A matriz extracelular

Prévia do material em texto

A matriz extracelular (MEC) é uma rede complexa de macromoléculas que ocupa o espaço entre as células e é crucial para a estrutura e função dos tecidos. Vamos explorar o que é a matriz extracelular, suas funções, composição, e as características de seus componentes principais.
1. O que é Matriz Extracelular e Quais as Suas Funções?
Definição
A matriz extracelular é um complexo de macromoléculas que inclui proteínas e polissacarídeos secretados por células. Ela fornece suporte estrutural, organizacional e funcional aos tecidos multicelulares.
Funções
A matriz extracelular desempenha várias funções essenciais nos tecidos:
1. Suporte Estrutural:
· Fornece suporte mecânico e resistência aos tecidos, ajudando a manter a integridade estrutural.
2. Adesão Celular:
· Fornece substrato para a adesão celular por meio de interações entre proteínas da matriz, como fibronectina e laminina, e receptores na superfície celular, como integrinas.
3. Mediador de Sinalização Celular:
· Participa da sinalização celular, influenciando a proliferação, migração, diferenciação e sobrevivência das células.
4. Regulação da Composição do Meio Extracelular:
· Controla a disponibilidade de fatores de crescimento e nutrientes, bem como a remoção de resíduos metabólicos.
5. Formação de Barreiras Físicas:
· Atua como uma barreira física seletiva, regulando a passagem de moléculas e células entre diferentes compartimentos teciduais.
6. Cicatrização de Feridas e Regeneração Tecidual:
· Desempenha um papel importante na reparação tecidual, fornecendo um andaime para a migração de células durante a cicatrização de feridas.
7. Desenvolvimento e Organização Tecidual:
· A matriz extracelular influencia a organização e o desenvolvimento dos tecidos durante o desenvolvimento embrionário.
2. Principais Componentes Macromoleculares da Matriz Extracelular
A matriz extracelular é composta por uma variedade de macromoléculas, incluindo proteínas fibrosas e glicosaminoglicanos, que se combinam para formar proteoglicanos. Aqui estão os principais componentes:
1. Proteínas Fibrosas
· Colágeno:
· O colágeno é a proteína mais abundante na matriz extracelular e fornece resistência à tração aos tecidos. Existem muitos tipos de colágeno, cada um com funções e localizações específicas.
· Elastina:
· A elastina proporciona elasticidade aos tecidos, permitindo que eles se deformem e voltem à sua forma original. Fibras elásticas são compostas principalmente de elastina.
· Fibronectina:
· A fibronectina é uma glicoproteína que facilita a adesão celular e a interação entre as células e a matriz. Atua como um andaime para a migração celular durante processos de cicatrização.
· Laminina:
· A laminina é uma proteína da lâmina basal que promove a adesão celular e influencia a diferenciação e a migração celular.
2. Glicosaminoglicanos (GAGs)
· Definição:
· Glicosaminoglicanos são polissacarídeos longos e não ramificados, compostos por unidades repetitivas de dissacarídeos. Eles são altamente carregados negativamente, o que lhes confere a capacidade de reter água e íons.
· Principais Tipos:
· Ácido Hialurônico: Importante para a hidratação e viscosidade dos tecidos.
· Sulfato de Condroitina: Envolvido na resistência e elasticidade das cartilagens.
· Sulfato de Heparano: Participa da sinalização celular e regulação da atividade de fatores de crescimento.
· Sulfato de Dermatano: Associado à cicatrização e regulação do crescimento celular.
· Sulfato de Queratano: Encontrado em tecidos cartilaginosos e córnea.
3. Proteoglicanos
· Definição:
· Proteoglicanos são moléculas compostas por um núcleo proteico ligado a um ou mais glicosaminoglicanos. Eles desempenham um papel importante na hidratação, suporte estrutural e sinalização celular.
· Exemplos:
· Agrecano: Principal componente da cartilagem, contribuindo para sua elasticidade e resistência à compressão.
· Perlecan: Envolvido na organização da lâmina basal e regulação da angiogênese.
