Alcatuirea tesuturilor conjuncti este larg gurnata de principiul auto-asamblarii, in care o subunitate moleculara de marime, forma si proprietati de suprafata specifice se leaga de alte molecule cu aceeasi structura sau cu structuri similare intr-o maniera spontana, dar ordonata. Mecanismele moleculare si fortele directoare sunt similare cu cele implicate in formarea cristalelor.
Principiul autoasamblarii in tesutul conjunctiv este cel mai bine ilustrat de catre asamblarea colagenului in fibrile. Molecula de colagen formatoare de fibrila este ca un bat lung, subtire, constituit din trei lanturi de polipeptide a care sunt infasurate intr-o spirala rigida, tripla, asemanatoare unei franghii elicoidale (ura 348-l). Molecula are o conformatie triplu spiralata deoarece fiecare din cele trei lanturi a are o secnta simpla, repetitiva, de aproximativ 1.000 de ami-noacizi in care glicina (Gli) apare la fiecare al treilea ami-noacid. De aceea, secnta fiecarui lant a poate fi desemnat ca (-Gli-X-Y-)333, unde X si Y reprezinta alti aminoacizi, si nu glicina. Fiind infasurat intr-o spirala tripla, este esential ca fiecare al treilea aminoacid din lantul a sa fie glicina, cel mai mic aminoacid, deoarece radicalii trebuie sa se potriasca intr-un spatiu steric restrans, unde cele trei lanturi ale spiralei triple se imbina. Multe din pozitiile X si Y ale aminoacizilor sunt prolina si hidroxipolina care dau rigiditate structurii triplu spiralate. Restul de pozitii ale aminoacizilor formeaza manunchiuri de regiuni hidrofobe si incarcare pe suprafata moleculei care directioneaza modul cum o molecula se leaga spontan de alte molecule de colagen si astfel se auto asambleaza in fibrilele mari de colagen, identificate in tesuturi ( ura 348-l).
Mai mult de 19 colageni diferiti au fost identificati. Cei mai multi sunt constituenti minori care au probabil functii inalt specializate. Colagenul fibrilar se gaseste in tesuturi cu fibrile inalt ordonate, cu un tipar caracteristic de conectare, observat la microscopul electronic. Tipul I de colagen este cel mai abundent si se gaseste sub forma fibrilelor striate incrucisate, intr-un numar mare de tesuturi ( elul 348-l). Este compus din doua lanturi al (I) si unul a2 (I). Tipul II de colagen, un colagen fibrilar similar din cartilaj, este compus din trei lanturi identice numite al (II). Tipul III de colagen, al treilea colagen fibrilar abundent, se gaseste in cantitati
mici in multe tesuturi ce contin tipul I de colagen si in cantitati mari in vasele mari de sange si este compus din trei lanturi identice numite al (III). Colagenii nonfibrilari sunt similari cu colagenii fibrilari in aceea ca ei contin secnte -Gli-X-Y- de aminoacizi ce formeaza domenii triplu spiralate, dar ei contin de asemenea domenii globulare largi. Auto-asamblarea celor mai multi dintre colagenii nonfibrilari implica legarea impreuna a domeniilor globulare pentru a forma structuri asemanatoare retelelor. De exemplu, tipul IV de colagen se auto-asambleaza in membranele fundamentale intr-o retea completa tridimensionala ce asigura o bariera difuza in glomerulul renal, alolele pulmonare si asigura suportul pentru celulele epiteliale si endoteliale in aceste tesuturi, in piele, in tractul gastrointestinal si vasele de sange. Unii colageni nonfibrilari se leaga de suprafata fibrilelor formate de colagenii mai abundent raspanditi si altereaza cresterea laterala a colagenilor fibrilari sau previn coalescenta fibrilelor in manunchiuri fibroase. Deoarece colagenii fibrilari se autoasambleaza spontan in fibrile, sunt sintetizati mai intai in precursori mai mari si mai solubili, numiti procolageni. Formele de procolagen ale tipurilor de colagen I, II si III au o masa de 1,5 ori mai mare fata de colagenii corespunzatori datorita prezentei secntelor de aminoacizi numite propeptide si localizate la ambele terminatii N si C ale lanturilor proa ale procolagenilor.
