Colágeno - Collagen

Molécula de tropocolágeno: três procolágenos canhotos (vermelho, verde, azul) unem-se para formar um tropocolágeno de hélice tripla destro.

Colagénio ( / k ɒ l ə ə n / ) é o principal estrutural de proteína na matriz extracelular encontrada em várias do corpo tecidos conjuntivos . Como principal componente do tecido conjuntivo, é a proteína mais abundante em mamíferos, constituindo de 25% a 35% do conteúdo proteico de todo o corpo. O colágeno consiste em aminoácidos unidos para formar uma hélice tripla de fibrila alongada conhecida como hélice de colágeno . É encontrada principalmente no tecido conjuntivo , como cartilagem , ossos , tendões , ligamentos e pele .

Dependendo do grau de mineralização , os tecidos de colágeno podem ser rígidos (osso) ou complacentes (tendão) ou ter um gradiente de rígido para complacente (cartilagem). O colágeno também é abundante nas córneas , vasos sanguíneos , intestinos , discos intervertebrais e dentina nos dentes. No tecido muscular , ele atua como um dos principais componentes do endomísio . O colágeno constitui um a dois por cento do tecido muscular e é responsável por 6% do peso dos músculos fortes e tendinosos. O fibroblasto é a célula mais comum que cria colágeno. A gelatina , usada na alimentação e na indústria, é o colágeno irreversivelmente hidrolisado . O colágeno tem muitos usos médicos no tratamento de complicações dos ossos e da pele.

Etimologia

O nome colágeno vem do grego κόλλα ( kólla ), que significa " cola ", e o sufixo -γέν, -gen , denota "produção".

Tipos humanos

Mais de 90% do colagénio no corpo humano é o colagénio tipo I . No entanto, a partir de 2011, 28 tipos de colágeno humano foram identificados, descritos e divididos em vários grupos de acordo com a estrutura que formam. Todos os tipos contêm pelo menos uma hélice tripla . O número de tipos mostra a funcionalidade diversa do colágeno.

  • Fibrilar (Tipo I, II, III, V, XI)
  • Não fibrilar
    • FACIT (Colágenos Associados a Fibrilas com Hélices Triplas Interrompidas) (Tipo IX, XII, XIV, XIX, XXI)
    • Cadeia curta (Tipo VIII, X)
    • Membrana basal (Tipo IV)
    • Multiplexina (múltiplos domínios de hélice tripla com interrupções) (Tipo XV, XVIII)
    • MACIT (Colágenos Associados à Membrana com Hélices Triplas Interrompidas) (Tipo XIII, XVII)
    • Formação de microfibrilas (Tipo VI)
    • Fibras de ancoragem (Tipo VII)

Os cinco tipos mais comuns são:

Usos médicos

Aplicações cardíacas

O esqueleto cardíaco colágeno, que inclui os quatro anéis da válvula cardíaca , é histológica, elasticamente e exclusivamente ligado ao músculo cardíaco. O esqueleto cardíaco também inclui os septos de separação das câmaras cardíacas - o septo interventricular e o septo atrioventricular . A contribuição do colágeno para a medida do desempenho cardíaco representa sumariamente uma força de torção contínua oposta à mecânica dos fluidos da pressão sanguínea emitida pelo coração. A estrutura colágena que divide as câmaras superiores do coração das inferiores é uma membrana impermeável que exclui os impulsos sanguíneos e elétricos por meios fisiológicos típicos. Com o suporte de colágeno, a fibrilação atrial nunca se deteriora em fibrilação ventricular . O colágeno é dividido em camadas em densidades variáveis ​​com massa de músculo liso. A massa, distribuição, idade e densidade do colágeno contribuem para a conformidade necessária para mover o sangue para frente e para trás. Folhetos valvulares cardíacos individuais são dobrados em forma por colágeno especializado sob pressão variável . A deposição gradual de cálcio no colágeno ocorre como uma função natural do envelhecimento. Os pontos calcificados dentro das matrizes de colágeno mostram contraste em uma exibição móvel de sangue e músculo, permitindo que métodos de tecnologia de imagem cardíaca cheguem a proporções que indicam essencialmente entrada de sangue ( entrada cardíaca ) e saída de sangue ( débito cardíaco ). A patologia do colágeno subjacente ao coração é entendida na categoria de doença do tecido conjuntivo .

