Bioquímica estrutural / colagénio
Introdução ao colagénio
o colagénio, que é a proteína mais abundante nos mamíferos, é também o principal componente fibroso da pele, osso, tendão, cartilagem e dentes. O peso seco da pele humana é constituído por mais de 1/3 de colagénio. Esta proteína extracelular é uma molécula em forma de haste, com cerca de 3000 Å de comprimento e apenas 15 Å de diâmetro. Existem pelo menos vinte e oito tipos diferentes de colagénio que são compostos por pelo menos 46 cadeias polipeptídicas diferentes que foram localizadas em vértebras e outras proteínas que contêm domínios colagénicos. A característica definidora do colagénio é que é uma proteína estrutural que é composta por um feixe de três hélices de poliprolina II de mão direita. Devido à embalagem apertada de hélices PPII dentro da hélice tripla, cada terceiro resíduo, que é um aminoácido, é Gly (glicina). Isto resulta em um padrão repetitivo de uma sequência XaaYaaGly. Embora este padrão ocorra em todos os tipos de colágeno, há alguma ruptura deste padrão em certas áreas localizadas no domínio Triplo helicoidal de colágenos não-fibrilares. O aminoácido que substitui o Xaa na sequência é mais provável (2S) – prolina (Pro, 28%). O aminoácido de substituição mais provável na posição Yaa é (2s, 4R)-4-hidroxiprolina (Hyp, 38%). Isto significa que a sequência ProHypGly é o tripleto mais comum no colágeno. Muitas pesquisas foram feitas para descobrir a estrutura dos hélices triplos de colágeno e como suas propriedades químicas afetam a estabilidade do colágeno. Verificou-se que os efeitos electrónicos estéreo e a pré-organização são factores importantes para determinar a estabilidade do colagénio. Um tipo de colágeno chamado colágeno tipo I tem a estrutura revelada em detalhes. Sintetizando fibrilhas artificiais de colágeno, que são cadeias menores de fibra, agora têm sido possíveis e podem agora conter propriedades que as fibrilhas naturais de colágeno têm. Ao entender continuamente as propriedades mecânicas e estruturais das fibrilhas do colágeno nativo, ajudará a pesquisa a conceber e desenvolver formas de criar materiais colagênicos artificiais que podem ser aplicados a muitos aspectos de nossas vidas, como biomedicina e nanotecnologia.
estrutura do colagénio
a estrutura do colagénio tem sido intensivamente desenvolvida ao longo da história. No início, Astbury e Bell apresentaram a sua ideia de que o colagénio era constituído por uma única cadeia polipeptídica estendida com todas as suas ligações amidas na conformação cis. In 1951, other researches correctly determined the structures for alpha helix and the beta sheet. Pauling e Corey apresentaram sua estrutura que três cadeias polipeptídicas são formadas juntas através de ligações de hidrogênio em uma conformação helicoidal. Em 1964, Ramachandran e Kartha desenvolveram uma estrutura avançada para o colagénio, na medida em que era uma hélice tripla de três hélices polipeptídeo 2 canhotos com todas as ligações peptídicas na conformação trans e duas ligações de hidrogénio em cada tripleto. Mais tarde, a estrutura foi aperfeiçoada por Rich e Crick para a estrutura de Tripla hélice Aceita hoje, que contém uma única interstrand N-H(Gly)…O = C (Xaa) ligação de hidrogénio por tripla e uma simetria helicoidal dez vezes maior com uma repetição axial de 28,6.
função e diversidade
colagénio, que está presente em todos os organismos multicelulares, não é uma proteína, mas uma família de proteínas estruturalmente relacionadas. As diferentes proteínas de colagénio têm funções muito diversas. As estruturas extremamente duras dos ossos e dentes contêm colagénio e um polímero de fosfato de cálcio. Nos tendões, o colágeno forma fibras como cordas de alta resistência à tração, enquanto na pele o colágeno forma fibras tecidas vagamente que podem se expandir em todas as direções. Os diferentes tipos de colagénio são caracterizados por diferentes composições polipeptídicas. Cada colagénio é composto por três cadeias polipeptídicas, que podem ser todas idênticas ou podem ser de duas cadeias diferentes. Uma única molécula de colagénio tipo I tem uma massa molecular de 285kDa, uma largura de 1,5 nm e um comprimento de 300nm.