3. Como é Formada a Molécula do Colágeno?
A formação do colágeno é um processo complexo que envolve a síntese, modificação, montagem e secreção de proteínas precursoras. Aqui estão os principais passos:
Síntese e Modificação Intracelular
1. Síntese de Pré-procolágeno:
· O colágeno é inicialmente sintetizado como uma molécula precursora chamada pré-procolágeno, que contém um sinal peptídico direcionando-o para o retículo endoplasmático (RE).
2. Processamento no Retículo Endoplasmático:
· No RE, o pré-procolágeno é processado para formar procolágeno, removendo o sinal peptídico.
· O procolágeno sofre hidroxilação de resíduos de prolina e lisina, um passo crítico mediado por enzimas que requerem vitamina C (ácido ascórbico) como cofator.
3. Glicosilação:
· Algumas hidroxilisinas são glicosiladas com galactose e glicose, contribuindo para a estabilidade da molécula.
4. Formação de Triple Hélice:
· Três cadeias de procolágeno se associam para formar uma estrutura de tripla hélice. Esta estrutura é estabilizada por ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas.
Secreção e Montagem Extracelular
5. Secreção de Procolágeno:
· A tripla hélice de procolágeno é transportada para o aparelho de Golgi e, em seguida, secretada para o espaço extracelular.
6. Clivagem das Propeptídeos:
· Fora da célula, enzimas específicas clivam os propeptídeos nas extremidades da molécula, convertendo o procolágeno em tropocolágeno.
7. Formação de Fibrilas de Colágeno:
· As moléculas de tropocolágeno se auto-organizam em fibrilas, que se associam para formar fibras de colágeno.
· Ligações covalentes entre resíduos de lisina adjacentes estabilizam as fibrilas.
Funções do Colágeno
· Resistência Mecânica: Proporciona força e resistência à tração em tecidos como tendões, ligamentos e pele.
· Suporte Estrutural: Contribui para a integridade estrutural de vários tecidos, incluindo osso, cartilagem e vasos sanguíneos.
· Cicatrização de Feridas: Participa na reparação tecidual, fornecendo uma matriz para a regeneração celular.
4. Como Estão Classificados os Colágenos?
Os colágenos são uma família diversificada de proteínas, com mais de 28 tipos identificados em vertebrados. Eles são classificados com base na sua estrutura e função:
Classificação dos Colágenos
1. Colágenos Fibrilares:
· Descrição: Formam fibras longas e finas que proporcionam resistência e suporte estrutural.
· Exemplos:
· Colágeno Tipo I: O tipo mais abundante, encontrado em pele, tendões, ossos e ligamentos.
· Colágeno Tipo II: Principalmente na cartilagem.
· Colágeno Tipo III: Associado ao colágeno tipo I em muitos tecidos, como pele e vasos sanguíneos.
2. Colágenos Não-Fibrilares:
· Descrição: Não formam fibras clássicas, mas têm funções especializadas em vários tecidos.
· Exemplos:
· Colágeno Tipo IV: Presente na lâmina basal, formando uma rede tridimensional que suporta células epiteliais.
· Colágeno Tipo VI: Forma microfibrilas que associam com o colágeno tipo I e II.
3. Colágenos Associados a Fibrilas com Hélices Interrompidas (FACITs):
· Descrição: Associam-se com colágenos fibrilares, influenciando a organização da matriz.
· Exemplos:
· Colágeno Tipo IX: Associado com colágeno tipo II na cartilagem.
· Colágeno Tipo XII: Associado com colágeno tipo I em tendões e ligamentos.
4. Colágenos Formadores de Rede:
· Descrição: Formam estruturas de rede em vez de fibrilas.
· Exemplo:
· Colágeno Tipo VIII: Envolvido na formação de membranas de Descemet no olho.
5. Colágenos Transmembranares:
· Descrição: Integram-se nas membranas celulares e participam da adesão celular.
· Exemplos:
· Colágeno Tipo XVII: Presente em hemidesmossomos na junção dermoepidérmica.