Cirurgia estética

O colágeno tem sido amplamente utilizado em cirurgia estética, como um auxiliar na cura de pacientes queimados para reconstrução óssea e em uma ampla variedade de finalidades odontológicas, ortopédicas e cirúrgicas. O colágeno humano e bovino é amplamente utilizado como preenchimento dérmico para o tratamento de rugas e envelhecimento da pele. Alguns pontos de interesse são:

  1. Quando usado cosmeticamente, há uma chance de reações alérgicas causando vermelhidão prolongada; no entanto, isso pode ser virtualmente eliminado por um teste de patch simples e imperceptível antes do uso cosmético.
  2. A maior parte do colágeno medicinal é derivado de gado de corte jovem (bovino) de animais certificados livres de BSE . A maioria dos fabricantes usa animais de doadores de "rebanhos fechados" ou de países que nunca tiveram um caso relatado de BSE, como Austrália, Brasil e Nova Zelândia.

Enxertos ósseos

Como o esqueleto forma a estrutura do corpo, é vital que mantenha sua resistência, mesmo após fraturas e lesões. O colágeno é usado em enxertos ósseos por ter uma estrutura helicoidal tripla, o que o torna uma molécula muito forte. É ideal para uso em ossos, pois não compromete a integridade estrutural do esqueleto. A estrutura helicoidal tripla do colágeno evita que ele seja decomposto por enzimas, possibilita a adesividade das células e é importante para a montagem adequada da matriz extracelular.

Regeneração de tecido

Os andaimes de colágeno são usados ​​na regeneração de tecidos, seja em esponjas, lâminas finas, géis ou fibras. O colágeno tem propriedades favoráveis ​​para a regeneração de tecidos, como estrutura de poros, permeabilidade, hidrofilicidade e estabilidade in vivo. Os andaimes de colágeno também apoiam a deposição de células, como osteoblastos e fibroblastos , e uma vez inseridos, facilitam o crescimento para prosseguir normalmente.

Usos cirúrgicos reconstrutivos

Os colágenos são amplamente utilizados na construção de substitutos artificiais da pele, usados ​​no tratamento de queimaduras e feridas graves . Esses colágenos podem ser derivados de fontes bovinas, equinas, suínas ou mesmo humanas; e às vezes são usados ​​em combinação com silicones , glicosaminoglicanos , fibroblastos , fatores de crescimento e outras substâncias.

Cicatrização de feridas

O colágeno é um dos principais recursos naturais do corpo e um componente do tecido da pele que pode beneficiar todas as fases da cicatrização de feridas . Quando o colágeno é disponibilizado para o leito da ferida, pode ocorrer o fechamento. A deterioração da ferida, às vezes seguida por procedimentos como a amputação, pode assim ser evitada.

O colágeno é um produto natural e, portanto, usado como curativo natural para feridas e tem propriedades que os curativos artificiais não possuem. É resistente a bactérias, o que é de vital importância em um curativo. Ajuda a manter a ferida estéril, devido à sua capacidade natural de combater infecções. Quando o colágeno é usado como curativo para queimaduras, o tecido de granulação saudável é capaz de se formar muito rapidamente sobre a queimadura, ajudando-a a cicatrizar rapidamente.

Ao longo das quatro fases da cicatrização de feridas, o colágeno desempenha as seguintes funções na cicatrização de feridas:

  • Função de guia: as fibras de colágeno servem para guiar os fibroblastos. Os fibroblastos migram ao longo de uma matriz de tecido conjuntivo.
  • Propriedades quimiotáticas : A grande área de superfície disponível nas fibras de colágeno pode atrair células fibrogênicas que ajudam na cicatrização.
  • Nucleação : o colágeno, na presença de certas moléculas de sal neutro, pode atuar como um agente nucleante causando a formação de estruturas fibrilares. Um curativo de colágeno pode servir como um guia para orientar a deposição de novo colágeno e o crescimento capilar.
  • Propriedades hemostáticas : as plaquetas sanguíneas interagem com o colágeno para formar um tampão hemostático.

Pesquisa básica

O colágeno é usado em estudos de laboratório para cultura de células , estudando o comportamento celular e as interações celulares com o ambiente extracelular .

Química

A proteína do colágeno é composta por uma tripla hélice, que geralmente consiste em duas cadeias idênticas (α1) e uma cadeia adicional que difere ligeiramente em sua composição química (α2). A composição de aminoácidos do colágeno é atípica para proteínas, particularmente com relação ao seu alto teor de hidroxiprolina . Os motivos mais comuns na sequência de aminoácidos do colágeno são glicina - prolina -X e glicina-X-hidroxiprolina, onde X é qualquer aminoácido diferente de glicina , prolina ou hidroxiprolina . É fornecida a composição média de aminoácidos para peixes e mamíferos.