Biosinteza procolagenilor implica un numar mare de etape procesuale intracelulare ( ura 348-l) si o autoasamblare neobisnuita, in care cele trei lanturi se infasoara intr-o conformatie triplu spiralata. Pe masura ce lanturile proa ale procolagenului sunt sintetizate in ribozomi, lanturile libere trec in cisterna reticului endoplasmic rugos. Peptide de semnal hidrofobe la terminatia N sunt divizate si incepe o serie de reactii aditionale posttranslationale. Radicalii prolinei din pozitia Y a secntelor repetate -Gli-X-Y- sunt conrtiti in hidroxiprolina de catre prolil hidroxilaza, intr-o reactie necesitand acid ascorbic. Radicalii Uzinei din pozitia Y sunt hidroxilati similar la hidroxilizina de catre o lizil hidroxilaza. Multi din radicalii de hidroxilizina sunt modificati mai departe prin glicozilare cu galactoza sau cu galactoza si glucoza. O oligozaharida mare bogata in manoza este asamblata la terminatia C din propeptidul fiecarui lant. Pe masura ce ultimii aminoacizi sunt incorporati in lanturile proa, ei sunt eliberati in cisterna reticulului endoplasmic rugos. in acest stadiu, doua lanturi proal (I) si un lant proa2 (I) se asociaza prin propeptidele lor C. Asocierea lanturilor proa este directionata de structura si proprietatile de suprafata ale propeptidelor C globulare. Dupa ce propeptidele C se asambleaza corect, structura este inchisa prin formarea legaturilor disulfidice interlanturi. Modificarile posttranslationale ale lanturilor proa continua pana cand fiecare lant dobandeste un nil critic de aproximativ 100 de reziduuri de hidroxiprolina. Apoi, cateva din secntele -Gli-X-Y- la terminatia C a proteinei care sunt foarte bogate in hidroxiprolina se infasoara ihtr-o conformatie triplu spiralata. Regiunea scurta a spiralei triple devine un nucleu pentru autoasamblarea spiralei triple a intregii proteine, asemanator nucleului pentru cristalizare in care conformatia triplu spiralata intr-o secnta -Gli-X-Y- induce urmatoarea secnta -Gli-X-Y-pentru a se infasura in aceeasi conformatie. Ca rezultat, conformatia se proa intr-un stil asemanator fermoarului de la terminatia C la terminatia N a moleculei si intregul domeniu al lantului a devine o spirala tripla continua. Odata ce proteina este inlantuita, ea trece din reticului endoplasmic rugos spre alte timente membranare si este secretata. Necesitatea interntiei acidului ascorbic in hidroxilarea reziduurilor de propil de catre propil hidroxilaza explica de ce ranile se vindeca greu in
scorbut ( modulul 79). Daca nu sunt conrtite un numar suficient de reziduuri de prolina in hidroxiprolina, colagenul nu se poate infasura intr-o spirala tripla, care este sila la temperatura corpului. Proteina anormala se acumuleaza in cisterna reticului endoplasmic rugos si este degradata incet.
