Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Collagene


Molecola del Mese di aprile 2000

La Nostra Proteina più Abbondante
Circa un quarto di tutte le proteine nel nostro corpo è collagene. Il collagene è la più importante proteina strutturale e forma cavi molecolari che rinforzano i tendini e fogli grandi ed elastici che sostengono la pelle e gli organi interni. Le ossa e i denti sono fatti aggiungendo cristalli minerali al collagene. Il Collagene dà una struttura al nostro corpo, proteggendo e sostenendo i tessuti più molli e connettendoli con lo scheletro. Ma, anche se ha una funzione fondamentale, il collagene è una proteina relativamente semplice.

La Tripla Elica del Collagene
Il collagene è composto di tre catene, avvolte insieme in una tripla elica stretta. La figura qui a lato mostra solamente un piccolo segmento della molecola intera, ogni catena è lunga più di 1400 amminoacidi e qui ne sono mostrati solo 20. Questa struttura resistente è formata da una sequenza ripetuta di tre amminoacidi. Un amminoacido ogni tre è glicina, un piccolo amminoacido che si inserisce perfettamente nell'elica. Molte delle posizioni rimanenti nella catena sono occupate da due amminoacidi inaspettati: prolina e una versione modificata della prolina, idrossiprolina. Non ci saremmo aspettati che la prolina fosse così comune, perché forma una piegatura nella catena polipeptidica che è difficile da ospitare nelle normali proteine globulari. Ma, come si può vedere nella prossima pagina, sembra che sia proprio la forma giusta per questa proteina strutturale.

Vitamina C
L'idrossiprolina, che è critica per la stabilità del collagene, viene sintetizzata modificando l'amminoacido prolina dopo che la catena di collagene è stata costruita. La reazione richiede la vitamina C per permettere l'addizione di ossigeno. Sfortunatamente noi non siamo in grado di sintetizzare la vitamina C nel nostro corpo e quindi dobbiamo procurarcela con la dieta altrimenti le conseguenze possono essere disastrose. La mancanza di vitamina C rallenta la produzione di idrossiprolina e ferma la costruzione di nuovo collagene, provocando infine lo scorbuto. I sintomi dello scorbuto, la perdita dei denti e la facile desquamazione della pelle, sono causati dalla mancanza di collagene per riparare le piccole lacerazioni provocate dalle attività quotidiane.

Collagene sugli Scaffali della Drogheria
Il collagene ottenuto dagli animali è un normale ingrediente di cucina. Come la maggior parte delle proteine, se viene scaldato perde completamente la sua struttura: la tripla elica si svolge e le catene si separano. Poi, quando la massa denaturata di proteine aggrovigliate si raffredda, assorbe come una spugna tutta l'acqua circostante, formando una gelatina.

Corde e scale
Noi produciamo diversi tipi di collagene, che forma lunghe fibre e lamine resistenti che sono utilizzate per sostenere le strutture interne negli animali e come guida per il movimento cellulare durante la crescita.
Tutti i tipi di collagene contengono un lungo filamento di tripla elica collegato a diversi tipi di terminazioni. Il più semplice è solo una lunga tripla elica con terminazioni tronche. Queste molecole di collagene sono dette di "tipo I" e si legano fianco a fianco come le fibre di una corda per formare una fibrilla robusta. Queste fibrille si intrecciano e riempiono lo spazio tra quasi tutte le nostre cellule.
La figura qui a fianco mostra una membrana ipodermica che forma una superficie robusta che sostiene la pelle e molti organi. La struttura di base di questa membrana è formata da un collagene diverso, di "tipo IV". Il collagene di tipo IV ha una testa globulare da un lato ed una coda aggiuntiva dall'altro. Le teste si legano fortemente una all'altra, testa a testa, inoltre quattro molecole di collagene si associano insieme con le loro code formando un complesso a forma di X. Grazie a questo tipo di interazioni il collagene di tipo IV forma una rete estesa che qui è mostrata in blu chiaro. Altri due tipi di molecole riempiono gli spazi e rendono denso lo strato, si tratta di proteoglicani, quelli in verde-azzurro sono laminari a forma di X, quelli in verde sono lunghi e contorti.

Esplorando la Struttura
La tripla elica del collagene è resa compatta e stabile da una particolare sequenza di amminoacidi. Un amminoacido ogni tre è glicina e molti dei rimanenti amminoacidi sono prolina o idrossiprolina. Qui a fianco è mostrata una tipica tripla elica ottenuta dall'archivio PDB 1cag. Notate come la glicina formi un gomito sottile all'interno dell'elica, e notate che la prolina e l'idrossiprolina piegano dolcemente la catena proteica a forma di elica. In questa struttura i ricercatori hanno messo un amminoacido più grande, alanina, nella posizione normalmente occupata dalla glicina, per dimostrare che questa crea problemi di ingombro sterico con le catene vicine.







 

La catena di collagene qui a fianco, contiene un segmento di collagene umano, ed è disponibile all'archivio PDB 1bkv. Notate che la parte superiore è molto uniforme, dove la sequenza è quella ideale composta di glicina, prolina, idrossiprolina. Nella parte inferiore l'elica è meno regolare perchè sono stati introdotti amminoacidi diversi tra le glicine spaziate regolarmente.


Queste figure sono state create con Chime. Anche voi potete creare immagini simili cliccando sui codici PDB qui sopra e poi scegliendo tra le varie opzioni nel menù "View Structure".