| Tipo | Polipeptídeo, Composição | Distribuição |
|---|---|---|
| I | 2, alpha 2(I) | Pele,ossos,tendões,córnea,vasos sanguíneos |
| II | 3 | Cartilagem do disco intervertebral |
| III | 3 | a pele Fetal,vasos sanguíneos |
| IV | 2, alpha 2(IV) | membrana basal |
| V | 2, alpha 2(V) | Placenta,pele |
Visão geral do A biossíntese
os polipeptídeos de colagénio são sintetizados por ribossomas no retículo endoplasmático rugoso (RER). A cadeia polipeptídica passa então pelo aparelho RER e Golgi antes de ser secretada. Ao longo do caminho é modificado pós-translacionalmente: os resíduos de Pro e Lys são hidroxilados e hidratos de carbono adicionados. Antes da secreção, três cadeias polipeptídicas unem-se para formar uma estrutura tripla-helicoidal conhecida como procolagénio. O procolagénio é então secretado nos espaços extracelulares do tecido conjuntivo, onde as eextensões das cadeias polipeptídicas tanto na termini N como na termini C (péptidos de extensão) são removidas pelas peptidases para formar o troppcolagénio. As moléculas de tropocolagénio agregam-se e estão extensivamente ligadas ao procuce, a fibra de colagénio Maduro.
a estabilidade da estrutura de hélice tripla
o colagénio é importante para os animais, uma vez que contém muitas propriedades essenciais, tais como a estabilidade térmica, a força mecânica e a capacidade de se ligar e interagir com outras moléculas. Saber como essas propriedades são afetadas requer uma compreensão da estrutura e estabilidade do colágeno. A substituição de aminoácidos no lugar de qualquer uma das posições XaaYaaGly pode afetar a estrutura e a estabilidade do colágeno de várias maneiras.
substituições de glicina
substituindo a posição de glicina na sequência XaaYaaGly muitas vezes causam doenças. As mutações prejudiciais ao colagénio são causadas pela substituição de Gly envolvido nos últimos corpos de hidrogénio dentro da tripla hélice. Por exemplo, o aminoácido que substitui a Gly e a localização da substituição pode afetar a patologia da osteogênese. Substituir o Gly em áreas ricas em prolina da sequência de colagénio tem menos perturbação do que as áreas das regiões pobres prolina. O atraso temporal causado pelas substituições de glicina resulta numa sobre-modificação das cadeias de protocolagénio, o que altera o estado normal da estrutura da tripla hélice, contribuindo assim para o desenvolvimento da osteogénese. Estrutura de colagénio de ordem superior.
o colagénio é constituído por componentes hieracarcais a partir das unidades menores de monómeros TC individuais que se auto-montam nas fibras macromoleculares. No colagénio tipo 1, os monómeros constituem microfibrilos que constituem fibris.
Estrutura De Fibrilação.
monômeros TC do colágeno tipo 1 têm uma característica estranha em que eles são instáveis à temperatura corporal, o que significa que preferem ser desordenados ao invés de estruturados e ordenados. A questão é como algo instável pode ser um componente de algo tão estável, como a estrutura tripla hélice do colágeno. A resposta a esta pergunta é que a fibrilogênese do colágeno estabiliza a tripla hélice, o que significa que quando os monômeros se formam juntos eles têm um efeito estabilizador. Isto contribui para a força da estrutura de colagénio tripla hélice.
a fibrilogénese do colagénio ocorre através da formação de segmentos de fibrilhação de tamanho intermédio denominados microfibrils. Há duas questões essenciais que precisam ser respondidas para entender a estrutura molecular das fibrilhas de colágeno. A primeira questão é Qual é o arranjo dos monômeros TC individuais que compõem o microfibril. A segunda questão é, então, como esses microfibrils compõem o colágeno fibril. Estas questões são difíceis de responder porque os microfibrilos naturais individuais não podem ser isolados e o grande tamanho e insolubilidade das fibrilhas maduras de colágeno tornam impossível para as técnicas padrão para descobrir a estrutura.