Aminoácido Abundância na pele de mamífero
( resíduos / 1000)
Abundância em pele de peixe
(resíduos / 1000)
Glicina 329 339
Proline 126 108
Alanina 109 114
Hidroxiprolina 95 67
Ácido glutâmico 74 76
Arginina 49 52
Ácido aspártico 47 47
Serine 36 46
Lisina 29 26
Leucina 24 23
Valine 22 21
Treonina 19 26
Fenilalanina 13 14
Isoleucina 11 11
Hidroxilisina 6 8
Metionina 6 13
Histidina 5 7
Tirosina 3 3
Cisteína 1 1
Triptofano 0 0

Síntese

Primeiro, uma estrutura tridimensional em cadeia é montada, com os aminoácidos glicina e prolina como seus componentes principais. Este ainda não é colágeno, mas seu precursor, o procolágeno. O procolágeno é então modificado pela adição de grupos hidroxila aos aminoácidos prolina e lisina . Esta etapa é importante para a glicosilação posterior e a formação da estrutura de hélice tripla do colágeno. Como as enzimas hidroxilase que realizam essas reações requerem vitamina C como cofator, uma deficiência a longo prazo dessa vitamina resulta em deficiência na síntese de colágeno e escorbuto . Essas reações de hidroxilação são catalisadas por duas enzimas diferentes: prolil-4-hidroxilase e lisil-hidroxilase. A reação consome uma molécula de ascorbato por hidroxilação. A síntese de colágeno ocorre dentro e fora da célula. A formação de colágeno que resulta em colágeno fibrilar (forma mais comum) é discutida aqui. O colágeno de malha, que muitas vezes está envolvido na formação de sistemas de filtração, é a outra forma de colágeno. Todos os tipos de colágenos são triplas hélices, e as diferenças estão na composição dos alfa peptídeos criados na etapa 2.

  1. Transcrição de mRNA : cerca de 44 genes estão associados à formação de colágeno, cada um codificando uma sequência específica de mRNA e, normalmente, têm o prefixo " COL ". O início da síntese de colágeno começa com a ativação de genes associados à formação de um alfa peptídeo específico (tipicamente alfa 1, 2 ou 3).
  2. Formação de pré-pró-peptídeo : Assim que o mRNA final sai do núcleo da célula e entra no citoplasma, ele se liga às subunidades ribossomais e ocorre o processo de tradução. A primeira / primeira parte do novo peptídeo é conhecida como sequência de sinal. A sequência de sinal no terminal N do peptídeo é reconhecida por uma partícula de reconhecimento de sinal no retículo endoplasmático, que será responsável por direcionar o pré-pró-peptídeo para o retículo endoplasmático. Portanto, uma vez concluída a síntese do novo peptídeo, ele vai diretamente para o retículo endoplasmático para processamento pós-tradução. Agora é conhecido como pré-colágeno.
  3. Pré-pró-peptídeo para pró-colágeno : Três modificações do pré-pró-peptídeo ocorrem levando à formação do alfa peptídeo:
    1. O peptídeo sinal no terminal N é removido e a molécula agora é conhecida como propeptídeo (não procolágeno).
    2. A hidroxilação de lisinas e prolinas no propeptídeo pelas enzimas 'prolil hidroxilase' e 'lisil hidroxilase' (para produzir hidroxiprolina e hidroxilisina) ocorre para auxiliar na reticulação dos alfa peptídeos. Esta etapa enzimática requer vitamina C como cofator. No escorbuto , a falta de hidroxilação de prolinas e lisinas causa uma hélice tripla mais frouxa (que é formada por três peptídeos alfa).
    3. A glicosilação ocorre pela adição de monômeros de glicose ou galactose aos grupos hidroxila que foram colocados nas lisinas, mas não nas prolinas.
    4. Uma vez que essas modificações tenham ocorrido, três dos propeptídeos hidroxilados e glicosilados se torcem em uma tripla hélice formando procolágeno. O procolágeno ainda tem pontas desenroladas, que depois serão aparadas. Nesse ponto, o procolágeno é empacotado em uma vesícula de transferência destinada ao aparelho de Golgi.
  4. Modificação do aparelho de Golgi : no aparelho de Golgi, o procolágeno passa por uma última modificação pós-tradução antes de ser secretado para fora da célula. Nesta etapa, oligossacarídeos (não monossacarídeos como na etapa 3) são adicionados e, em seguida, o procolágeno é empacotado em uma vesícula secretora destinada ao espaço extracelular.
  5. Formação de tropocolágeno : uma vez fora da célula, as enzimas ligadas à membrana, conhecidas como peptidases de colágeno, removem as "pontas soltas" da molécula de procolágeno. O que resta é conhecido como tropocolágeno. Os defeitos nesta etapa produzem uma das muitas colagenopatias conhecidas como síndrome de Ehlers-Danlos . Esta etapa está ausente durante a síntese do tipo III, um tipo de colágeno fibrilar.
  6. Formação da fibrila de colágeno : a lisil oxidase , uma enzima extracelular dependente do cobre , produz a etapa final na via de síntese do colágeno. Esta enzima atua sobre lisinas e hidroxilisinas produzindo grupos aldeído, que irão eventualmente sofrer ligação covalente entre as moléculas de tropocolágeno. Este polímero de tropocolágeno é conhecido como fibrila de colágeno.
Ação da lisil oxidase

