collagene-t osseo

METABOLISMO METABOLISMO

TESSUTO CONNETTIVOTESSUTO CONNETTIVO

Il tessuto connettivo è un particolare tipo di tessuto che provvede al collegamento,

sostegno e nutrimento dei tessuti dei vari organi.

Istologicamente, può essere suddiviso in diversi sottotipi, a seconda delle loro prerogative

morfologiche e funzionali, tutti caratterizzati dal fatto di essere costituiti da cellule non

addossate le une alle altre, ma disperse in una più o meno abbondante sostanza

intercellulare o matrice extracellulare costituita da una componente amorfa e da una

componente fibrosa.

Il tessuto connettivo possiede un'ampia varietà di cellule, deputate a svolgere attività diverse in relazione anche alla

natura del tessuto a cui appartengono. In generale, è possibile operare una distinzione tra le cellule deputate alla

formazione e al mantenimento della matrice (fibroblasti, condroblasti, osteoblasti, odontoblasti), cellule deputate

alla difesa dell'organismo (macrofagi, mastociti, leucociti) e cellule deputate a funzioni speciali, come gli adipociti

del tessuto adiposo, che accumulano grassi come riserva energetica del corpo. È possibile anche distinguerle in

base al loro ciclo vitale in cellule fisse (macrofagi fissi, fibroblasti, adipociti), che svolgono tutta la loro vita nel

tessuto connettivo, e cellule migranti (granulociti neutrofili, linfociti, macrofagi) che invece raggiungono il tessuto

connettivo dalla circolazione sanguigna.

Matrice extra-cellulare

Tutte le cellule dei diversi tipi di tessuto connettivo si trovano disperse in

una sostanza gelatinosa denominata matrice o matrice extracellulare. La

matrice cellulare è costituita da una porzione fibrosa, composta da proteine

(collagene, elastina, laminina) e da una componente amorfa.

La sostanza amorfa (o sostanza fondamentale) costituisce un gel compatto

nel quale sono immerse le fibre. È costituita essenzialmente da

macromolecole di origine glucidica chiamate glicosaminoglicani (GAG) e

da associazioni di questi ultimi con proteine, definite proteoglicani.

COLLAGENECOLLAGENE

ELASTINAELASTINA

LAMININALAMININA

COLLAGENE = proteina più abbondante nei vertebrati

Contenuto % di collagene in peso nei diversi tessuti

4% nel fegato

10% nei polmoni

12-24% nella parete dell’aorta

50% nella cartilagine

23% nel tessuto osseo

68% nella cornea

72% nella pelle

Struttura del collageneProteina fibrosa

Il collagene, una proteina fibrosa, è prodotto da diversi tipi cellulari ma principalmente dai fibroblasti, dalle cellule muscolari e dalle cellule epiteliali. Si trova nella matrice extracellulare dei tessuti connettivi.

Struttura del collagene

Atomic Force Microscopy (AFM)

COLLAGEN TRIPLE HELIXCOLLAGEN TRIPLE HELIXStruttura del tropocollagene

- 6% del peso corporeo

-Unità strutturale: tropocollagene (285kDa)

-Forma: simil-treccia

-Tripla elica dx: 3 catene lineari

-Unità funzionale: GLY-X-Y-GLY-X-Y

- ↑ idrossiprolina (legami H tra le catene)

- ↑ idrossilisina (legami H tra aa vicini)

- Ciascuna catena polipeptidica è avvolta in

senso sinistrorso

- Tra loro le 3 catene polipetidiche sono

avvolte in senso destrorso

Funi metalliche

Idrossiprolina e idrossilisina- legami intracatenaModificazioni post-traduzionali

Vitamina C

Vitamina C

LEGAMI H INTRACATENA

MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI

(glicosilazione)

Legami intracatena

Vitamina C

La vitamina C è presente in alcuni alimenti, insieme a bioflavonoidi, soprattutto nei vegetali a foglia verde, peperoni, pomodori, kiwi e negli agrumi, particolarmente concentrata nel frutto di ciliegia amazzonica, l'Acerola, e nella rosa canina. La vitamina può perdersi nel caso in cui questi alimenti vengano tenuti all'aria per molto tempo o dentro contenitori di metallo (es: rame). La cottura può comportare perdita di vitamina (in taluni casi fino al 75%); tale fenomeno può essere ridotto adottando una cottura che sia il più possibile rapida ed in poca acqua.Si calcola che la quantità minima giornaliera di vitamina C sia di circa 40-50 mg/die.

