Colágeno
El colágeno es una proteína fibrosa 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 (unión de ciertos glúcidos y proteínas), forma la matriz extracelular. Esta proteína se encuentra especialmente en los huesos, donde forma una matriz sobre la cual se depositan posteriormente los elementos minerales que les dan dureza. También aparece en los tendones, dientes, piel, vasos sanguíneos, córnea, etc. Básicamente, el colágeno “mantiene unidos a la mayoría de los animales”. 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.
Estructura del colágeno
Las fibras de colágeno están formadas por la repetición de una unidad estructural básica denominada molécula de tropocolágeno. Las diferentes unidades o moléculas de tropocolágeno se empaquetan formando filas paralelas. En cada fila, las unidades de tropocolágeno están adelantadas en ¼ de su longitud con respecto a la fila de al lado, 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 un típico aspecto estriado.
Cada unidad de tropocolágeno está formada por tres cadenas polipeptídicas de aproximadamente unos 1000 residuos cada una, dispuestas en una estructura helicoidal triple (superhélice) que es exclusiva del colágeno. Cada una de estas cadenas es una hélice levógira, distinta de la hélice α, 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 α, la hélice del colágeno es rica en prolina. Parte de esta prolina se transforma postraduccionalmente (durante la maduración de la proteína) 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 e 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 el 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 hidroxilasas específicas (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 de la 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 últimas posiciones.
Estructuras secundarias del colágeno
x-hélice: es la más sencilla que puede adoptar una cadena polipeptídica y consiste en que la cadena se enrolla helicoidalmente alrededor de un eje imaginario, dejando las cadenas R hacia el exterior de la hélice. La dirección de la hélice puede ser:
- Destrogira: derecha.
- Levógira: izquierda.
La x-hélice se puede describir en función de 3 parámetros:
- n: número de aminoácidos por vuelta (3.6).
- P: avance de cada vuelta de la hélice en dirección al eje.
- D: el avance de cada aminoácido (0.15 nm).
La x-hélice se estabiliza mediante puentes de hidrógeno paralelos al eje. El puente de hidrógeno se forma con otro elemento muy electronegativo. Cada aminoácido puede formar 2 puentes de hidrógeno (CO.1aa-HN.4aa).
Se llama lámina β porque los residuos de aminoácidos se encuentran en el mismo plano en el espacio. En la lámina β, la cadena polipeptídica se dispone formando un zig-zag que tiene los carbonos en sus vértices y los grupos de hélice se encuentran situados en el plano de pliegue.
Tipos de formación de la lámina β
- La cadena polipeptídica se pliega sobre sí misma, dando lugar a fragmentos antiparalelos.
- Varias cadenas polipeptídicas se sitúan de forma paralela o antiparalela.
Cuando se disponen espacialmente todas las cadenas, los vértices coinciden y dan un aspecto característico. La lámina β se va a estabilizar mediante puentes de hidrógeno que se van a establecer entre el oxígeno del grupo carboxilo de un residuo y el hidrógeno de un grupo imino de una cadena adyacente. Cada residuo forma 2 puentes de hidrógeno.
Dominios estructurales
Aparecen en proteínas de gran tamaño. Son zonas de las proteínas que se pliegan independientemente y adquieren una estructura tridimensional propia y distinta al resto de la proteína. La existencia de dominios hace que aparezcan proteínas multilobulares.