxeno úsanse comunmente para estudar a dieta de poboacións humanas antigas, e para reconstruír as condicións ecolóxcias nas que vivían.

Arte[editar | editar a fonte]

A escultura de Julian Voss-Andreae Unraveling Collagen, "Desentrañando o coláxeno" (2005).

O artista xermano-americano Julian Voss-Andreae creou esculturas baseadas na estrutura do coláxeno e outras proteínas. [54] [55][56]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Müller, Werner E. G. (2003). "The Origin of Metazoan Complexity: Porifera as Integrated Animals". Integrated Computational Biology 43 (1): 3–10. DOI:10.1093/icb/43.1.3.
  2. Di Lullo, Gloria A.; Sweeney, Shawn M.; Körkkö, Jarmo; Ala-Kokko, Leena e San Antonio, James D. (2002). "Mapping the Ligand-binding Sites and Disease-associated Mutations on the Most Abundant Protein in the Human, Type I Collagen". J. Biol. Chem. 277 (6): 4223–4231. DOI:10.1074/jbc.M110709200. PMID 11704682.
  3. Sikorski, Zdzisław E. (2001). Chemical and Functional Properties of Food Proteins. Boca Raton: CRC Press. p. 242. ISBN 1-56676-960-4.
  4. Fratzl, P. (2008). Collagen: Structure and Mechanics. New York: Springer. ISBN 0-387-73905-X.
  5. Buehler, M. J. (2006). "Nature designs tough collagen: Explaining the nanostructure of collagen fibrils". PNAS 103 (33): 12285–12290. DOI:10.1073/pnas.0603216103. PMC 1567872. PMID 16895989. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1567872.
  6. Structure of Skin | The Aging Skin
  7. 7,0 7,1 Dermal Fillers | The Ageing Skin
  8. Wyckoff, R.; Corey, R. e Biscoe, J. (1935). "X-ray reflections of long spacing from tendon". Science 82 (2121): 175–176. DOI:10.1126/science.82.2121.175. PMID 17810172.
  9. Clark, G.; Parker, E.; Schaad, J. e Warren, W. J. (1935). "New measurements of previously unknown large interplanar spacings in natural materials". J. Amer. Chem. Soc 57 (8): 1509. DOI:10.1021/ja01311a504.
  10. "GNR — A Tribute - Resonance - October 2001". http://www.ias.ac.in/resonance/Oct2001/Oct2001p2-5.html.
  11. Leonidas, Demetres D.; et al., GB; Jardine, AM; Li, S; Shapiro, R; Acharya, KR (2001). "Binding of Phosphate and pyrophosphate ions at the active site of human angiogenin as revealed by X-ray crystallography". Protein Science 10 (8): 1669–1676. DOI:10.1110/ps.13601. PMC 2374093. PMID 11468363. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2374093.
  12. Subramanian, Easwara (2001). "Obituary: G.N. Ramachandran". Nature Structural & Molecular Biology 8 (6): 489–491. DOI:10.1038/88544. PMID 11373614.
  13. Fraser, R. D.; MacRae, T. P. e Suzuki, E. (1979). "Chain conformation in the collagen molecule". J Mol Biol 129 (3): 463–481. DOI:10.1016/0022-2836(79)90507-2. PMID 458854.
  14. Okuyama, K.; et al., K; Arnott, S; Takayanagi, M; Kakudo, M (1981). "Crystal and molecular structure of a collagen-like polypeptide (Pro-Pro-Gly)10". J Mol Biol 152 (2): 427–443. DOI:10.1016/0022-2836(81)90252-7. PMID 7328660.
  15. Traub, W.; Yonath, A. e Segal, D. M. (1969). "On the molecular structure of collagen". Nature 221 (5184): 914–917. DOI:10.1038/221914a0.
  16. Bella, J.; Eaton, M.; Brodsky, B.; Berman, H. M. (1994). "Crystal and molecular structure of a collagen-like peptide at 1.9 A resolution". Science 266 (5182): 75–81. DOI:10.1126/science.7695699. PMID 7695699.