Dupa secretie, procolagenul este procesat la colagen prin dezlipirea N-propeptidelor de catre procolagen N-proteinaza si a C-propeptidelor de catre procolagen C-proteinaza. In cazul tipului I de procolagen, cele doua proteinaze conrtesc precursorul solubil in tipul I de colagen, a carui solubilitate este mai mica de 1 [ig/ml in aceleasi conditii. Cele 1.000 de inlantuiri scad in solubilitate pe masura ce procolagenul este conrtit in colagen, asigurand energia entropica ce conduce spontan autoasamblarea colagenului in fibrile. Asamblarea colagenului in fibrile este din nou similara cu procesul de
cristalizare. Monomerii de colagen se asambleaza mai intai intr-un nucleu ce creste prin aditia de monomeri intr-un mod ce este determinat de structura nucleului. Nucleul initial pentru asamblare de fibrile implica probabil putine molecule si este dificil de definit. Totusi, structurile intermediare intre nucleul initial si fibrilele finale au varfuri simetrice inalte si ascutite si cresc prin aditia monomerilor la varfurile ascutite. Nucleul, structurile intermediare si fi-brila finala pot sa fie spontan asamblate de catre un singur fel de colagen, cum ar fi tipul I sau tipul II, dar alte fibrile sunt asamblate ca si copo-limeri in care doi sau mai multi colageni sunt incorporati simultan in aceeasi fi-brila. in mod alternativ, un al doilea colagen sau un pro-teoglican se poate lega de suprafata fibrilei in crestere sau de o fibrila gata formata, influentand astfel structura finala si proprietatile functionale ale fibrilei. Structura finala a fibrilelor este de asemenea influentata in tesuturi de presiunea si
tensiunea asupra fibrilelor, in mod particular dupa ce varfurile lor sunt inserate in muschi si os.
Tensiunea asupra tendoanelor, de exemplu, face probabil ca fibrilele subtiri ce sunt asamblate initial sa se uneasca intr-un manunchi larg de fibre. Totusi, autoasamblarea initiala a colagenului in fibrile implica un numar larg de interactiuni specifice de-a lungul suprafetei fiecarei molecule, asemanatoare unei franghii, si, de aceea, pot fi alterate numai de moleculele ce se leaga fie de suprafata unui monomer mare asemanator unei franghii, fie de suprafata fibrilelor crescute.
Fibrele de colagen autoasamblate au o putere considerabila de extensie si puterea este amplificata de catre reactiile de legare incrucisata, care formeaza legaturi covalente intre lanturile a din cadrul unei molecule si intre lanturile a ale unor molecule adiacente. Prima etapa in legarea incrucisata este oxidarea grupurilor amino de catre un mic numar de reziduuri de lizina sau hidroxilizina prin intermediul liziloxidazei pentru a forma aldehide. Apoi, aldehidele interactioneaza pentru a forma serii complexe de legaturi covalente sile care pot sau nu sa implice reactii enzimatice.
Fibrele colagenice in cele mai multe tesuturi ale adultului normal sunt supuse foarte putin unui turnor meolic. O exceptie a acestuia sunt fibrilele de colagen care sufera repetate degradari si sinteze ca parte a remodelarii continue a osului. Totusi, in timpul cresterii si dezvoltarii, fibrilele de colagen sufera in toate tesuturile repetate sinteze, degradari si resinteze. Degradarea fibrelor de colagen in tesuturi este initiata de catre colagenaze specifice din leucocite, fibroblasti, celulele sinoviale sau alte tipuri de celule asociate. Colagenazele fisureaza moleculele de colagen intr-un punct situat la trei patrimi distanta de terminatia N. Aparent, fisurarea actiaza
fibrele neincolacite ale moleculei la suprafata unei fibrile si degradarea mai departe de catre alte proteinaze.
Cu toate ca in multe tesuturi adulte colagenul este sil meolic, turnor-ui se modifica in cateva circumstante. In infometare, o fractiune mare de colagen din piele si alte tesuturi conjuncti este degradata, asigurand aminoacizii pentru gluconeogeneza. Pierderi mari de colagen apar de asemenea in cele mai multe tesuturi conjuncti in timpul imobilizarii sau perioadelor prelungite de stress datorat scaderii gravitatiei. in
artrita reumatoida, invazia de panus a cartilajului articular determina o degradare rapida a colagenului in tesuturi articulare, iar tratamentul excesiv sau prelungit cu glucocorticoizi scade continutul de colagen al celor mai multe tesuturi, incluzand oasele, prin scaderea ratei de sinteza a colagenului. Scaderea continutului de colagen imbolnaste tesuturile. Totusi, in multe stari patologice, colagenul se depoziteaza in exces. In leziuni ale oricarui tesut, raspunsul inflamator este urmat de obicei de depuneri crescute de fibrile de colagen sub forma tesutului fibros si cicatricelor care sunt constituite initial din colagen tipul I. Depunerea crescuta de fibrile de colagen in timpul procesului reparator este irersibila si, de aceea, este o caracteristica majora in modificarile patologice din
ciroza hepatica, fibroza pulmonara, arteroscleroza, nefroscleroza si in lezarea tesuturilor, cum ar fi pielea si ligamentele, ce urmeaza unei interntii chirurgicale sau unei traume.
