Bioquímica de la piel y mucosas - Facultad de Odontología
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BIOQUIMICA DE LA PIEL Bioquímica de la piel y mucosas • queratina • melanina • elastina Cátedra de Bioquímica General y Bucal, Facultad de Odontología de la Universidad de Buenos Aires Citación 5- Año 2011 Funciones de la piel • Impide daño por radiaciones UV en los tejidos subyacentes (melanina). • Amortigua fuerzas mecánicas gracias a su tejido adiposo y conectivo PIEL 3 capas 1) Epidermis - estrato córneo - capas de Malpighi: queratinocitos (80%) melanocitos (5-10%) células de Langerhans (5-10%) • Barrera de ingreso de sustancias químicas nocivas y de microorganismos 2) Dermis: tejido conectivo células (fibrobl, macróf, linfoc, mastoc, etc) • Termorregulación y respuesta inflamatoria a través de su red vascular. • Mediadora de las influencias del medio sobre el organismo. sustancia intercelular: fibras + sust fundamental Vasos sanguíneso y lifáticos 3) Panículo adiposo o tejido subcutáneo: tejido conectivo, abundantes adipocitos DIFERENCIAS ESTRUCTURALES Y FUNCIONALES TEJIDO EPITELIAL TEJIDO CONJUNTIVO Pocas células Matriz extracelular abundante Células estrechamente unidas Matriz extracelular escasa (lámina basal) Rica en colágeno y elastina (polímeros) Filamentos intracelulares proteicos anclados a proteínas transmembrana RESPUESTA A LAS TENSIONES PROTECCIÓN Contactos intercelulares Adhesión célula-célula y célula-matriz Desmosomas Uniones de anclaje 1. Desmosomas (filamentos intermedios) 2. Hemidesmosomas (filamentos intermedios) 3. Uniones estrechas Los desmosomas son uniones célula-célula formadas por proteínas de adhesión asociadas al citoesqueleto de filamentos intermedios (intracelular). Mantienen la resistencia mecánica (Ej: la piel). Los desmosomas permiten el paso de sustancias entremedio de las células. Hemidesmosomas EPITELIOS DE PROTECCIÓN • epidermis de la piel y estructuras relacionadas (uñas, pelos) • epitelio gingival • epitelio oral • mucosas en general NO NECESARIAMENTE QUERATINIZADOS Los hemidesmosomas son uniones que mantienen las células epiteliales unidas a la membrana basal. SÍ NO Epitelio gingival masticatorio Epitelio gingival crevicular Epitelio mucosal alveolar EPIDERMIS: CAPA EPIDERMICA DE LA PIEL estrato córneo Escamas desprendidas de la superficie α-queratina barrera de permeabilidad protección mecánica inmunidad inespecífica Escamas queratinizadas Cél. granulares queratinocitos secos capa de Malpighi 80% de queratinocitos Cél. espinosas Cél. basales Lámina basal Tejido conjuntivo de la dermis Cél. basal periférica pasando a la capa de cél. espinosas Cél. basal en división Capa basal o estrato germinativo división intensa reemplazo de las superficiales que descaman DIVISIÓN Y MADURACIÓN DEL QUERATINOCITOCITO = 26 días Queratinización: Proteínas epidérmicas: Fibrosas: queratina No fibrosas: enzimas En porción superficial de epitelios queratinizados hay: • Comienza en la capa de células basales • CISTEÍNA • (en queratina de capas vivientes) • A medida que las células ascienden en la epidermis: • Gránulos de queratohialina en citoplasma con: CISTINA, capas malpighianas (S-S cruzados inter e intracatenarios) (estrato córneo) más insoluble cesa la síntesis de nuevos filamentos se produce un cambio de orientación de las fïbras (fascículos de fibras se alinean en la superficie de la piel Proteínas ricas en histidina y arginina: matriz Proteínas ricas en cisteína: origen a queratina las células viables se modifican: la membrana celular aumenta de espesor y una capa gruesa se deposita debajo de ella. QUERATINIZACIÓN QUERATINIZACION • CAMBIO PRINCIPAL: Conversión de la proteína intracelular desde una estructura hidratada, compatible con la vida celular a una proteína muy insoluble CONVERSION DE PROTEINAS INTRACELULARES HIDRATADAS PROTEINAS INSOLUBLES, Ocupan casi toda la célula, lisis y pérdida de organelas • ESTRATO CÓRNEO: Desaparecen núcleos, mitocondrias, ribosomas, etc y hay deshidratación, (del 70% al 10% ) • Membranas celulares se vuelven aún más gruesas • La queratinización se acompaña de LISIS CELULAR • Ambos procesos ocurren