Deficit di Vit C:SCORBUTO

Allisina-legami crociatiModificazioni post-traduzionali

I residui di lisina sono ossidati ad allisina (aldeide).

Un residuo di allisina forma una base di Schiff con una lisina

Due molecole di allisina fanno condensazione aldolica

Legami intercatena o legami crociati

• INSOLUBLE

• STABLE

• LONG BIOLOGICAL HALF-LIFE

• HIGH TENSILE STRENGTH OR CONTRACTIBILITY

Caratteristiche del tropocollagene

Biosintesi del tropocollageneAll’interno della cellula

DNA → mRNA → Pre-protocollagene

glicosilazione di lisina

procollagene

Estremità avvolgimento

Estremità secrezione

Idrossilazione di prolina e lisina

cofattoriVit C

O2

Nella cellula

Fuori dalla cellula

Processamento del tropocollageneAll’esterno della cellula

Vescicole di secrezione

Procollagenepeptidasi

tropocollagene

Lysyl Oxidase

O2, Cu

ASSEMBLAGGIO

Tipi di collagene

-Rappresenta il 90% del collagene totale-Costituisce i principali t. connettivi: pelle, tendini, ossa e cornea

Collagene tipo I

Collagene tipo IV

Chirurgia estetica

il collagene è un biomateriale utilizzato nell’ingegneria tissutale per suture, bendaggi, innesti vascolari,valvole cardiache.

Ingegneria tissutale

ELASTINA

E' la proteina più importante trovata nelle fibre elastiche della matrice

extracellulare del tessuto connettivo delle cellule muscolari lisce, cellule

endoteliali, condrociti e fibroblasti.

Le fibre elastiche permettono ai tessuti di espandersi e contrarsi, e questo è di

particolare importanza per i vasi sanguigni che devono deformarsi più volte in

risposta alle variazioni della pressione intravascolare.

E' importante anche per i polmoni che si estendono ad ogni ispirazione e

tornano alla forma originale ad ogni espirazione.

ELASTINA

LAMININA

E' la proteina più abbondante nelle lamine basali dopo il collagene.

Fornisce ulteriore sostegno strutturale ai tessuti grazie alla sua capacità di legarsi

al collagene di tipo IV, ad altre molecole presenti nella matrice extracellulare e

anche alle proteine presenti sulla superficie cellulare (integrine).

Struttura della laminina

SOSTANZA SOSTANZA

AMORFAAMORFA

Componente amorfa della matrice extra-cellularePROTEOGLICANI e GLICOSAMMINOGLICANI

Le proteine strutturali fibrose della matrice extracellulare sono incorporate in un gel formato da

proteglicani. I proteoglicani sono formati da polisaccaridi detti glicosamminoglicani (GAG) legati ad

una proteina centrale. I GAG sono costitutiti da unità disaccaridiche che si ripetono. Un glucide del

disaccaride è la N-acetilglucosammina o la N-acetilgalattosamina mentre il secondo è di solito un

acido (acido glucuronico o iduronico).

ACIDO IALURONICO

GAG

scovolino

METALLOPROTEINASI

La matrice extracellulare contiene una serie di proteasi conosciute come metallo

proteinasi della matrice, o MMP.

Si tratta di proteasi contenenti zinco che utilizzano lo zinco per posizionare in modo

corretto l'acqua affinchè partecipi alla reazione proteolitica. Nell'uomo esistono

almeno 23 diversi tipi di MMP, che tagliano tutte le proteine che si trovano nella

matrice, tra cui il collagene e la laminina.

Poiché le MMP degradano i componenti della matrice extracellulare, la loro

espressione è importante per consentire la migrazione delle cellule e il

rimodellamento del tessuto durante la crescita e il differenziamento.

TESSUTOTESSUTO

OSSEOOSSEO

Struttura dell’ossoIl tessuto osseo costituisce un’indubbia riserva di calcio

epifisi diafisi epifisi

Tessuto osseo compatto Tessuto osseo spugnoso

Tessuto osseo non-lamellare: embrione-fetoTessuto osseo lamellare: adulto

Composizione del tessuto osseoIl tessuto osseo costituisce un’indubbia riserva di calcio

Formazione dell’osso Demolizione ossea

Metabolismo osseo

Con metabolismo osseo si intende l'insieme dei processi biochimici

responsabili della continua demolizione e rigenerezione ossea.

