colágeno & hemoglobina
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Es una proteína que forma fibras (fibras colágenas).
Son secretadas por las células del tejido conjuntivo como los fibroblastos, así como por otros tipos celulares.
Es el componente más abundante de la piel y de los huesos.
Cubren un 25% de la masa total de proteínas en los mamíferos.
La fase previa a la formación de colágeno
es intracelular: series de tres aminoácidos se
ensamblan formando cadenas
de polipéptidos, llamadas cadenas
alfa, unidas entre sí a través de puentes de
hidrógeno.
Estas cadenas son ricas en prolina o
hidroxiprolina y glicina, fundamentales para
la formación de la superhélice.
La hidroxiprolina constituye alrededor
de un 10 a 12% de todos los residuos
aminoacídicos del colágeno.
La forma química más abundante de
la hidroxiprolina que forma parte del
colágeno es la 4-trans-OH-L-prolina.
Tres de estas cadenas alfa se ensamblan
para formar una molécula de
procolágeno en forma de triple espiral
que se secreta al espacio extracelular
donde se transforma en tropocolágeno.
Las tres cadenas se enrollan y se fijan
mediante enlaces transversales para
formar una triple hélice dextrógira.
La triple hélice se mantiene unida entre sí debido a puentes de hidrógeno, que afectan aproximadamente a 2/3 de cada cadena alfa.
Además, los tropocolágenos se unen entre sí por medio de enlaces entre algunos aminoácidos específicos (como por ejemplo la lisina), llamados entrecruzamientos, que favorecen la consolidación de las fibrillas de colágeno.
En el espacio extracelular varias moléculas de tropocolágeno se asocian a través de enlaces entrecruzados formando fibrillas y fibras.
Una vez transportada fuera de la célula se produce el fenómeno de alineación y maduración de las moléculas a tropocolágeno en un proceso denominado fibrogénesis.
Cada una de las cadenas polipeptídicas es sintetizada por los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplásmico y luego son traslocadas al lumen del mismo en forma de grandes precursores (procadenas α), presentando aminoácidos adicionales en los extremos amino y carboxilo terminales.
En el retículo endoplásmico los residuos de prolina y lisina son hidroxilados para luego algunos ser glucosilados en el aparato de Golgi.*
*estas hidroxilaciones son útiles para la formación de puentes de hidrógeno intercatenarios que ayudan a la estabilidad de la superhélice.
Tras su secreción, los propéptidos de las moléculas
de procolágeno son degradados
mediante proteasas convirtiéndolas en moléculas
de tropocolágeno asociándose en el espacio
extracelular formando las fibrillas de colágeno.
La formación de fibrillas está dirigida por la
tendencia de las moléculas de procolágeno a
autoensamblarse mediante enlaces covalentes
entre los residuos de lisina, formando un
empaquetamiento escalonado y periódico de las
moléculas de colágeno individuales en la fibrilla.
Funciones del Colágeno
Forman estructuras que resisten las fuerzas de tracción.
En los tendones lo están en haces paralelos que se alinean a lo largo del eje principal de tracción.
En el tejido óseo adulto y en la córnea se disponen en láminas delgadas y superpuestas, paralelas entre sí, mientras las fibras forman ángulo recto con las de las capas adyacentes.
Las células interactúan con la matriz extracelular tanto mecánica como químicamente, lo que produce notables efectos sobre la arquitectura tisular.
Distintas fuerzas actúan sobre las fibrillas de colágeno que se han secretado, ejerciendo tracciones y desplazamientos sobre ellas, lo que provoca su compactación y su estiramiento.
Tipos de colágeno
Colágeno tipo I: Se encuentra abundantemente en la dermis, el hueso, el tendón, la dentina y la córnea. Sus subunidades mayores están constituidas por cadenas alfa de dos tipos, que difieren ligeramente en su composición de aminoácidos y en su secuencia. A uno de los cuales se designa como cadena alfa1 y al otro, cadena alfa2. es sintetizado por fibroblastos, condroblastos y osteoblastos. Su función principal es la de resistencia al estiramiento.