en la región donde las enzimas hidrolíticas están más concentradas α – QUERATINAS Familia de proteínas fibrosas del citoesqueleto (40 <PM< 70 kd) No exclusivas de piel (esófago, córnea) FAMILIA DE LAS α - QUERATINAS Helicoidales, organizadas en filamentos intracelulares intermedios (Ø:10 a 20 nm) FORMA NATIVA: Largas cadenas simples largas y delgadas α - hélice con cabeza aminoterminal y carboxilo terminal Dominio central: extensa región en α - hélice con secuencias (heptadas) repetitivas de AA Proteínas Fibrosas Proteínas Fibrosas Dominio Variables Dominio Central de la Proteína NH2+ COO- COO- NH2+ Queratinas Vimentina Proteínas de los Neurofilamentos Dominio Central Lamininas Nucleares Secuencias Heptadas de la Proteína Dominio α-hélice Secuencias en Heptada Una heptada Gly-His-Pro-Ty-Glu-Asp-Asn-----------------Gly-His-Pro-Ty-Glu-Asp-Asn-------------------Gly-His-Pro-Ty-Glu-Asp-Asn 1 - 2 - 3 - 4 – 5 - 6 - 7- 1. La gran mayoría de las proteínas fibrosas poseen un dominio central de 310 aa que forma una larga α-hélice . 2. Los dominios Amino y Carboxilo Terminal, no poseen α-hélice y son de estructura y tamaño variable. Crecimiento del Filamento • La célula puede regular el crecimiento del filamento, mediante la fosforilación de residuos de Serina en el extremo aminoterminal. ATP ADP PO-3 Modelo General de Ensamblaje de Proteínas Fibrosas Monómero Dímero Tetrámero Antiparalelo ESTRUCTURA: Monómero: α - hélice Dímero: células 2 cadenas α – hélice dextrógiras, enrolladas en forma paralela y sentido levógiro interacciones entre cadenas laterales no polares y puentes S-S Filamento intermedio protofibrilla protofilamento Tetrámero Dos tetrámeros Empaquetados Conjuntamente: protofilamento 8 Tetrámeros Empaquetados: filamento intermedio Protofilamento = 2 dímeros en forma antiparalela: estructura no polarizada 2 cadenas unidas α - hélice Filamento intermedio 8 protofilamentos Sección transversal de un cabello PROCESO DE QUERATINIZACIÓN: SON INDISPENSABLES: En los estratos espinoso y granuloso (zona de diferenciación) se producen procesos intracelulares culminan con la aparición del estrato córneo (zona funcional). OCURRE EN LOS QUERATINOCITOS Citoqueratina Queratohialina Citoplasma abundante en filamentos de queratina Proteínas de refuerzo de membrana Conectan células adyacentes Cuerpos laminares indirectamente Red rígida y flexible Comienza en las células basales sigue en las capas de Malpighi CAMBIO PRINCIPAL DURANTE LA QUERATINIZACIÓN se elaboran distintos polipéptidos CONVERSIÓN DE UNA PROTEÍNA INTRACELULAR cambia de cisteína a cistina desde las basales al estrato córneo por puentes disulfuro estructura hidratada proteína insoluble cambio en propiedades fisicoquímicas queratina más insoluble 2 TIPOS DE QUERATINAS Según su secuencia de AA: INSOLUBILIDAD • elevada insolubilidad debida a la alta conc de AA hidrofóbicos tanto en el interior como en la superficie de la proteína 1. de tipo I (ácidas) 2. de tipo II (neutras/básicas) • puentes molécula LOS HETERODÍMEROS forman filamentos LOS HOMODÍMEROS no pueden formar filamentos disulfuro: importantes en la estabilidad de la ALTA RESISTENCIA • debida al enrollamiento de varias cadenas helicoidales y a múltiples entrecruzamientos covalentes (ptes S-S) entre cadenas adyacentes FILAMENTOS DE QUERATINA SON SIEMPRE HETEROPOLÍMEROS • son proteínas intracelulares • confieren resistencia a las estructuras que las contienen QUERATINA MUY INSOLUBLE: alta proporción de puentes S-S que unen cadenas diferentes Aumenta la solubilidad y < Fuerza tensora FAMILIA DE LAS MELANINAS COLORACION DE PIEL Y PELO MELANINA • pigmentos de colores claros a negros NÚMERO DE MELANOSOMAS Y • sintetizado por los melanocitos EL CONTENIDO DE MELANINA (melanosomas) PRESENTE EN QUERATINOCITOS • se concentra en formaciones subcelulares: melanosomas REGULACIÓN NIVEL DE PIGMENTACIÓN 1. Genes • localizados en las prolongaciones dendríticas de melanocitos 2. Exposición al sol 3. Hormonas hipofisarias: MSH y ACTH • fagocitados por los queratinocitos MELANINAS: ESTRUCTURA NO TODOS LOS PIGMENTOS OSCUROS SON DE MELANINA • estructura molecular compleja • heteropolímeros