Visto che l'osso è composto da ca. 1/3 di proteine e 2/3 di minerali, si parla di

METABOLISMO PROTEICO METABOLISMO MINERALE

- Struttura e biosintesi del

COLLAGENE

- Elastina

- Laminina

Deposizione di

FOSFATO DI CALCIO

Metabolismo mineraleDeposizione di fosfato di calcio (calcio+fosfato)

IDROSSIAPATITE

Ca10(PO4)6(OH)2

60% calcio

30% fosforo

10% ossigeno e idrogeno

La quantità di CALCIO, nel corpo umano, è di ca. 1.5% del peso corporeo (a 70 kg ca. 1'000 gr). Gli osteoclasti, al giorno, scompongono ca. 1/2 grammo di calcio. Questo significa che lo scheletro, in un periodo di 5 - 6 anni, viene completamente demolito e ricostruito (1'000gr / 0.5gr/dì).[Ca] nel sangue = 2.25-2.6 mmol/L

Lo scheletro funge, oltre alle sue funzioni di sostenimento, anche come magazzino tampone per calcio e fosforo. Se la calcemia si abbassa, gli osteoclasti intensificano il loro lavoro di scomposizione. Se invece la calcemia aumenta, gli osteoblasti producono più fibrille sulle quali si può depositare l'idrossiapatite. Per il fosforo, le condizioni sono simili.

Infanzia

osteoblasti > osteoclasti

crescita dell’osso

Senescenza

osteoclasti > osteoblasti

diminuzione massa ossea

↓ Ca se ↑ P

↑ Ca se ↓ P

Meccanismo di regolazione

I cibi più ricchi di calcio sono latte, formaggi, tuorlo d'uovo e verdure.  L'assorbimento avviene nell'intestino tenue sotto forma di sali solubili; se il calcio transita nell'intestino sotto forma di sale insolubile viene eliminato. L'importanza della prevenzione dell’OSTEOPOROSI (malattia che causa una fragilità ossea responsabile di molte fratture nell'età avanzata; il 90% delle persone colpite è di sesso femminile) è fondamentale se si tiene conto che circa per il 75% della popolazione la dose giornaliera di calcio è inferiore a quella consigliata (1 g nell'adulto). Si è dimostrato che l'attività fisica aiuta nella prevenzione dell'invecchiamento dell'apparato scheletrico.

estrogeni riassorbimento

glucocorticoidi riassorbimento

ormoni tiroidei stimolano il rimodellamento

FATTORI CHE INFLUENZANO IL TURNOVER DELL’OSSO

Metabolismo mineraleMeccanismi di regolazione di calcio e fosfato

↓ Ca se ↑ P

↑ Ca se ↓ P

Meccanismo di regolazione

PARATORMONE CALCITONINA CALCITRIOLO

84 AA

Prodotto dalle paratiroidi

Ormone ipercalcemizzante

+ assorbimento Ca nell’intestino

+ assorbimento Ca a livello renale

+ mobilitazione Ca osseo

32 AA

Prodotto dalla tiroide

Ormone ipocalcemizzante

Antagonista del paratormone

+ eliminazione Ca a livello renale

+ attività osteoblasti

Forma attiva della vit D3

Prodotto a livello renale

Ormone ipercalcemizzante

+ assorbimento Ca nell’intestino

+ assorbimento Ca a livello renale

- Rilascio di calcitonina

Stimola sintesi di calmodulina

IN MEDICINA: diagnosi del carcinoma

midollare della tiroide

IN MEDICINA: terapia farmacologica

di ipocalcemia e osteoporosi

Malattie metaboliche ossee

Difetti nella parte minerale Difetti nella parte proteica

deformazioni ma non rotture Alto rischio di rotture

Es. osteomalacia Es. osteoporosi

Nell'osteomalacia la deposizione di osteoide nell'osso da parte degli osteoblasti come pure la struttura dell'osso sono normali, mentre la mineralizzazione dell'osso è insufficiente.Nei bambini l'osteomalacia si chiama rachitismo.

Esso provoca caratteristiche deformità strutturali delle ossa lunghe (grave

inarcamento), distorsione delle ossa del cranio (con deformità) e ingrossamento delle

giunture condrocostali delle costole.

La causa è nella perdita dell'equilibrio fra osteoblasti e osteoclasti. Se gli osteoclasti lavorano più velocemente degli osteoblasti, l'osso si deteriora. Nella menopausa si riscontra un maggiore produzione di osteoclasti, causata dalla perdita di estrogeni correlata alla produzione di osteoclasti. Con l'avanzare dell'età diminuisce l'attività degli osteoblasti.