Colágeno

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O colágeno é sintetizado intracelularmente em pequenas porções e exportado para fora da célula, onde, através da atuação de enzimas polimerizantes, é definido com a estrutura própria de colágeno, em hélice-tripla. Cada uma destas 3 "fitas" de proteínas são formadas quase inteiramente por glicina (que representa 1/3 da sequência), prolina e lisina, como por mais dois aminoácidos que são modificados após serem colocados pelos ribossomos: a hidroxiprolina e a hidroxilisina. Esses dois últimos são derivados respectivamente da prolina e da lisina através de processos enzimáticos que são dependentes da vitamina C. Por esse motivo, a deficiência dessa vitamina leva ao escorbuto, uma doença relacionada a problemas na síntese do colágeno, causando hemorragia (vasos sanguíneos e pele possuem colágeno na sua constituição). O colágeno ou gelatina, como conhecemos, é a classe mais abundante de proteínas do organismo humano e representa mais de 30% de sua proteína total, sendo obtidos industrialmente principalmente através dos bovinos.

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1. De acordo com a codificação do RNAm, polirribossomos ligados à membrana do reticulo endoplasmático rugoso sintetizam cadeias polipeptídicas (preprocolágeno), que crescem para o interior das cisternas. Logo após a liberação da cadeia na cisterna do reticulo endoplasmático, o peptídeo sinal é quebrado, formando-se o procolágeno. 2. À medida que estas cadeias (alfa) se formam, ocorre a hidroxilação de prolinas e de lisinas. Hidroxilisina e hidroxiprolina livres não são incorporadas às cadeias polipeptídicas. O processo de hidroxilação se inicia logo que a cadeia peptídica atinge certo comprimento e ainda está ligada ao ribossomo e prossegue após a sua liberação na cisterna do retículo. Duas enzimas são envolvidas neste processo: a prolina hidroxilase e a lisina hidroxilase. 3. Tão logo a hidroxilisina se forma começa a sua glicosilação. Diferentes tipos de colágeno têm diferentes graus de glicosilação, porem todos eles possuem galactose ou glicosil galactose ligados à hidroxilisina.

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As fibras colágenas clássicas são as mais numerosas no tecido conjuntivo. No estado fresco estas fibras têm cor branca, conferindo esta cor aos tecidos nos quais predominam. A cor branda dos tendões deve-se à riqueza em fibras colágenas. Estas fibras são birrefringentes, pois são constituídas por moléculas alongadas arranjadas paralelamente umas às outras. Desse modo, quando examinadas ao microscópio de polarização, entre filtros polaroides, as fibras colágenas aparecem brilhantes contra um fundo escuro. Alguns corantes ácidos compostos por moléculas alongadas, como, por exemplo, O Sirius red, são capazes de se ligar paralelamente a moléculas de colágeno intensificando consideravelmente a sua birrefringência normal, produzindo uma cor amarela forte. Devido a esta propriedade, o Sirius red é usado como um método específico para a detecção do colágeno. Em alguns locais do organismo, as fibras de colágenos se organizam paralelamente umas às outras formando feixes de colágeno. As fibras colágenas são estruturas longas com percurso sinuoso e, por causa disto, suas características morfológicas são difíceis de serem estudadas em cortes histológicos. Para esta finalidade, um preparado histológico por distensão é mais conveniente. O mesentério é frequentemente utilizado para este propósito e, quando espalhado sobre uma lamina histológica, sua estrutura é suficientemente fina para ser atravessada pela luz. Este preparado pode ser corado e examinado diretamente ao microscópio sem precisar ser cortado em micrótomo. O mesentério consiste em uma porção central do tecido conjuntivo revestido em ambos os lados por um epitélio pavimentoso, o mesotélio. Nestes preparados, as fibras colágenas aparecem como estruturas cilíndricas, alongadas e tortuosas de comprimento indefinindo e com diâmetro que varia de 1 a 20 µm.