Importância dos Diferentes Tipos de Colágeno
A diversidade de colágenos permite que eles desempenhem funções especializadas em diferentes tecidos, contribuindo para a sua resistência mecânica, elasticidade e capacidade de suportar tensões mecânicas. Alterações na síntese ou organização dos colágenos estão associadas a várias doenças, como a osteogênese imperfeita e a síndrome de Ehlers-Danlos.
5. Como é Formada a Hidroxiprolina e Qual a Função do GrupoHidroxil?
Formação da Hidroxiprolina
A hidroxiprolina é um aminoácido modificado, crucial para a estabilidade estrutural do colágeno. Sua formação ocorre através de um processo de hidroxilação:
1. Síntese do Procolágeno:
· A síntese de colágeno começa com a tradução de cadeias de pré-procolágeno que contêm resíduos de prolina.
2. Hidroxilação de Prolina:
· No retículo endoplasmático, a prolina nas cadeias de procolágeno é hidroxilada para formar hidroxiprolina.
· A hidroxilação é catalisada pela enzima prolil hidroxilase, que requer ferro, oxigênio e ácido ascórbico (vitamina C) como cofatores.
Função do Grupo Hidroxil
· Estabilização da Tripla Hélice:
· O grupo hidroxil na hidroxiprolina permite a formação de pontes de hidrogênio adicionais entre as cadeias de colágeno, aumentando a estabilidade da estrutura de tripla hélice.
· Resistência à Desnaturação Térmica:
· A presença de hidroxiprolina aumenta a resistência do colágeno à desnaturação térmica, permitindo que ele mantenha sua integridade estrutural em diferentes condições ambientais.
· Maturação do Colágeno:
· A hidroxiprolina contribui para a maturação e resistência do colágeno, influenciando a formação de fibrilas e a organização da matriz extracelular.
Importância Clínica
A deficiência de vitamina C leva ao escorbuto, uma condição caracterizada por fragilidade do colágeno devido à hidroxilação inadequada de prolina, resultando em sintomas como sangramento gengival e cicatrização deficiente de feridas.
6. Do Que São Compostas as Fibras Elásticas?
As fibras elásticas são componentes críticos da matriz extracelular, proporcionando elasticidade e flexibilidade aos tecidos. Elas são especialmente abundantes em tecidos que requerem propriedades elásticas, como pele, pulmões e vasos sanguíneos.
Composição das Fibras Elásticas
1. Elastina:
· Proteína Principal: Elastina é a proteína predominante nas fibras elásticas. É formada por monômeros de tropoelastina que se organizam em uma rede tridimensional.
· Propriedades: A elastina é altamente elástica e pode ser esticada até 1,5 vezes seu comprimento original, retornando à sua forma original quando a força é removida.
2. Fibrilina:
· Glicoproteína Estrutural: Fibrilina forma microfibrilas que servem como um andaime para a deposição de elastina.
· Função: As microfibrilas de fibrilina ajudam a manter a integridade e a organização das fibras elásticas.
3. Outras Glicoproteínas:
· Proteínas como fibulina e emilina também estão associadas às fibras elásticas, contribuindo para sua organização e estabilidade.
Formação de Fibras Elásticas
1. Síntese de Tropoelastina:
· Tropoelastina é sintetizada nas células e secretada para o espaço extracelular.
2. Deposição e Ligação Cruzada:
· Tropoelastina se associa com microfibrilas de fibrilina no espaço extracelular.
· Enzimas como a lisil oxidase catalisam a formação de ligações cruzadas entre moléculas de tropoelastina, resultando na formação de uma rede elástica madura.
3. Organização em Fibras:
· A interação entre elastina, fibrilina e outras proteínas estruturais resulta na formação de fibras elásticas organizadas, com propriedades elásticas e resilientes.
Função das Fibras Elásticas
· Elasticidade e Flexibilidade: As fibras elásticas permitem que os tecidos se deformem em resposta a forças mecânicas e voltem à sua forma original, contribuindo para a elasticidade dos vasos sanguíneos, pulmões e pele.
· Resistência a Tensões Mecânicas: As fibras elásticas ajudam a distribuir tensões mecânicas em tecidos como ligamentos e tendões, prevenindo danos estruturais.