Aminoácidos

O colágeno tem uma sequência e composição de aminoácidos incomuns :

  • A glicina é encontrada em quase cada terceiro resíduo .
  • A prolina representa cerca de 17% do colágeno.
  • O colágeno contém dois aminoácidos derivados incomuns não inseridos diretamente durante a tradução . Esses aminoácidos são encontrados em locais específicos em relação à glicina e são modificados pós-tradução por diferentes enzimas, ambas as quais requerem vitamina C como cofator .

O cortisol estimula a degradação do colágeno (da pele) em aminoácidos.

Formação de colágeno I

A maioria do colágeno se forma de maneira semelhante, mas o seguinte processo é típico para o tipo I:

  1. Dentro da célula
    1. Dois tipos de cadeias alfa - alfa-1 e alfa 2, são formados durante a translação nos ribossomos ao longo do retículo endoplasmático rugoso (RER). Essas cadeias de peptídeos, conhecidas como pré-colágeno, têm peptídeos de registro em cada extremidade e um peptídeo de sinal .
    2. As cadeias polipeptídicas são liberadas no lúmen do RER.
    3. Os peptídeos de sinal são clivados dentro do RER e as cadeias são agora conhecidas como cadeias pró-alfa.
    4. A hidroxilação dos aminoácidos lisina e prolina ocorre dentro do lúmen. Este processo depende e consome ácido ascórbico (vitamina C) como cofator .
    5. Ocorre a glicosilação de resíduos específicos de hidroxilisina.
    6. A estrutura helicoidal alfa tripla é formada dentro do retículo endoplasmático a partir de duas cadeias alfa-1 e uma cadeia alfa-2.
    7. O procolágeno é enviado para o aparelho de Golgi , onde é embalado e secretado no espaço extracelular por exocitose .
  2. Fora da cela
    1. Os peptídeos de registro são clivados e o tropocolágeno é formado pela pró- colágeno peptidase .
    2. Múltiplas moléculas de tropocolágeno formam fibrilas de colágeno, via reticulação covalente ( reação aldólica ) pela lisil oxidase que liga hidroxilisina e resíduos de lisina. Múltiplas fibrilas de colágeno se formam em fibras de colágeno.
    3. O colágeno pode ser ligado às membranas celulares por meio de vários tipos de proteínas, incluindo fibronectina , laminina , fibulina e integrina .

Patogênese sintética

A deficiência de vitamina C causa escorbuto , uma doença séria e dolorosa na qual o colágeno defeituoso impede a formação de tecido conjuntivo forte . As gengivas se deterioram e sangram, com perda de dentes; descoloração da pele e feridas não cicatrizam. Antes do século 18, essa condição era notória entre as expedições militares de longa duração, principalmente navais, durante as quais os participantes eram privados de alimentos contendo vitamina C.

Uma doença autoimune , como lúpus eritematoso ou artrite reumatoide, pode atacar as fibras de colágeno saudáveis.

Muitas bactérias e vírus secretam fatores de virulência , como a enzima colagenase , que destrói o colágeno ou interfere em sua produção.

Estrutura molecular

Uma única molécula de colágeno, o tropocolágeno, é usada para formar agregados maiores de colágeno, como as fibrilas. Tem aproximadamente 300  nm de comprimento e 1,5 nm de diâmetro, e é composto de três fitas polipeptídicas (chamadas de alfa peptídeos, ver etapa 2), cada uma das quais tem a conformação de uma hélice canhota - isso não deve ser confundido com a hélice alfa destra . Essas três hélices canhotas são torcidas juntas em uma tripla hélice destra ou "superhélice", uma estrutura quaternária cooperativa estabilizada por muitas ligações de hidrogênio . Com o colágeno tipo I e possivelmente todos os colágenos fibrilares, senão todos os colágenos, cada hélice tripla se associa a uma supersuper-bobina destra conhecida como microfibrila de colágeno. Cada microfibrila é interdigitada com suas microfibrilas vizinhas em um grau que pode sugerir que são individualmente instáveis, embora dentro das fibrilas de colágeno elas sejam tão bem ordenadas que parecem cristalinas.