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As fibras reticulares são formadas predominantemente por colágeno do tipo III. Elas são extremamente finas, com um diâmetro entre 0,5 e 2 mm, e formam uma rede extensa em certos órgãos. Estas fibras não são visíveis em preparados corados pela hematoxilina-eosina (HE), mas podem ser facilmente coradas em cor preta por impregnação com sais de prata. Por causa de sua afinidade por sais de prata, estas fibras são chamadas de argirófilas. As fibras reticulares também são PAS-positiva. Considera-se que tanto a positividade ao PAS quanto a argirofilia se devem ao alto conteúdo de cadeias de açúcar associadas a estas fibras. Fibras reticulares contêm 6-12% de hexoses, enquanto a fibra de colágeno contém apenas 1%. Estudos imunocitoquimicos e histoquimicos mostraram que as fibras reticulares são compostas principalmente de colágeno tipo III associado a elevado teor de glicoproteínas e proteoglicanos. Ao microscópio eletrônico exibem estriação transversal típica das fibras colágenas. São formadas por finas fibrilas frouxamente arranjadas, unidas por pontes provavelmente compostas de proteoglicanos e glicoproteínas. Devido ao seu pequeno diâmetro, as fibras reticulares se coram em verde pelo Sirius red quando observadas ao microscópio de polarização.

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A síntese de colágeno depende da expressão de vários genes e vários eventos pós-translacionais. Não é, portanto, surpresa que um grande número de condições patológicas seja diretamente atribuída a uma síntese ineficiente ou anormal do colágeno. A osteogênese imperfeita decorre da mutação nos genes da cadeia α1 (I) ou α2 (II), sendo que, em muitos casos, se deve à deleção total ou parcial do gene 1 (I). Entretanto, a troca de um único aminoácido, particularmente da glicina, é suficiente para causar certos tipos de doenças. Isto porque, para que a tríplice hélice se forme corretamente, o aminoácido glicina deve estar presente em cada terceira posição na cadeia polipeptídica. Além destas patologias, várias outras doenças resultam do acúmulo exagerado de colágeno nos tecidos. Na esclerose sistêmica progressiva, quase todos os órgãos podem apresentar um excessivo acúmulo de colágeno (fibrose). Isto ocorre principalmente na pele, trato digestivo, músculos e rins, causando grave transtorno funcional nos órgãos implicados. Outro tipo de fibrose é um espessamento localizado na pele, devido a um depósito excessivo de colágeno que se forma em cicatrizes da pele. Os queloides ocorrem com mais frequência em indivíduos da raça negra e são um problema muito difícil de ser resolvido clinicamente não só pela desfiguração que promovem, como também pelo fato de, quase sempre, reaparecem após serem removidos.

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As estruturas moleculares e de empacotamento do colágeno iludiram cientistas durante décadas de pesquisa. A primeira evidência de que o colágeno possui uma estrutura regular em nível molecular foi apresentada em meados da década de 1930. A pesquisa então se concentrou na conformação do monômero de colágeno, produzindo vários modelos concorrentes, embora tratassem corretamente da conformação de cada cadeia peptídica individual. O modelo tríplice-helicoidal "Madras", proposto por G. N. Ramachandran em 1955, forneceu um modelo preciso da estrutura quaternária do colágeno. Esse modelo foi apoiado por estudos posteriores de maior resolução no final do século 20. A estrutura de empacotamento do colágeno não foi definida com a mesma precisão fora dos tipos de colágeno fibrilar, embora seja há muito tempo conhecida como hexagonal. Assim como em sua estrutura monomérica, vários modelos conflitantes propõem que o arranjo de empacotamento das moléculas de colágeno é "laminar" ou microfibrilar. A estrutura microfibrilar das fibrilas de colágeno no tendão, córnea e cartilagem foi observada diretamente por microscopia eletrônica no final do século 20 e início do século 21. A estrutura microfibrilar do tendão da cauda de rato foi modelada como sendo a mais próxima da estrutura observada, embora tenha simplificado demais a progressão topológica das moléculas de colágeno vizinhas, e assim não previu a conformação correta do arranjo pentamérico descontínuo D-periódico denominado microfibrila.==Referências==