  17. 17,0 17,1 Hulmes, D. J. e Miller, A. (1979). "Quasi-hexagonal molecular packing in collagen fibrils". Nature 282 (5741): 878–880. DOI:10.1038/282878a0. PMID 514368.
  18. Jesior, J. C.; Miller, A. e Berthet-Colominas, C. (1980). "Crystalline three-dimensional packing is general characteristic of type I collagen fibrils". FEBS Lett 113 (2): 238–240. DOI:10.1016/0014-5793(80)80600-4. PMID 7389896.
  19. Fraser, R. D. B. e MacRae, T. P. (1981). "Unit cell and molecular connectivity in tendon collagen". Int. J. Biol. Macromol. 3 (3): 193–200. DOI:10.1016/0141-8130(81)90063-5.
  20. Fraser, R. D.; MacRae, T. P.; Miller, A. (1987). "Molecular packing in type I collagen fibrils". J Mol Biol 193 (1): 115–125. DOI:10.1016/0022-2836(87)90631-0. PMID 3586015.
  21. Wess, T. J.; et al., AP; Wess, L; Miller, A (1998). "Molecular packing of type I collagen in tendon". J Mol Biol 275 (2): 255–267. DOI:10.1006/jmbi.1997.1449. PMID 9466908.
  22. Raspanti, M.; Ottani, V.; Ruggeri, A. (1990). "Subfibrillar architecture and functional properties of collagen: a comparative study in rat tendons". J Anat. 172: 157–164. PMC 1257211. PMID 2272900. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1257211.
  23. Holmes, D. F.; Gilpin, C. J.; Baldock, C.; Ziese, U.; Koster, A. J.; Kadler, K. E. (2001). "Corneal collagen fibril structure in three dimensions: Structural insights into fibril assembly, mechanical properties, and tissue organization". PNAS 98 (13): 7307–7312. DOI:10.1073/pnas.111150598. PMC 34664. PMID 11390960. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=34664.
  24. Holmes, D. F.; Kadler, KE (2006). "The 10+4 microfibril structure of thin cartilage fibrils". PNAS 103 (46): 17249–17254. DOI:10.1073/pnas.0608417103. PMC 1859918. PMID 17088555. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1859918.
  25. 25,0 25,1 25,2 Orgel, J. P.; et al., TC; Miller, A; Wess, TJ (2006). "Microfibrillar structure of type I collagen in situ". PNAS 103 (24): 9001–9005. DOI:10.1073/pnas.0502718103. PMC 1473175. PMID 16751282. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1473175.
  26. >narayanaswamy, Radhakrishnan; Shanmugasamy, Sangeetha; Shanmugasamy, Sangeetha; Gopal, Ramesh; Mandal, Asit (2011). "Bioinformatics in crosslinking chemistry of collagen with selective crosslinkers". BMC 4: 399. DOI:10.1186/1756-0500-4-399.
  27. 27,0 27,1 27,2 27,3 27,4 27,5 27,6 Szpak, Paul (2011). "Fish bone chemistry and ultrastructure: implications for taphonomy and stable isotope analysis". Journal of Archaeological Science 38 (12): 3358–3372. DOI:10.1016/j.jas.2011.07.022. http://uwo.academia.edu/PaulSzpak/Papers/827788/Fish_Bone_Chemistry_and_Ultrastructure_Implications_for_Taphonomy_and_Stable_Isotope_Analysis.
  28. Harvey Lodish, Arnold Berk, S Lawrence Zipursky, Paul Matsudaira, David Baltimore, James Darnell. Molecular Cell Biology, 4th edition. New York: W. H. Freeman; 2000. ISBN -10: 0-7167-3136-3 Lodish
  29. [Myllyla et al., "Ascorbate is Consumed Stoichiometrically in the Uncoupled Reactions Catalyzed by Prolyl-4-Hydroxylase and Lysyl Hydroxylase. Journal of Biological Chemistry 259:5403-5405. 1984]
  30. Hulmes, D. J. (2002). "Building collagen molecules, fibrils, and suprafibrillar structures". J Struct Biol 137 (1–2): 2–10. DOI:10.1006/jsbi.2002.4450. PMID 12064927.