Colágeno tipo II: Se encuentra sobre todo en el cartílago, pero también se presenta en la córnea embrionaria y en la notocorda, en el núcleo pulposo y en el humor vítreo del ojo. Están constituidas por tres cadenas alfa2 de un único tipo. Es sintetizado por el condroblasto. Su función principal es la resistencia a la presión intermitente.
Colágeno tipo III: Abunda en el tejido conjuntivo laxo, en las paredes de los vasos sanguíneos, la dermis de la piel y el estroma de varias glándulas. Está constituido por una clase única de cadena alfa3. Es sintetizado por las células del músculo liso, fibroblastos, glía. Su función es la de sostén de los órganos expandibles.
Colágeno tipo IV: Es el colágeno que forma la lámina basal que subyace a los epitelios. Es un colágeno que no se polimeriza en fibrillas, sino que forma un fieltro de moléculas orientadas al azar, asociadas a proteoglicanos y con las proteínas estructurales lamininay fibronectina. Es sintetizado por las células epiteliales y endoteliales. Su función principal es la de sostén y filtración.
• Pigmento que da color a la sangre, contenido en
los hematíes de todos los vertebrados y disuelto en
el plasma sanguíneo de algunos invertebrados.
• Se oxida fácilmente en contacto con el aire, ya
atmosférico, ya disuelto en agua, y se reduce
luego para proporcionar a las
células el oxígeno que necesitan para su
respiración.
• La hemoglobina es uno de los derivados
nitrogenados de la ferroprotoporfirina. Es
una proteína conjugada que contiene las proteínas
básicas incoloras, las globinas y ferroprotoporfirinao hem.
• La hemoglobina es una proteína de estructura
cuaternaria, que consta de cuatro subunidades. Su
función principal es el transporte de oxígeno.
• Esta proteína hace parte de la familia de las
hemoproteínas, ya que posee un grupo hemo.
• La forman cuatro cadenas polipeptídicas
(globinas) a cada una de las cuales se une un
grupo hem, cuyo átomo de hierro es capaz de unir
de forma reversible una molécula de oxígeno.
• El grupo hem está formado por:
– Unión del succinil-CoA (ciclo de Krebs) al aminoácido
glicina formando un grupo pirrol.
– Cuatro grupos pirrol se unen formando
la protoporfirina IX.
– La protoporfirina IX se une a un ion ferroso (Fe2+)
formando el grupo hemo.
• Las moléculas de hemoglobina se forman por combinación
de dos subunidades de una cadena peptídica llamada a y
dos de b donde las cadenas polipeptídicas están constituidas por eslabones de Aminoácidos (AA) denominados residuos;
conteniendo 141 residuos la cadena a y 146 la cadena b.
• Todo ser humano es capaz de sintetizar (genéticamente) e
introducir en la hemoglobina cuatro cadenas polipéptidas
designadas a, b, g y d.
• Con escasas excepciones las moléculas de HB se forman por la combinación de dos cadenas a con dos g o d.
• La orientación de las cadenas polipeptídicas puede ser
completamente extendida, por lo que se clasifican como:
– Alfahélice.
– Hoja plegada.
– Al azar.
• Existen dos aminoácidos que pertenezcan a la cadena
polipeptídica que pueden interrumpir la orientación
helicoidal:
– Presencia de prolina la cual provoca una torsión de la cadena.
– La presencia de fuerzas electrostáticas localizadas de repulsión
debido a un conjunto de grupos –R cargados positivamente
(lisina y argina), o negativamente (ac- glutámico y aspártico).
• Los grupos Hem, están localizados en unas oquedades cercanas al exterior de la
molécula, uno en cada subunidad.
