3.21: Colágenos

Los colágenos son glicoproteínas extracelulares insolubles que se encuentran en todos los animales. Son las proteínas más abundantes en el cuerpo humano y son componentes estructurales esenciales de todos los tejidos conectivos como cartílago, hueso, tendones, ligamentos, fascia, piel. La gelatina es colágeno solubilizado. Se han encontrado 29 tipos de colágenos en humanos y los principales son:

• Tipo I. El componente principal de tendones, ligamentos y huesos.
• Tipo II. Representa más del 50% de la proteína en el cartílago y es el componente principal del cuerpo vítreo del ojo. También se utiliza para construir la notocorda de embriones vertebrados.
• Tipo III. Fortalece las paredes de estructuras huecas como las arterias, el intestino y el útero.
• Tipo IV. Forma la lámina basal del epitelio. (La lámina basal a menudo se llama membrana basal, pero no está relacionada con membranas bicapa lipídicas). Una malla de colágenos tipo IV proporciona el filtro para los capilares sanguíneos y los glomérulos de los riñones.

Los otros 25 tipos son probablemente igualmente importantes, pero son mucho menos abundantes.

Estructura de Colágenos

La unidad básica de los colágenos es un polipéptido que consiste en la secuencia repetitiva

n

donde X es a menudo prolina (Pro) e Y es a menudo hidroxiprolina (prolina a la que se añade un grupo -OH después de la síntesis del polipéptido). La molécula resultante se tuerce en una hélice alargada y zurda (NO una hélice alfa).

Una sola molécula de colágeno, el tropocolágeno, se utiliza para formar agregados de colágeno más grandes, como las fibrillas. Tiene aproximadamente 300 nm de largo y 1.5 nm de diámetro, y está conformada por tres cadenas polipeptídicas (llamadas péptidos alfa, ver etapa 2), cada una de las cuales tiene la conformación de una hélice zurda (Figura 3.21.1). Estas tres hélices zurdas están retorcidas juntas en una triple hélice diestra o “súper hélice”, una estructura cuaternaria cooperativa estabilizada por muchos enlaces de hidrógeno.

Figura\(\PageIndex{1}\): Molécula de tropocolágeno: tres procolágenos zurdos (rojo, verde, azul) se unen para formar un tropocolágeno triple helicoidal diestro. Imagen usd con permisión (CC-SA-BY-3.0: Vossman y JWSchmidt)

Cuando se sintetizan, el N- terminal y C- terminal del polipéptido tienen dominios globulares, que mantienen la molécula soluble. A medida que pasan a través del retículo endoplásmico (ER) y aparato de Golgi,

• Las moléculas están glicosiladas.
• Los grupos hidroxilo (-OH) se agregan al aminoácido “Y”.
• Los enlaces S-S enlazan tres cadenas covalentemente.
• Las tres moléculas se tuercen juntas para formar una triple hélice.

En algunos colágenos (por ejemplo, Tipo II), las tres moléculas son idénticas (el producto de un solo gen). En otros colágenos (por ejemplo, Tipo I), dos polipéptidos de un tipo (producto génico) se ensamblan con un segundo polipéptido, bastante similar, que es el producto de un segundo gen.

Figura 3.21.2: Colágeno cortesía del Dr. Jerome Gross

Cuando la triple hélice es secretada por la célula (generalmente por un fibroblasto), los extremos globulares se escinden. Las moléculas insolubles lineales resultantes se ensamblan en fibras de colágeno. Se ensamblan en un patrón escalonado que da lugar a las estrías vistas en la micrografía electrónica anterior. Los colágenos tipo IV son una excepción; forman una malla en lugar de fibras estriadas.

Enfermedades Heredadas Causadas por Genes Mutantes

• Enfermedad de huesos frágiles (“osteogénesis imperfecta”): Causada por una mutación en uno u otro de los dos genes cuyos productos se utilizan para elaborar colágeno Tipo I. Al igual que todas las enfermedades heredadas del colágeno, esta se hereda como rasgo dominante. La razón: aunque un alelo de colágeno es normal, el ensamblaje del producto génico normal con el producto mutante produce fibras de colágeno defectuosas. Las células madre de médula ósea de pacientes con esta enfermedad han tenido su gen mutante noqueado por el objetivo génico y han ganado la capacidad de hacer buen colágeno y hueso (cuando las células se colocaron en ratones inmunodeficientes). Entonces esta enfermedad ahora parece ser un candidato prometedor para la terapia génica.
• Formas de enanismo: Causadas por mutaciones en un gen de colágeno Tipo II.
• Síndrome de Rubber-man: Causado por una mutación en un gen de colágeno Tipo I. El sujeto tiene articulaciones hiperextensibles, tendones y piel. (Este trastorno hereditario representa un tipo de síndrome de Ehlers-Danlos).
• Síndrome de Ehlers-Danlos: Es causado por mutaciones en el gen del colágeno Tipo III. Los pacientes están en riesgo de ruptura de las arterias principales o del intestino.
• Síndrome de Alport: La mayoría de los casos involucran mutaciones en el gen en el cromosoma X para una de las cadenas de colágeno Tipo IV. Por lo que muestra el patrón típico de herencia ligada a X. Otros casos son causados por dos genes autosómicos mutantes para otra de las cadenas de colágeno Tipo IV. Los pacientes suelen tener daños en sus glomérulos, lo que lleva a sangre en la orina y, a menudo, también se vuelven sordos.
• ¿Hernias discales entre las vértebras? : Un estudio realizado en Finlandia ha encontrado que algunas familias que comparten una tendencia a desarrollar hernias discales (que conducen a la ciática) tienen una mutación puntual heredada en el gen (COL9A2) que codifica una de las cadenas alfa del colágeno IX. Este colágeno es un componente de la matriz extracelular en el relleno (discos) entre nuestras vértebras.

Otras Enfermedades del Colágeno

• Escorbuto: Causado por una deficiencia de vitamina C. El paciente es incapaz de agregar grupos hidroxilo (-OH) a la prolina para convertirla en hidroxiprolina.
• Síndrome de Goodpasture: Algunas personas desarrollan anticuerpos contra un epítopo en sus moléculas de colágeno Tipo IV. Estos se adhieren a la lámina basal de las células epiteliales y “fijan” el complemento que daña la lámina basal. Entonces el síndrome de Goodpasture es un ejemplo de un trastorno autoinmune.

Figura 3.21.2: Síndrome de Goodpasture cortesía del Dr. Frank J. Dixon

La lámina basal del epitelio pulmonar y los glomérulos del riñón son especialmente propensos a verse afectados. En esta foto (cortesía del Dr. Frank J. Dixon), un anticuerpo fluorescente contra IgG humana muestra los autoanticuerpos que recubren las membranas basales de los glomérulos en un paciente con síndrome de Goodpasture.

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