Relevância em Doenças
Deficiências na síntese ou organização de fibras elásticas podem levar a condições como a síndrome de Marfan, uma desordem genética que afeta o tecido conjuntivo e está associada a anormalidades cardiovasculares e esqueléticas.
7. O Que É Proteoglicano? O Que É Glicosaminoglicano?
Proteoglicano
Definição
Os proteoglicanos são macromoléculas compostas por um núcleo proteico ao qual estão ligados covalentemente glicosaminoglicanos (GAGs). Eles desempenham funções cruciais na matriz extracelular e em outras partes do organismo.
Estrutura
1. Núcleo Proteico:
· O núcleo proteico serve como uma espinha dorsal para a ligação dos GAGs. Ele pode variar em tamanho e composição dependendo do tipo de proteoglicano.
2. Glicosaminoglicanos (GAGs):
· GAGs são longas cadeias de polissacarídeos que são anexadas ao núcleo proteico. Os GAGs são altamente sulfatados, conferindo-lhes uma carga negativa.
Funções
· Hidratação e Resistência à Compressão: Os proteoglicanos podem absorver grandes quantidades de água devido à sua carga negativa, fornecendo resistência à compressão em tecidos como cartilagem e articulações.
· Armazenamento e Liberação de Fatores de Crescimento: Os proteoglicanos podem se ligar a fatores de crescimento e citocinas, regulando sua disponibilidade e atividade.
· Regulação da Matriz Extracelular: Os proteoglicanos influenciam a organização e a rigidez da matriz, participando da remodelação tecidual.
· Adesão e Migração Celular: Participam na sinalização celular e na regulação da adesão e migração celular.
Exemplos
· Agrecano: Encontra-se abundantemente na cartilagem, onde proporciona resistência à compressão.
· Perlecan: Componente da lâmina basal, importante para a integridade estrutural dos tecidos epiteliais.
· Decorina: Influencia a fibrilogênese do colágeno e modula a resposta imune.
Glicosaminoglicano (GAG)
Definição
Glicosaminoglicanos são polissacarídeos longos e não ramificados, compostos por unidades repetitivas de dissacarídeos. Eles são um componente essencial dos proteoglicanos.
Estrutura
1. Unidades Dissacarídicas:
· Cada unidade dissacarídica é composta por um ácido urônico (como o ácido glucurônico ou idurônico) e uma hexosamina (como a glucosamina ou galactosamina).
2. Sulfatação:
· Os GAGs são frequentemente sulfatados, o que lhes confere uma carga negativa e a capacidade de se ligar a íons e moléculas de água.
Tipos de GAGs
1. Ácido Hialurônico:
· Função: Contribui para a hidratação e viscosidade dos tecidos. É único por não estar ligado covalentemente a um núcleo proteico.
· Localização: Encontrado na matriz extracelular de muitos tecidos, incluindo pele e cartilagem.
2. Sulfato de Condroitina:
· Função: Contribui para a resistência à compressão em cartilagens.
· Localização: Principalmente em cartilagens, ossos e córneas.
3. Sulfato de Heparano:
· Função: Participa da sinalização celular e regulação da angiogênese.
· Localização: Encontrado na membrana basal e nos vasos sanguíneos.
4. Sulfato de Dermatano:
· Função: Envolvido na cicatrização de feridas e regulação do crescimento celular.
· Localização: Presente na pele, vasos sanguíneos e tendões.
5. Sulfato de Queratano:
· Função: Oferece suporte estrutural em cartilagens.
· Localização: Encontrado na córnea, cartilagem e discos intervertebrais.
Funções dos GAGs
· Hidratação: Os GAGs atraem e retêm água, ajudando a manter a hidratação e o volume dos tecidos.
· Amortecimento: Fornecem resistência à compressão, essencial para tecidos como a cartilagem.
· Interação Celular: Participam da sinalização celular, modulação da resposta imune e regulação da migração celular.
Importância dos Proteoglicanos e GAGs
Os proteoglicanos e os glicosaminoglicanos desempenham papéis cruciais na estrutura e função dos tecidos. Alterações em sua síntese ou degradação podem levar a várias doenças, como a osteoartrite, mucopolissacaridoses e outras doenças do tecido conjuntivo.