  31. 31,0 31,1 Hulmes, D. J. (1992). "The collagen superfamily—diverse structures and assemblies". Essays Biochem 27: 49–67. PMID 1425603.
  32. Perumal, S.; Antipova, O. e Orgel, J. P. (2008). "Collagen fibril architecture, domain organization, and triple-helical conformation govern its proteolysis". PNAS 105 (8): 2824–2829. DOI:10.1073/pnas.0710588105. PMC 2268544. PMID 18287018. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2268544.
  33. Sweeney, S. M.; et al., JP; Fertala, A; McAuliffe, JD; Turner, KR; Di Lullo, GA; Chen, S; Antipova, O et al. (2008). "Candidate Cell and Matrix Interaction Domains on the Collagen Fibril, the Predominant Protein of Vertebrates". J Biol Chem 283 (30): 21187–21197. DOI:10.1074/jbc.M709319200. PMC 2475701. PMID 18487200. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2475701.
  34. Twardowski, T.; et al., A.; Orgel, J. P.R.O.; San Antonio, J. D. (2007). "Type I collagen and collagen mimetics as angiogenesis promoting superpolymers". Curr Pharm Des 13 (35): 3608–3621. DOI:10.2174/138161207782794176. http://www.ingentaconnect.com/content/ben/cpd/2007/00000013/00000035/art00009.
  35. M. Minary-Jolandan and M.-F. Yu, "Nanomechanical Heterogeneity in the Gap and Overlap Regions of Type I Collagen Fibrils with Implications for Bone Heterogeneity", Biomacromolecules 10, 2565 (2009)
  36. Sabiston textbook of surgery board review, 7th edition. Chapter 5 wound healing, question 14
  37. Söderhäll, C.; Marenholz, I.; Kerscher, T.; Rüschendorf, F; Rüschendorf, F.; Esparza-Gordillo, J.; et al., C; Mayr, G et al. (2007). "Variants in a Novel Epidermal Collagen Gene (COL29A1) Are Associated with Atopic Dermatitis". PLoS Biology 5 (9): e242. DOI:10.1371/journal.pbio.0050242. PMC 1971127. PMID 17850181. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1971127.
  38. 38,0 38,1 Mahajan, VB, Olney, AH, Garrett, P, Chary, A, Dragan, E, Lerner, G, Murray, J & Bassuk, AG 2010, 'Collagen XVIII mutation in Knobloch syndrome with acute lymphoblastic leukemia', Am J Med Genet A, vol. 152A, no. 11, pp. 2875-9.
  39. 39,0 39,1 39,2 39,3 Devlin, T. M. 2004. Bioquímica, 4ª edición. Reverté, Barcelona. ISBN 84-291-7208-4
  40. Hamel, BC, Pals, G, Engels, CH, van den Akker, E, Boers, GH, van Dongen, PW & Steijlen, PM 1998, 'Ehlers-Danlos syndrome and type III collagen abnormalities: a variable clinical spectrum', Clin Genet, vol. 53, no. 6, pp. 440-6.
  41. Gajko-Galicka, A 2002, 'Mutations in type I collagen genes resulting in osteogenesis imperfecta in humans', Acta Biochim Pol, vol. 49, no. 2, pp. 433-41.
  42. Horton, WA, Campbell, D, Machado, MA & Chou, J 1989, 'Type II collagen screening in the human chondrodysplasias', Am J Med Genet, vol. 34, no. 4, pp. 579-83.
  43. Kashtan, CE 1993, 'Collagen IV-Related Nephropathies (Alport Syndrome and Thin Basement Membrane Nephropathy)', in RA Pagon, TD Bird, CR Dolan, K Stephens & MP Adam (eds), GeneReviews, University of Washington, Seattle, Seattle WA.
