METABOLISMO METABOLISMO
TESSUTO OSSEOTESSUTO OSSEO
Composizione del tessuto osseo
costituito da cellule non addossate le une alle altre, ma disperse in una abbondante matrice extracellulare costituita da una componente amorfa e da una componente fibrosa.
FibronectinaTrombospondinaOsteopontina
Tessuto connettivo
Cellula
Matrice extracellulare
Formazione dell’osso Demolizione ossea
Metabolismo osseoCon metabolismo osseo si intende l'insieme dei processi biochimici
responsabili della continua demolizione e rigenerezione ossea.
Visto che l'osso è composto da ca. 1/3 di proteine e 2/3 di minerali, si parla di
METABOLISMO PROTEICO
Biosintesi del
COLLAGENE
METABOLISMO MINERALE
Deposizione di
IDROSSIAPATITE
Metabolismo osseo
Metabolismo proteico
COLLAGENE
% COLLAGENE NEI DIVERSI TESSUTIContenuto % di collagene in peso nei diversi tessuti
4% nel fegato
10% nei polmoni
12-24% nella parete dell’aorta
50% nella cartilagine
23% nel tessuto osseo
68% nella cornea
72% nella pelle
Struttura del collageneProteina fibrosa
Tropocollagene
Struttura del collagene
Atomic Force Microscopy (AFM)
COLLAGEN TRIPLE HELIXCOLLAGEN TRIPLE HELIXStruttura del tropocollagene
- 6% del peso corporeo
-Unità strutturale: tropocollagene (285kDa)
-Forma: simil-treccia
-Tripla elica dx: 3 catene lineari (1000 aa
ognuna)
-Unità funzionale: GLY-X-Y-GLY-X-Y
- 33% glicina 21% prolina
- Ciascuna catena polipeptidica è
avvolta in senso sinistrorso
- Tra loro le 3 catene polipetidiche
sono avvolte in senso destrorso
• INSOLUBLE
• STABLE
• LONG BIOLOGICAL HALF-LIFE
• HIGH TENSILE STRENGTH OR CONTRACTIBILITY
Caratteristiche del tropocollagene
Aminoacidi «speciali»
idrossiprolina
idrossilisina
legami H tra le 3 catene
Punti di glicosilazione(glc o gal)
Idrossiprolina e idrossilisina- legami intracatenaModificazioni post-traduzionali
Vitamina C
Vitamina C
LEGAMI H INTRACATENA
MODIFICAZIONI POST-TRADUZIONALI
(glicosilazione)
Vitamina C
La vitamina C è presente in alcuni alimenti, insieme a bioflavonoidi, soprattutto nei vegetali a foglia verde, peperoni, pomodori, kiwi e negli agrumi, particolarmente concentrata nel frutto di ciliegia amazzonica, l'Acerola, e nella rosa canina. La vitamina può perdersi nel caso in cui questi alimenti vengano tenuti all'aria per molto tempo o dentro contenitori di metallo (es: rame). La cottura può comportare perdita di vitamina (in taluni casi fino al 75%); tale fenomeno può essere ridotto adottando una cottura che sia il più possibile rapida ed in poca acqua.Si calcola che la quantità minima giornaliera di vitamina C sia di circa 40-50 mg/die.
Deficit di Vit C:SCORBUTO
Allisina-legami crociatiModificazioni post-traduzionali
I residui di lisina sono ossidati ad allisina (aldeide).
Un residuo di allisina forma una base di Schiff con una lisina
Due molecole di allisina fanno condensazione aldolica
Funi metalliche
Struttura del collagene: altamente resistente
Biosintesi del tropocollageneAll’interno della cellula
DNA → mRNA → Pre-protocollagene
glicosilazione di lisina
procollagene
Estremità avvolgimento
Estremità secrezione
Idrossilazione di prolina e lisina
cofattoriVit C
O2
Nella cellula
Fuori dalla cellula
Processamento del tropocollageneAll’esterno della cellula
Vescicole di secrezione
Procollagenepeptidasi
tropocollagene
Lysyl Oxidase
O2, Cu
ASSEMBLAGGIO
Tropocollagene → Collagene
Tipi di collagene
-Rappresenta il 90% del collagene totale-Costituisce i principali t. connettivi: pelle, tendini, ossa e cornea
Collagene tipo I
Collagene tipo IV
Chirurgia estetica
il collagene è un biomateriale utilizzato nell’ingegneria tissutale per suture, bendaggi, innesti vascolari,valvole cardiache.