Três polipeptídeos se enrolam para formar o tropocolágeno. Muitos tropocolágenos se unem para formar uma fibrila, e muitos deles formam uma fibra.

Uma característica distintiva do colágeno é o arranjo regular dos aminoácidos em cada uma das três cadeias dessas subunidades de colágeno. A sequência geralmente segue o padrão Gly - Pro -X ou Gly-X- Hyp , onde X pode ser qualquer um de vários outros resíduos de aminoácidos. Prolina ou hidroxiprolina constituem cerca de 1/6 da sequência total. Com a glicina sendo responsável por 1/3 da sequência, isso significa que aproximadamente metade da sequência do colágeno não é glicina, prolina ou hidroxiprolina, um fato muitas vezes esquecido devido à distração do caráter incomum GX 1 X 2 dos alfa-peptídeos de colágeno. O alto teor de glicina do colágeno é importante no que diz respeito à estabilização da hélice do colágeno, pois permite a associação muito próxima das fibras de colágeno dentro da molécula, facilitando a ligação de hidrogênio e a formação de ligações cruzadas intermoleculares. Esse tipo de repetição regular e alto teor de glicina é encontrado apenas em algumas outras proteínas fibrosas, como a fibroína da seda .

O colágeno não é apenas uma proteína estrutural. Devido ao seu papel principal na determinação do fenótipo celular, adesão celular, regulação de tecidos e infraestrutura, muitas seções de suas regiões não ricas em prolina têm funções de associação / regulação de células ou matriz. O teor relativamente alto de anéis de prolina e hidroxiprolina, com seus grupos carboxila e amino (secundários) geometricamente restritos , junto com a rica abundância de glicina, é responsável pela tendência das fitas polipeptídicas individuais de formar hélices canhotas espontaneamente, sem qualquer intracadeia ligação de hidrogênio.

Como a glicina é o menor aminoácido sem cadeia lateral, ela desempenha um papel único nas proteínas estruturais fibrosas. No colágeno, Gly é necessário em cada terceira posição porque a montagem da hélice tripla coloca esse resíduo no interior (eixo) da hélice, onde não há espaço para um grupo lateral maior do que o único átomo de hidrogênio da glicina . Pelo mesmo motivo, os anéis do Pro e Hyp devem apontar para fora. Esses dois aminoácidos ajudam a estabilizar a hélice tripla - Hyp ainda mais do que Pro; uma concentração menor deles é necessária em animais como peixes, cujas temperaturas corporais são mais baixas do que a da maioria dos animais de sangue quente. Teores mais baixos de prolina e hidroxiprolina são característicos de peixes de água fria, mas não de peixes de água quente; os últimos tendem a ter teores de prolina e hidroxiprolina semelhantes aos dos mamíferos. O conteúdo mais baixo de prolina e hidroxprolina em peixes de água fria e outros animais poiquilotérmicos faz com que seu colágeno tenha uma estabilidade térmica mais baixa do que o colágeno de mamíferos. Essa estabilidade térmica mais baixa significa que a gelatina derivada do colágeno de peixe não é adequada para muitas aplicações alimentares e industriais.

As subunidades do tropocolágeno se auto-organizam espontaneamente , com extremidades regularmente escalonadas, em arranjos ainda maiores nos espaços extracelulares dos tecidos. A montagem adicional de fibrilas é guiada por fibroblastos, que depositam fibrilas totalmente formadas de fibripositores. Nos colágenos fibrilares, as moléculas são escalonadas para moléculas adjacentes em cerca de 67  nm (uma unidade que é referida como 'D' e muda dependendo do estado de hidratação do agregado). Em cada repetição do período D da microfibrila, há uma parte contendo cinco moléculas em seção transversal, chamada de "sobreposição", e uma parte contendo apenas quatro moléculas, chamada de "lacuna". Essas regiões de sobreposição e lacuna são retidas conforme as microfibrilas se agrupam em fibrilas e, portanto, podem ser visualizadas por meio de microscopia eletrônica. Os tropocolágenos em hélice tripla nas microfibrilas são organizados em um padrão de empacotamento quase hexagonal.

