Biochimica

RUOLI BIOLOGICI DELLE PROTEINE

αααα-chetoglutaratosuccinato

O2+ +

COO-

O

O

CO2+ +

4-prolil

idrossilasi

prolina4-idrossiprolina

(Hyp)

Il collagene – una proteina strutturale

• Il collagene è un componente principale di tessuti quali la pelle, i capelli, i tendini, le ossa, il cartilagine, i vasi sanguigni, i denti ecc.

• Forma fibre insolubili di tipo diverso composte da tre catene polipeptidiche, che si assemblano in tre stadi:

Prodotto genico ����PROCOLLAGENE →→→→ TROPOCOLLAGENE →→→→ COLLAGENE

• STRUTTURA 1a: Le singole catene di procollagene sono caratterizzate da un elevato

contenuto di glicina e prolina disposti in sequenze ripetitive:

---Gly-Pro-Xaa-Gly-Xaa-Pro-Gly-Pro-Xaa-Gly-Xaa-Yaa-Gly-Lys-Yaa-Gly-Xaa-Pro-Gly---* * *

G P X G X P

• diversi residui di prolina sono modificati (*) dalla 4-prolil-idrossilasi (e lisina da un’altra • idrossilasi

idrossilazione di residui Pro e Lys nel collagene

-

• Una reazione analoga catalizzata dalla e 5-lisil-idrossilasi converte alcuni residui dilisina in 5-idrossilisina (Hyl). L’ossidrile in Hyl è un punto d’innesto di molecole dizucchero, inserite con reazioni catalizzate da specifiche glicosil trasferasi.

Hyl

Prodotto genicoidrossilazione

assemblaggio

glicosidazione

PROCOLLAGENE

fold

ing

+ ++++ ++

• L’ascorbato (vitamina C) mantiene lo ione ferro nel sito catalitico della idrossilasi informa Fe++. In sua assenza le catene di collagene non sono sufficientementeidrossilate, con conseguenze molto gravi sulla resistenza di alcuni tessuti (es. i vasisanguigni deboli dello scorbuto)

Struttura del collagene

Struttura 2a: Le catene di procollagene assumono una conformazione

elicoidale definita “poliprolina di tipo II” (estesa, non stabilizzata da legami-H).

Ci sono almeno 9 diversi tipi di collagene:

Tipo I (2 catene α α α α + 1 catena ββββ) nelle ossa, tendini, pelle;

Tipi II e III (3 catene identiche) rispettivamente nella cartilagine e nei vasi sanguigni

Struttura 3a & 4a : Tre catene si avvolgono attorno ad un’asse comune per

formare una TRIPLA ELICA

Questa struttura è stabilizzata da Legami-H (Xaa-COO….HN-Gly) intermolecolari

� Nel procollagene, il segmento centrale ricco in Gly e Pro (ca 1000 residui), è affiancato da domini N-

e C-terminali con altre composizioni (propeptidi).

� Quello N-terminale è ricco in Cys e qui si formano ponti S-S intercatena che fissano le tre catene e

permettono la formazione della tripla elica (effetto cerniera).

Biogenesi del collagene

N CPro/Gly-rich s

s

s s

tripla elica

propeptidi

procollagene

tropocollageneprocollagene peptidasi

� Il tropocollagene viene secreto ed i domini

fiancheggianti rimossi da un enzima (peptidasi)

extracellulare

Legami interfibra

Legami intrafibra

collagene maturo

� Il filamenti di tropocollagene

si assemblano in una fibbra di

collagene maturo

Prodotto genico ����PROCOLLAGENE →→→→ TROPOCOLLAGENE →→→→ COLLAGENE

processing assembly

PTM

(hydroxylation)

PTM

(glycosilation)

secretion

Folding

PTM stop

Biochimica

Biogenesi: formazione di legami covalenti del collagene

La struttura 3a/4a del collagene è stabilizzata da legami covalenti inter- e intracatena:

Biochimica

deaminazione

Legami intraibra

allisina

NB: Lys > Hyl � allisina

Lys

Legami interfibra

Hyl/Hyl/Hylo

Hyl/Hyl/Lysidrossipiridinio

Biogenesi: fibrillogenesi e remodeling del gollagene

Fibrillogenesi : Il procollagene si forma in cellule specializzate, mentre il suo

processing e l’assemblaggio della fibra di collagene avviene all’esterno della cellula.

fibroblasti / condroblasti / osteoblastitess.conn. cartilagine ossa

sintesi↓↓↓↓

idrossilazioneglicosidazione

↓↓↓↓formazione tripla

elica↓↓↓↓

procollagene

idrolisi dei terminalitropocollagene

assemblaggio

fibra di collagene

crosslinks

fibra matura

secrezione

procollagene

tess.conn. cartilagine ossa

mineraliz_zazione

riassorbimentoremodelling

os

teo

cla

sti

Biochimica

BiochimicaW.J.Landis, Bone (1995), 5, 533-544.

OO OO

OO OO

-

- -

O - P - O - P - OO - P - O - P - O-

OO OO

OO OO

-

- -

O - P -O - P -C - P - O- P - O-

OH

RR

PIROFOSFATO

BISFOSFONATO

O - P - O - P - O - P - O - RIBOSIO - ADENINAO - P - O - P - O - P - O - RIBOSIO - ADENINA

O O OO

OO OO OO

-

- - -

ATP

Farmaci contro l’osteoporosiBiochimica

Biochimica

ALTRE PROTEINE STRUTTURALI

αααα-CHERATINE:

proteine presenti in capelli, pelle, unghie, corna, ecc.

STRUTTURA 1a capping domain----------rod domain------------capping domain variabile -(a-b-c-d-e-f-g)n- variabile

STRUTTURA 2a

STRUTTURA 3a /4aSpirale superavvolta didue αααα-eliche

protofilamento (coppia di spiralisuperavvolte)

filamento (quattro protofibrille attorcigliate a spirale)

Biochimica

ALTRE PROTEINE STRUTTURALI

FIBROINE e ß-CHERATINE:

proteine presenti in fibre come la seta

e ragnatele

STRUTTURA 1a: regione ripetitive -(Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser-)n-

intercalate a regioni non organizzate.

STRUTTURA 2a: ββββ - foglietti antiparalleli (6 - filamenti adiacenti) che corrispondo alle sequenze ripetute circondati da sequenze non ordinate ed a αααα-elica.

ELASTINA – PROTEINA STRUTTURALE

• Associata al collagene nel tessuto connettivo, predominante in fibre di natura elastica (es. vasi sanguigni, legamenti), poca in tessuti quali la pelle, tendini ecc.

Struttura 1a: unità ripetute di -(Pro-Gly-Val-Gly-Val)- con tratti tipo -Lys-(Ala)2,3-Lys-

Struttura 2a: elica non canonica (probabilmente formata da ß-ripiegamenti ripetuti)

Struttura 3a: fibre formate da catene di elastina connesse da legami trasversali

lisil ossidasi

Lys Lys-CHO + Lys --Cα-(CH3)4-N-(CH2)4-C α--

Cu+

piridossalfosfato lisilnorleucina

(CH )2

Cα

N

CH2CH2

Cα

(CH )2

C

+

3

(CH ) 2 2 Cα

3

α

desmosina

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