Aula 08 - Matriz extracelular as proteínas da matriz
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Aula 08 - Matriz extracelular as proteínas da matriz

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8Matriz extracelular: as proteínas da matriz aula
OBJETIVOS Pré-requisitos

Aulas 7, 8, 16 e 17
de Biologia Celular I
e Aulas 6 e 7 de
Biologia Celular II.

• Enumerar as principais proteínas
da matriz extracelular.

• Associar a estrutura das proteínas
de matriz às funções que
desempenham.

• Analisar a síntese de colágeno.

• Associar defi ciências na síntese de
componentes da matriz a doenças.

BIOLOGIA CELULAR II | Matriz extracelular: as proteínas da matriz

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INTRODUÇÃO Vimos na aula anterior que, longe de ser uma gelatina de preenchimento, a

matriz extracelular é uma estrutura complexa, capaz de conferir resistência

e elasticidade aos tecidos. Enquanto o gel formado pela hidratação das

GAGs e das proteoglicanas é extremamente resistente à compressão, as

proteínas fi brosas de sua composição são responsáveis pela elasticidade

e resistência à tensão da matriz. As principais proteínas fi brosas da matriz

são os colágenos e a elastina.

OS COLÁGENOS

Não, não estranhe o plural, os colágenos são uma grande família

de proteínas fi brosas presente em todos os animais pluricelulares. Os

colágenos são as proteínas mais abundantes nos mamíferos (~25% da

massa protéica) e são secretados tanto pelas células do tecido conjuntivo

como outros tipos celulares. Tecidos como a pele e os ossos são ricos

em colágeno, e a principal função dessas proteínas é contribuir para a

integridade estrutural da matriz e manter as células ancoradas a ela.

Figura 8.1: (a) Cada uma das três cadeias

alfa de colágeno possui moléculas de glicina

regularmente distribuídas. A conformação

dessas cadeias alfa favorece o encaixe,

de modo a formar a tripla hélice (b)

na qual as pequenas moléculas de

glicina ficam voltadas para dentro.

Cerca de 25 diferentes tipos de colágenos já foram identifi cados e,

de acordo com suas propriedades, foram sendo agrupados. Os principais

colágenos são os colágenos fi brilares, que incluem os tipos I, II, III, V e XI.

O tipo I é, de longe, o mais comum e o mais importante, predominando

na pele e nos ossos. Os colágenos fi brilares formam cordões, como

ilustrado na Figura 8.2, chamados fi brilas colágenas.

A molécula de colágeno é formada por uma tripla hélice de cadeias

polipeptídicas enroladas umas nas outras, constituindo uma estrutura

bastante típica (Figura 8.1). Essa tripla hélice se forma espontaneamente

porque as cadeias são ricas nos aminoácidos prolina e glicina. Enquanto

a estrutura em anel da prolina estabiliza a tripla hélice, a glicina, por ser o

menor aminoácido, permite que as três cadeias de colágeno se aproximem,

formando a estrutura fi nal do colágeno.

Cadeia peptídica

alfa de colágeno

Tripla hélice de

cadeias alfa de colágeno

(molécula de colágeno)

a

b

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A
U

LA

8
M

Ó
D

U
LO

 2

Figura 8.2: As moléculas de colágeno se agrupam em feixes

paralelos de 10 a 300nm de espessura, as ibrilas colágenas.

Outro grupo de colágenos é o dos colágenos associados a fi brilas.

Correspondem aos colágenos dos tipos IX e XII que se associam ao

colágeno fi brilar formando estruturas maiores, as fi bras colágenas,

observadas na Figura 8.3, ou associando uma fi brila de colágeno com

outras proteínas da matriz extracelular (GAGs, proteoglicanas etc.).

Figura 8.3: (a) Fibras de colágeno são

formadas por feixes de fi brilas colágenas,

vistas em (b) em corte longitudinal e trans-

versal em torno de um fi broblasto. (Foto:

Molecular Biology of the Cell, 3rd ed.)

A associação entre os colágenos fi brilares do

tipo II e os colágenos associados a fi brilas do tipo

IX está esquematizada na Figura 8.4.

Figura 8.4: Os colágenos associados a

fibrilas se dispõem sobre as mesmas,

formando, neste exemplo, ligações cruzadas.