O período D das fibrilas de colágeno resulta em bandas visíveis de 67 nm quando observadas por microscopia eletrônica.

Há alguma reticulação covalente dentro das hélices triplas e uma quantidade variável de reticulação covalente entre as hélices do tropocolágeno formando agregados bem organizados (como fibrilas). Feixes fibrilares maiores são formados com a ajuda de várias classes diferentes de proteínas (incluindo diferentes tipos de colágeno), glicoproteínas e proteoglicanos para formar os diferentes tipos de tecidos maduros a partir de combinações alternadas dos mesmos atores principais. A insolubilidade do colágeno foi uma barreira para o estudo do colágeno monomérico até que foi descoberto que o tropocolágeno de animais jovens pode ser extraído porque ainda não está totalmente reticulado . No entanto, os avanços nas técnicas de microscopia (isto é, microscopia eletrônica (EM) e microscopia de força atômica (AFM)) e difração de raios-X permitiram aos pesquisadores obter imagens cada vez mais detalhadas da estrutura do colágeno in situ . Esses avanços posteriores são particularmente importantes para compreender melhor a maneira como a estrutura do colágeno afeta a comunicação célula-célula e célula-matriz e como os tecidos são construídos no crescimento e reparo e alterados no desenvolvimento e na doença. Por exemplo, usando nanoindentação baseada em AFM, foi demonstrado que uma única fibrila de colágeno é um material heterogêneo ao longo de sua direção axial com propriedades mecânicas significativamente diferentes em suas regiões de lacuna e sobreposição, correlacionando-se com suas diferentes organizações moleculares nessas duas regiões.

Fibrilas / agregados de colágeno são arranjados em diferentes combinações e concentrações em vários tecidos para fornecer propriedades de tecido variáveis. No osso, as hélices triplas de colágeno inteiras estão em uma matriz paralela e escalonada. Intervalos de 40 nm entre as extremidades das subunidades do tropocolágeno (aproximadamente iguais à região do intervalo) provavelmente servem como locais de nucleação para a deposição de cristais longos, duros e finos do componente mineral, que é a hidroxilapatita (aproximadamente) Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6 . O colágeno tipo I confere aos ossos sua resistência à tração .

Desordens associadas

As doenças relacionadas ao colágeno surgem mais comumente de defeitos genéticos ou deficiências nutricionais que afetam a biossíntese, montagem, modificação pós-tradução, secreção ou outros processos envolvidos na produção normal de colágeno.

Defeitos genéticos dos genes do colágeno
Modelo Notas Gene (s) Desordens
eu Este é o colágeno mais abundante do corpo humano. Está presente no tecido cicatricial , o produto final quando o tecido se cura por reparo. É encontrada nos tendões , pele, paredes das artérias, córnea, endomísio que circunda as fibras musculares, fibrocartilagem e parte orgânica dos ossos e dentes. COL1A1 , COL1A2 Osteogênese imperfeita , síndrome de Ehlers-Danlos , hiperostose cortical infantil , também conhecida como doença de Caffey
II A cartilagem hialina constitui 50% de todas as proteínas da cartilagem. Humor vítreo do olho. COL2A1 Colagenopatia, tipos II e XI
III Este é o colágeno do tecido de granulação e é produzido rapidamente por fibroblastos jovens antes que o colágeno tipo I mais resistente seja sintetizado. Fibra reticular . Também encontrado nas paredes das artérias, pele, intestinos e útero COL3A1 Síndrome de Ehlers-Danlos , contratura de Dupuytren
4 Lâmina basal ; lente do olho . Também serve como parte do sistema de filtração nos capilares e nos glomérulos do néfron nos rins . COL4A1 , COL4A2 , COL4A3 , COL4A4 , COL4A5 , COL4A6 Síndrome de Alport , síndrome de Goodpasture
V A maioria dos tecidos intersticiais, assoc. com tipo I, associado à placenta COL5A1 , COL5A2 , COL5A3 Síndrome de Ehlers-Danlos (clássica)
VI A maioria dos tecidos intersticiais, assoc. com tipo I COL6A1 , COL6A2 , COL6A3 , COL6A5 Ulrich miopatia , miopatia de Bethlem , dermatite atópica
VII Forma fibrilas de ancoragem em junções dermoepidérmicas COL7A1 Epidermólise bolhosa distrófica
VIII Algumas células endoteliais COL8A1 , COL8A2 Distrofia corneana polimorfa posterior 2
IX Colágeno FACIT , cartilagem, assoc. com fibrilas tipo II e XI COL9A1 , COL9A2 , COL9A3 EDM2 e EDM3
X Cartilagem hipertrófica e mineralizante COL10A1 Displasia metafisária de Schmid
XI Cartilagem COL11A1 , COL11A2 Colagenopatia, tipos II e XI
XII Colágeno FACIT , interage com o tipo I contendo fibrilas, decorina e glicosaminoglicanos COL12A1 -
XIII O colágeno transmembrana, interage com a integrina a1b1, fibronectina e componentes das membranas basais como nidogênio e perlecan . COL13A1 -
XIV Colágeno FACIT , também conhecido como undulina COL14A1 -
XV - COL15A1 -
XVI - COL16A1 -
XVII Colágeno transmembrana, também conhecido como BP180, uma proteína de 180 kDa COL17A1 Penfigóide bolhoso e certas formas de epidermólise bolhosa juncional
XVIII Fonte de endostatina COL18A1 -
XIX Colágeno FACIT COL19A1 -
XX - COL20A1 -
XXI Colágeno FACIT COL21A1 -
XXII - COL22A1 -
XXIII Colágeno MACIT COL23A1 -
XXIV - COL24A1 -
XXV - COL25A1 -
XXVI - EMID2 -
XXVII - COL27A1 -
XXVIII - COL28A1 -
XXIX Colágeno epidérmico COL29A1 Dermatite atópica