• Cada grupo hem se encuentra enterrado parcialmente rodeado por grupos -R
Hidrofóbicos. Este se halla unido a la cadena polipeptídica mediante un enlace
coordinado del átomo de Fe con la HIS (histidina), mientras el otro enlace de
coordinación del Fe se halla disponible para el transporte del oxigeno.
• Existe una gran cantidad de residuos hidrofílicos en la superficie de la cadena,
pero el centro de la a - hélice es especialmente hidrofóbico.
• Por último en la estructura de la HB no hay enlaces de tipo S-S, ya que los residuos
Cys (cistina), no son comunes en la cadena a aunque en la b si hay; pero no es
posible que se establezcan este tipo de enlaces entre las cadenas a y b de las
globinas.
• Cada cadena a está en contacto con las cadenas b , sin embargo, existen pocas
interacciones entre las dos cadenas a o entre las dos cadenas b entre sí.
• La Estructura cuaternaria modula las actividades biológicas de las proteínas.
• La proteína íntegra al realizar la catálisis propia, admite una
regulación en su actividad es decir puede frenarse o
acelerarse, en respuesta a metabolitos concretos que
pueden ser el propio sustrato o distintos moduladores
alostericos.
• La unidad funcional de la HB es un tetramero que consta de
dos clases de cadenas polipeptídicas.
• La hemoglobina está clasificada dentro del grupo de las
proteínas conjugadas ya que además de tener o poseer
aminoácidos contiene una proporción significativa del grupo prostético hem.
• Cuando se produce la oxigenación de la desoxihemoglobina, no hay
variación alguna de la estructura terciaria; pero cuando se une el O2 a los
grupos hemo de esta, las subunidades a , b que permanecen rígidas,
cambian ligeramente de posición, aproximándose entre sí lo que presenta un
cambio de la estructura cuaternaria.
• La estructura cuaternaria de la desoxiHB se denomina forma T tensa o tirante;
la oxiHB forma R relajado.
• El átomo de hierro arrastra con él la histidina proximal cuando se introduce en
el plano de la porfirina.
• Esta estructura cuaternaria le confiere propiedades adicionales
extraordinarias que la adaptan a sus papeles biológicos únicos y permiten
una regulación precisa de sus propiedades.
• Las fuerzas que mantienen unidas las cadenas peptídicas para dar una
estructura cuaternaria suelen ser de tipo fisicoquímico (asociación
hidrofóbica), y el ensamblaje de monómeros se realiza expontáneamente,
ocurre así la ordenación cuaternaria adoptada.
• Hemoglobina A o HbA, llamada también hemoglobina del
adulto o hemoglobina normal, representa aproximadamente el 97%
de la hemoglobina en el adulto. Está formada por dos globinas alfa
y dos globinas beta.
• Hemoglobina A2: Está formada por dos globinas alfa y dos globinas
delta.
• Hemoglobina S: Hemoglobina alterada genéticamente presente en
la anemia de células falciformes.
• Hemoglobina F: Hemoglobina fetal, formada por dos globinas alfa y
dos globinas gamma. Tras el nacimiento desciende la síntesis de
globinas gamma y aumenta la producción de globinas beta.
• Oxihemoglobina: Representa la hemoglobina que posee
unido oxígeno (Hb+O2).
• Metahemoglobina: Hemoglobina cuyo grupo hemo tiene el
hierro en estado férrico. Este tipo de hemoglobina no puede
unir oxígeno. Se produce por una enfermedad congénita en
la cual hay deficiencia de metahemoglobina reductasa,
enzima encargada de mantener el hierro como Fe.
• Carbaminohemoglobina: se refiere a la hemoglobina que ha
unido CO2 después del intercambio gaseoso entre los
glóbulos rojos y los tejidos (Hb+CO2).
• Carboxihemoglobina: Hemoglobina resultante de la unión
con el CO.
• Hemoglobina glucosilada: se encuentra normalmente
presente en sangre en baja cantidad, en patologías como la
diabetes se ve aumentada. Es el resultado de la unión de la
Hb con glucosa u otros carbohidratos libres.