formados por unidades de tipo indólico • se sintetizan a partir de tirosina y algún otro AA como cisteína tirosinasa •por acción de sobre tirosina dopacromo tautomerasa • Localización de la síntesis: MELANOSOMAS (interior de melanocitos) •Se ven al microscopio óptico como partículas de color castaño EUMELANINA FEOMELANINA • en pieles oscuras • en pieles claras • color café a negro • color amarillo a castaño rojizo • síntesis en melanocitos • síntesis en melanocitos • a partir de tirosina • a partir de tirosina y cisteína • polímero al azar (indol) • desviación de la vía de síntesis de eumelaninas • alto pM e insoluble FUNCION DE LA MELANINA tirosina Protección de células subyacentes de las radiaciones energéticas Tirosinasa (Cu++) eumelanina Ej: rayos ultravioletas de efecto mutágeno tirosinasa Única célula DOPA Sintetizan Melanocitos TIROSINASA feomelanina Secretan melanosomas en los queratinocitos que se disponen en forma Se incorpora a los melanosomas Síntesis de melanina discreta o agregada BIOSÍNTESIS DE EUMELANINA Y FEOMELANINA PIGMENTACION DE LA MELANINA piel melanocito melanosoma tirosinasa Tirosina → DOPA → melanina MELANINA: vía morfológica y metabólica de la pigmentación CONSECUENCIA DEL TIPO DE AGREGACIÓN DE LOS MELANOSOMAS PIEL NEGRA: PIEL BLANCA: En los queratinocitos En los queratinocitos • melanosomas grandes • melanosomas pequeños • no agregados • agregados PATOLOGÍAS Defectos de biosíntesis Por malignificación de los melanocitos albinismo melanomas • dentro de fagolisosomas No se degradan Degradación por fosfatasa ácida y otras enz líticas DERMIS: confiere fuerza mecánica a la piel DERMIS Y ELASTINA • proteína fibrosa de gran resistencia a la tracción: COLÁGENO presente en mayor cantidad • proteína responsable de elasticidad: ELASTINA MATRIZ EXTRACELULAR Otros componentes de microfibrillas ELASTINA proteína predominante ≠ FIBRA ELASTICA • estructura compleja • porción central de elastina polimérica e insoluble • cubierta periférica de microfibrillas que favorecen el alineamiento de la tropoelastina (forma soluble de elastina) • MAGP: glicoproteína asociada a las microfibrillas • Lisiloxidasas • fibrillina (integridad de las fibras elásticas) (alteraciones: S. Marfán) •deposición de elastina provoca desplazamiento de las microfibrillas MICROFIBRILLAS SON PREVIAS A ELASTINA EN EL DESARROLLO DE LOS TEJIDOS Tejido conectivo fibroblastos ESTRUCTURA BIOSÍNTESIS • se sintetiza como monómero soluble = TROPOELASTINA (800 AA alta concentración hidrofóbicos y pobre en AA ácidos y básicos) ELASTINA •Proteína químicamente inerte •Alto contenido de AA hidrofóbicos • pM 72000, contiene Lis, pero no Desmosina. 1/3 Gly 1/9 Prol • se modifica post-translacionalmente (hidroxilación de algunas Pro) •Alto contenido de glicina y prolina •AA exclusivos: DESMOSINA E ISODESMOSINA • es empaquetada, se transfiere a la superficie celular y se secreta •Muy insoluble •Tejido conectivo de piel •Propiedades de extensibilidad y contracción • EXTRACELULARMENTE se produce el entrecruzamiento y ensamble: fibras próximas a la membrana Formas que adopta 1.- desaminación del grupo ε-amino de la LIS: lisil-oxidasa (Cu): alisina • Ligamentos elásticos: piel, pulmón Alisina+ alisina : aldolalisina • Láminas concéntricas elásticas: aorta Alisina + Lisina: Lisilnorleucina • Tridimensional: cartílago elástico 4 cadenas laterales: uniones covalentes: desmosina la interacción entre las lisinas de 4 moléculas de tropoelastina DESMOSINA E ISODESMOSINA da origen a la DESMOSINA (e isodesmosina) y permite unir cadenas de tropoelastina en puntos específicos Lisil oxidasa (Cu++) Se generan estructuras que pueden estirarse REVERSIBLEMENTE en todas direcciones Tropoelastina ESTADO DE REPOSO Hebra plegada sobre sí misma • Dos segmentos α-héhice : – largos hidrofóbicos (glicina, valina, prolina) de : prop. elásticas – cortos: ricos en alanina y lisina: forman entrecruzamientos entre moléculas adyacentes AL TENSIONAR LA FIBRA ELÁSTICA se induce el estiramiento de cada una de las hebras se disponen paralelas entre sí permanecen unidas sólo a nivel de las desmosinas ESTIRAMIENTO DE UNA RED DE ELASTINA