Além dos distúrbios mencionados acima, ocorre deposição excessiva de colágeno na esclerodermia .

Doenças

Mil mutações foram identificadas em 12 dos mais de 20 tipos de colágeno. Essas mutações podem levar a várias doenças no nível do tecido.

Osteogênese imperfeita - Causada por uma mutação no colágeno tipo 1 , distúrbio autossômico dominante, que resulta em ossos fracos e tecido conjuntivo irregular, alguns casos podem ser leves, enquanto outros podem ser letais. Os casos leves têm níveis reduzidos de colágeno tipo 1, enquanto os casos graves têm defeitos estruturais no colágeno.

Condrodisplasias - Distúrbio esquelético que se acredita ser causado por uma mutação no colágeno tipo 2 ; novas pesquisas estão sendo conduzidas para confirmar isso.

Síndrome de Ehlers-Danlos - São conhecidos 13 tipos diferentes dessa doença, que levam a deformidades no tecido conjuntivo. Alguns dos tipos mais raros podem ser letais, levando à ruptura das artérias. Cada síndrome é causada por uma mutação diferente. Por exemplo, o tipo vascular (vEDS) deste distúrbio é causado por uma mutação no colágeno tipo 3 .

Síndrome de Alport - pode ser transmitida geneticamente, geralmente como ligada ao X dominante, mas também como uma doença autossômica dominante e autossômica recessiva, os sofredores têm problemas renais e oculares, perda de audição também pode ocorrer durante a infância ou adolescência.

Síndrome de Knobloch - Causada por uma mutação no gene COL18A1 que codifica a produção do colágeno XVIII. Os pacientes apresentam protrusão do tecido cerebral e degeneração da retina; um indivíduo que tem familiares que sofrem do distúrbio corre um risco maior de desenvolvê-lo, uma vez que existe uma ligação hereditária.

Características

O colágeno é uma das proteínas estruturais longas e fibrosas, cujas funções são bastante diferentes daquelas das proteínas globulares , como as enzimas . Feixes resistentes de colágeno chamados fibras de colágeno são o principal componente da matriz extracelular que sustenta a maioria dos tecidos e dá estrutura às células do lado de fora, mas o colágeno também é encontrado dentro de certas células. O colágeno possui grande resistência à tração e é o principal componente da fáscia , cartilagem , ligamentos , tendões , ossos e pele. Junto com a elastina e a queratina mole , é responsável pela resistência e elasticidade da pele, e sua degradação leva a rugas que acompanham o envelhecimento . Ele fortalece os vasos sanguíneos e desempenha um papel no desenvolvimento dos tecidos . Ele está presente na córnea e no cristalino do olho na forma cristalina . Pode ser uma das proteínas mais abundantes no registro fóssil, visto que parece fossilizar com frequência, mesmo em ossos do Mesozóico e Paleozóico .

Usos

Um salame e o invólucro de colágeno (abaixo) veio

O colágeno tem uma ampla variedade de aplicações, desde alimentos até medicamentos. Por exemplo, é usado em cirurgia estética e cirurgia de queimaduras . É amplamente utilizado na forma de tripas de colágeno para embutidos.