10-300nm Fibrila colágena

1,5nm Molécula de colágeno

10 a 300nm Fibrila colágena

0,5 a 3Pm Fibrila colágena

a

b

Tipo IX

Tipo II

BIOLOGIA CELULAR II | Matriz extracelular: as proteínas da matriz

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Assim, no tendão-de-aquiles as fibrilas colágenas se dispõem

paralelamente umas às outras, enquanto na pele elas se entrelaçam em várias

direções. Por conta disso, o tendão possui enorme resistência à tração no

sentido longitudinal, enquanto a pele é resistente a tensões de modo geral.

Nos ossos e na córnea, as fi brilas formam camadas; como num compensado

de madeira, cada camada se dispõe transversalmente à anterior, dando

grande resistência e pouca elasticidade ao tecido (Figura 8.5).

Figura 8.5: O colágeno associado às fibri-

las pode formar feixes paralelos, como em

(a), ou camadas ortogonalmente alter-

nadas, como em (b), ou feixes cruzados

resistentes a trações em vários sentidos (c).

Nas lâminas basais, estudadas mais adiante, o colágeno formador

de rede (tipo IV) forma um tapete de fi lamentos entrecruzados.

Por último, as fi brilas ancoradouras – colágenos que auxiliam na

conexão das células do epitélio ou endotélio ao tecido conjuntivo que

se localiza logo abaixo. Essas fi brilas são abundantes na pele.

!

RECORDAR E COMPARAR

Lembra da aula sobre microfi lamentos em Biologia Celular I? Pois é, os fi lamentos de

actina podem formar feixes paralelos muito resistentes (as fi bras de tensão) ou redes

entrecruzadas, de acordo com as proteínas que os conectam (respectivamente alfa-actinina

e fi lamina). Embora as fi brilas de colágeno estejam do lado de fora da célula e sejam

muito maiores (e mais fortes) que os fi lamentos de actina, o princípio de formar feixes

e aumentar a resistência é o mesmo. Observe a Figura 8.4 e compare com as da Aula 24.

a

b

c

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A
U

LA

8
M

Ó
D

U
LO

 2

POR QUE EXISTEM TANTOS TIPOS DE COLÁGENOS?

É que cada tipo realiza uma função específi ca. Os colágenos

formadores de fi brilas são o tipo básico de colágeno; os associados

às fi brilas servem para juntar várias delas e montar feixes altamente

resistentes, e os formadores de rede estão localizados na lâmina basal,

um verdadeiro assoalho para as células epiteliais e endoteliais. Alguns

tipos celulares, monócitos e neutrófi los, especifi camente, saem dos

vasos sanguíneos e atravessam a lâmina basal das células endoteliais

(células que formam o revestimento interno dos vasos) para combater

uma infecção em determinado tecido. Para poderem passar pela rede de

colágeno, essas células secretam localmente enzimas como a colagenase.

Assim, a rede de colágeno se abre e permite a passagem dessas células.

Da mesma forma, quando esses monócitos ou neutrófi los chegam ao

tecido, necessitam atravessar a lâmina basal das células epiteliais.

Tipo Forma polimerizada Distribuição tecidual

Formadores de
fi brilas

I Fibrila Ossos, pele, tendôes, ligamentos, córnea, outros órgâos internos

II Fibrila Cartilagem, humor vítreo do olho, disco intervertebral

III Fibrila Pele, vasos sangüíneos, órgâos internos

V Fibrila com tipo I Mesma que para tipo I

XI Fibrila com tipo II Mesma que para tipo II

Associados
a fi brilas

IX Associação lateral Cartilagens

XII Associação lateral Tendôes, ligamentos, outros tecidos

Formadores
de rede

IV Rede em forma de camada Lâmina basal

VII Fibrilas ancoradouras Abaixo do epitélio escamoso estratifi cado

Classe

A Tabela 8.1 sintetiza as principais características dos

colágenos mais conhecidos. Mutações que afetem qualquer um

dos tipos de colágeno causam graves malformações em seus

portadores (veja o boxe).

Tabela 8.1: Tipos de colágenos, suas propriedades e localização.

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AS DOENÇAS DO COLÁGENO

Mutações que afetam a síntese de colágeno, ou outros componentes da matriz,

resultam em vários tipos de anomalias, em geral bastante severas. Dentre as mais

importantes, podemos citar:

• osteogênese imperfeita: causada por mutação do gene para colágeno do

tipo I. É um traço dominante, pois, apesar de um dos alelos ser normal, o produto do

gene defeituoso impede a correta formação das fi bras colágenas;