  44. Shuster, S 2005, 'Osteoporosis, a unitary hypothesis of collagen loss in skin and bone', Med Hypotheses, vol. 65, no. 3, pp. 426-32.
  45. "Gelatin's Advantages: Health, Nutrition and Safety". http://www.gmap-gelatin.com/gelatin_adv.html.
  46. H. Ohara, H. Matsumoto, K. Ito, K. Iwai, K. Sato. Comparison of Quantity and Structures of Hydroxyproline-Containing Peptides in Human Blood after Oral Ingestion of Gelatin Hydrolysates from Different Sources. J. Agric. Food Chem. 2007, 55, 1532-1535 [1]
  47. Walker, Amélie A. (May 21, 1998). "Oldest Glue Discovered". Archaeology. http://www.archaeology.org/online/news/glue.html.
  48. Ennker, I. C.; et al., JüRgen; Schoon, Doris; Schoon, Heinz Adolf; Rimpler, Manfred; Hetzer, Roland (1994). "Formaldehyde-free collagen glue in experimental lung gluing". Ann Thorac Surg. 57 (6): 1622–1627. DOI:10.1016/0003-4975(94)90136-8. PMID 8010812. http://ats.ctsnetjournals.org/cgi/content/abstract/57/6/1622.
  49. Trentham, D.; Dynesius-Trentham, R.; Orav, J.; Combitchi, D.; Lorenzo, C.; Sewell, K.; Hafler, D. e Weiner, H. (1993). "Effects of Oral Administration of Type II Collagen on Rheumatoid Arthritis". Science 261 (5119): 1727–1730. DOI:10.1126/science.8378772.
  50. Blow, Nathan (2009). "Cell culture: building a better matrix". Nature Methods 6 (8): 619–622. DOI:10.1038/nmeth0809-619.
  51. http://facstaff.gpc.edu/~pgore/geology/geo102/cambrian.htm
  52. We, K. M. T. O. (1996). "Fossil preservation in the Burgess Shale". Lethaia 29 (1): 107–108. DOI:10.1111/j.1502-3931.1996.tb01844.x. [2]
  53. Schweitzer, H. .; Zheng, W. .; Organ, L. .; Avci, R. .; Suo, Z. .; Freimark, M. .; Lebleu, S. .; Duncan, B. . et al.; Wenxia Zheng,1 Chris L. Organ,3 Recep Avci,4 Zhiyong Suo,4 Lisa M. Freimark,5 Valerie S. Lebleu,6,7 Michael B. Duncan,6,7 Matthew G. Vander Heiden,8 John M. Neveu,9 William S. Lane,9 John S. Cottrell,10 John R. Horner,11 Lewis C. Cantley,5,12 Raghu Kalluri,6,7,13 John M. Asara5,14,* (May 2009). "Biomolecular Characterization and Protein Sequences of the Campanian Hadrosaur B. Canadensis". Science 324 (5927): 626–631. Bibcode 2009Sci...324..626S. DOI:10.1126/science.1165069. ISSN 0036-8075. PMID 19407199.
  54. "PDB Community Focus: Julian Voss-Andreae, Protein Sculptor". Protein Data Bank Newsletter (32). Winter 2007. ftp://ftp.wwpdb.org/pub/pdb/doc/newsletters/rcsb_pdb/news32_jan07.pdf.
  55. Ward, Barbara (April 2006). "'Unraveling Collagen' structure to be installed in Orange Memorial Park Sculpture Garden". Expert Rev. Proteomics 3 (2) (2): 174. DOI:10.1586/14789450.3.2.169. http://www.future-drugs.com/doi/pdf/10.1586/14789450.3.2.169.
  56. Interview with J. Voss-Andreae "Seeing Below the Surface" in Seed Magazine

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]

Commons
Commons ten máis contidos multimedia sobre: Coláxeno