Se o colágeno estiver sujeito a desnaturação suficiente , por exemplo, por aquecimento, os três filamentos do tropocolágeno se separam parcial ou completamente em domínios globulares, contendo uma estrutura secundária diferente do colágeno poliprolina II normal (PPII), por exemplo, espirais aleatórias . Este processo descreve a formação da gelatina , que é usada em muitos alimentos, incluindo sobremesas de gelatina com sabor . Além de alimentos, a gelatina tem sido usada nas indústrias farmacêutica, cosmética e fotográfica. Também é usado como suplemento dietético .

Do grego para cola, kolla , a palavra colágeno significa " produtor de cola " e se refere ao processo inicial de ferver a pele e os tendões de cavalos e outros animais para obter cola. O adesivo de colágeno foi usado pelos egípcios cerca de 4.000 anos atrás, e os nativos americanos o usaram em laços há cerca de 1.500 anos. Descobriu-se que a cola mais antiga do mundo, datada por carbono com mais de 8.000 anos, era o colágeno - usado como revestimento protetor em cestos de corda e tecidos bordados , para manter utensílios juntos e em decorações cruzadas em crânios humanos . O colágeno normalmente se converte em gelatina, mas sobreviveu devido a condições de seca. As colas animais são termoplásticas , amolecem novamente com o reaquecimento, portanto, ainda são usadas na fabricação de instrumentos musicais , como violinos e violões finos, que podem ter de ser reabertos para reparos - uma aplicação incompatível com adesivos plásticos resistentes e sintéticos , que são permanentes. Tendões e peles de animais, incluindo couro, têm sido usados ​​para fazer artigos úteis por milênios.

Gelatina- resorcinol - cola de formaldeído (e com formaldeído substituído por pentanodial e etanodial menos tóxico ) tem sido usada para reparar incisões experimentais em pulmões de coelhos .

Terminogia e exagero: colágeno vegano?

Como o colágeno é uma proteína animal, por essência, ele não pode ser rotulado de vegano , pois o veganismo afirma se abster de qualquer uso de produtos de origem animal . Como está, o termo "colágeno vegano" é um nome obviamente fraudulento e uma tentativa rude de enganar o cliente, ou deve ser considerado como tal à primeira vista.

No entanto, alguns produtores agora são capazes de recuperar o colágeno de culturas de leveduras e bactérias geneticamente modificadas especificamente programadas para sintetizar o colágeno.

A estrutura genética da levedura Pichia pastoris foi modificada para produzir colágeno por meio da adição de genes humanos que codificam essa proteína. Pichia pastoris é um organismo modelo amplamente utilizado em pesquisas bioquímicas e indústrias de biotecnologia. É bem conhecido em estudos genéticos e é utilizado como sistema de expressão para produção de proteínas.

Isso explica porque o termo “colágeno vegano” se torna cada vez mais popular em muitas campanhas publicitárias de cosméticos e produtos de beleza com a vantagem de evitar que se refira ao seu modo de produção.

História

As estruturas moleculares e de empacotamento do colágeno iludiram os cientistas ao longo de décadas de pesquisa. As primeiras evidências de que possui uma estrutura regular em nível molecular foram apresentadas em meados da década de 1930. A pesquisa então se concentrou na conformação do monômero de colágeno , produzindo vários modelos concorrentes, embora lidando corretamente com a conformação de cada cadeia peptídica individual. O modelo "Madras" de hélice tripla, proposto por GN Ramachandran em 1955, forneceu um modelo preciso da estrutura quaternária do colágeno. Este modelo foi apoiado por estudos posteriores de alta resolução no final do século XX.

A estrutura de empacotamento do colágeno não foi definida no mesmo grau fora dos tipos de colágeno fibrilar , embora seja conhecido por ser hexagonal. Tal como acontece com sua estrutura monomérica, vários modelos conflitantes propõem que o arranjo de empacotamento das moléculas de colágeno é "semelhante a uma folha" ou é microfibrilar . A estrutura microfibrilar das fibrilas de colágeno no tendão, córnea e cartilagem foi fotografada diretamente por microscopia eletrônica no final do século 20 e início do século 21. A estrutura microfibrilar do tendão da cauda do rato foi modelada como sendo a mais próxima da estrutura observada, embora simplifique demais a progressão topológica das moléculas de colágeno vizinhas e, portanto, não preveja a conformação correta do arranjo pentamérico D-periódico descontínuo denominado microfibrila .

Veja também

Referências