Biosintezele tuturor colagenilor implica in mod esential aceleasi etape de asamblare si procesare. Asamblarea colagenilor nonfibrilari, cum ar fi tipul IV din membranele bazale, nu implica totusi scindarea domeniilor globulare la sfarsitul proteinei, atata timp cat domeniile globulare sunt necesare pentru autoasamblarea proteinei. Asamblarea elastinei pare a fi strans legata de calea biosintezei de colagen, atata timp cat putine din reziduurile prolin din proteina sunt hidroxilate lahidroxilprolina de catre prolin hidroxilaza. Totusi, monomerul elastinei este singura polipeptida care nu se inlantuieste intr-o structura tridimensionala diferita si nu este sintetizata ca un precursor molecular mare. In loc de aceasta, ea este incet secretata din celule in timentele extracelulare, unde formeaza depozite amorfe in jurul microfibrilelor depozitate anterior. Apoi, depozitele de elastina devin legate covalent incrucisat prin oxidarea reziduurilor de lizina la aldehide de catre aceeasi lizil oxidaza ce initiaza legarea incrucisata a colagenului. Microfibrilele din depozitele de elastina sunt in majoritate compuse din fibrilina, o proteina mare care formeaza lanturi similare unor margele. Depozitele amorfe de elastina si fibrilina pot contine, de asemenea, componente aditionale care nu au fost inca identificate.
Sinteza de proteoglicani incepe cu asamblarea unui miez de proteine in cisterna reticului endoplasmic rugos. Miezul proteinic sufera apoi modificari de catre o serie de transferaze care genereaza lanturi laterale mari de glicozaminoglicani. Pana acum au fost identificati cinci proteoglicani pe baza diferentelor din structura miezului lor proteic. Proteoglicanul major al cartilajului, numit agrecan, are un miez proteic de aproximativ 2.000 de aminoacizi de care sunt legate multiple lanturi laterale de condroitin sulfat si keratin sulfat, mucopo-lizaharide distincte, constituite din secnte dizaharidice inalt saturate si repetiti. Dupa secretia din celula, monomerul de agrecan se leaga de o proteina mai mica numita proteina de legatura. Complexul miezului proteic si al proteinei de legatura se leaga apoi spontan de un lant lung de acid hialuronic pentru a forma un copolimer gigant numit agregatul de proteoglican. Marele si inalt incarcatul agregat de proteoglican leaga apoi apa si ioni mici, asigurand astfel o larga presiune de umflare si elasticitate cartilajului. Proteoglicanii mai mici cum ar fi decorinul, biglicanul si fibromodulina au miezuri proteice mai mici, cu cateva lanturi mucopolizaharidice diferite, laterale. Ei nu formeaza agregate mari cu hialuronatul, dar se leaga de fibrile de colagen sau fibronectina si pot, in acest fel, sa ajute regulat la asamblarea fibrilelor sau a orientarii lor spatiale. Un grup de proteoglicani mici, cunoscuti ca sindecani, sunt legati de membranele plasmatice ale celulelor si pot aa un rol in migrarea celulelor de-a lungul fibrilelor sau in transductia semnalului.
Asamblarea osului urmeaza multe din principiile similare asamblarii altor tesuturi conjuncti ( si modulul 353). Primul pas este depunerea de tesut osteoid care consta in mare parte din fibrile de colagen de tipul I ( ura 348-l). Mineralizarea osteoidului apare in stadii care sunt inca incomplet definite; proteine cum ar fi osteopontina sau osteocalcina se leaga probabil de
fibre de colagen si calciu chelat pentru a initia mineralizarea. Proteoglicani mici cum ar fi decorinul sau fibromodulina pot aa de asemenea un rol in mineralizare.
