EL COLAGENO

El colágeno es una molécula proteica o proteína que forma fibras, las fibras colágenas. Estas se encuentran en todos los animales. 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, cubriendo un 25 % de la masa total de proteínas en los mamíferos.

Características físico-químicas

Las fibras colágenas son flexibles, pero ofrecen gran resistencia a la tracción. El punto de rotura de las fibras colágenas de los tendones humanos se alcanza con una fuerza de varios cientos de kilogramos por centímetro cuadrado. A esta tensión solamente se han alargado un pequeño porcentaje de su longitud original.

Cuando el colágeno se desnaturaliza por ebullición y se deja enfriar, manteniéndolo en una solución acuosa, se convierte en una sustancia muy conocida, la gelatina.

Síntesis del colágeno

La fase previa a la formación de colágeno es intracelular: series de tres aminoácidos se ensamblan en tándem formando cadenas de polipéptidos, llamadas cadenas α (alfa), unidas entre sí a través de puentes de hidrógeno intramoleculares.

Aminoácido Prolina

 

Aminoácido Glicina

Estas cadenas son muy ricas en prolina , lisina y glicina, fundamentales en la formación de la superhélice. La hidroxiprolina constituye alrededor de un 10 a 12 % de todos los residuos aminoacídicos del colágeno, dependiendo dicho porcentaje del tipo de colágeno. La forma química más abundante de la hidroxiprolina que forma parte del colágeno es la 4-trans-OH-L-prolina. Cada cadena tiene un peso molecular de alrededor de 100 000 Da y es levógira (gira hacia la izquierda).

Tres de estas cadenas alfa (no hélices 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, un colágeno ya maduro. Este monómero mide alrededor de 300 nanómetros de largo y 1,4 nm de diámetro. Las tres cadenas se enrollan y se fijan mediante enlaces transversales para formar una triple hélice dextrógira con una distancia entre las vueltas de 8,6 nanómetros.

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 “crosslinkings” o 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. Esta maduración no consiste sino en el fortalecimiento de los cruces intermoleculares y de ello dependen directamente las características mecánicas de cada tejido conjuntivo.1

Formación del colágeno

Artículo principal: Síntesis proteica

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; parece ser que 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, en parte, 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.

Tipos de colágeno; el Colágeno Tipo II

El colágeno en lugar de ser una proteína única, se considera una familia de moléculas estrechamente relacionadas pero genéticamente distintas. Se describen más de 20 tipos de colágeno:

  • 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. En el cartílago forma fibrillas finas de 10 a 20 nanómetros, pero en otros microambientes puede formar fibrillas más grandes, indistinguibles morfológicamente del colágeno tipo I. 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.

Comportamiento mecánico

Las fibras de colágeno confieren una resistencia mayor a los tejidos que las contienen, a diferencia de la elastina que forma una red isótropa las fibras de colágenos dan lugar a un comportamiento mecánico anisótropo con mayor rigidez en la dirección de las fibras de colágeno. Muchas estructuras multicapa como las arterias, el esófago, o la piel, contienen diversas capas de colágeno, en las cuales la dirección preferente de las fibras en cada capa es diferente, eso da una respuesta estructural complicada.

 

El gen COL2A1 o Colágeno tipo II

El nombre oficial del gen COL2A1 (12q13.11) es “Colágeno tipo II alfa 1.

El gen COL2A1 se encuentra en el brazo largo (q) del cromosoma 12, en la posición 13.11

 

Cytogenetic Location: 12q13.11, which is the long (q) arm of chromosome 12 at position 13.11

 

Este gen codifica o proporciona instrucciones, para fabricar la cadena alfa-1 del colágeno de tipo 2, el principal colágeno sintetizado por los condrocitos. El colágeno tipo II proporciona estructura y fuerza al tejido conectivo, que soporta los músculos, articulaciones, órganos del cuerpo y la piel. El colágeno tipo II se encuentra sobre todo en el cartílago, un tejido resistente pero flexible que conforma gran parte del esqueleto durante el desarrollo temprano. La mayoría del cartílago se convierte más tarde en hueso, salvo el cartílago que recubre y protege los extremos de los huesos, así como el que está presente en la nariz y las orejas. El colágeno tipo II es también parte del gel transparente que se encuentra dentro del globo ocular, denominado vítreo, el oído interno, y la parte central de los discos entre las vértebras de la columna vertebral (núcleo pulposo).

 

La función normal del Colágeno tipo II

Para construir el colágeno tipo II, tres cadenas pro- alfa1 se retuercen entre sí para formar una molécula de triple cadena, similar a una cuerda de procolágeno. Las moléculas de procolágeno son procesadas por encimas en la célula. Una vez procesadas, las moléculas dejan la célula y se disponen en forma de fibrillas largas y delgadas que se enlazan entre sí en los espacios alrededor de las células. Ello resulta en la formación de fibras muy fuertes y maduras de colágeno tipo II.