Ingegneria tissutale
Collagene → funzione di supporto → invecchiamento → degradazione e diminuzione del numero di fibre collagene
Componente amorfa della matrice extra-cellularePROTEOGLICANI
Le proteine strutturali fibrose della matrice extracellulare sono incorporate in un gel formato da
proteglicani. I proteoglicani sono formati da polisaccaridi detti glicosamminoglicani (GAG) legati ad
una proteina centrale. I GAG sono costitutiti da unità disaccaridiche che si ripetono. Un glucide del
disaccaride è la N-acetilglucosammina o la N-acetilgalattosamina mentre il secondo è di solito un
acido (acido glucuronico o iduronico).
ACIDO IALURONICO
scovolino
METALLOPROTEINASI
La matrice extracellulare contiene una serie di proteasi conosciute come metallo
proteinasi della matrice, o MMP.
Si tratta di proteasi contenenti zinco che utilizzano lo zinco per posizionare in modo
corretto l'acqua affinchè partecipi alla reazione proteolitica. Nell'uomo esistono
almeno 23 diversi tipi di MMP, che tagliano tutte le proteine che si trovano nella
matrice, tra cui il collagene e la laminina.
Poiché le MMP degradano i componenti della matrice extracellulare, la loro
espressione è importante per consentire la migrazione delle cellule e il
rimodellamento del tessuto durante la crescita e il differenziamento.
Formazione dell’osso Demolizione ossea
Metabolismo mineraleDeposizione di fosfato di calcio (calcio+fosfato)
IDROSSIAPATITE
Ca10(PO4)6(OH)2
60% calcio
30% fosforo
10% ossigeno e idrogeno
La quantità di CALCIO, nel corpo umano, è di ca. 1.5% del peso corporeo (a 70 kg ca. 1'000 gr). Gli osteoclasti, al giorno, scompongono ca. 1/2 grammo di calcio. Questo significa che lo scheletro, in un periodo di 5 - 6 anni, viene completamente demolito e ricostruito (1'000gr / 0.5gr/dì).[Ca] nel sangue = 2.25-2.6 mmol/L
Lo scheletro funge, oltre alle sue funzioni di sostenimento, anche come magazzino tampone per calcio e fosforo. Se la calcemia si abbassa, gli osteoclasti intensificano il loro lavoro di scomposizione. Se invece la calcemia aumenta, gli osteoblasti producono più fibrille sulle quali si può depositare l'idrossiapatite. Per il fosforo, le condizioni sono simili.
Infanzia
osteoblasti > osteoclasti
crescita dell’osso
Senescenza
osteoclasti > osteoblasti
diminuzione massa ossea
↓ Ca se ↑ P
↑ Ca se ↓ P
Meccanismo di regolazione
VITAMINA D• aumenta il riassorbimento osseo• necessaria per la normale mineralizzazione ossea, perché mantiene costanti i livelli di calcio e fosforo.•A livello renale aumenta il riassorbimento del calcio• 90% da colesterolo cute, 10% dieta
In parole povere, il ruolo della Vitamina D è quello di aumentare la concentrazione plasmatica degli ioni calcio.
estrogeni riassorbimento
glucocorticoidi riassorbimento
ormoni tiroidei stimolano il rimodellamento
FATTORI CHE INFLUENZANO IL TURNOVER DELL’OSSO
Metabolismo mineraleMeccanismi di regolazione di calcio e fosfato
↓ Ca se ↑ P
↑ Ca se ↓ P
Meccanismo di regolazione
PARATORMONE CALCITONINA CALCITRIOLO
84 AA
Prodotto dalle paratiroidi
Ormone ipercalcemizzante
+ assorbimento Ca nell’intestino
+ assorbimento Ca a livello renale
+ mobilitazione Ca osseo
32 AA
Prodotto dalla tiroide
Ormone ipocalcemizzante
Antagonista del paratormone
+ eliminazione Ca a livello renale
+ attività osteoblasti
Forma attiva della vit D3
Prodotto a livello renale
Ormone ipercalcemizzante
+ assorbimento Ca nell’intestino
+ assorbimento Ca a livello renale
- Rilascio di calcitonina
Stimola sintesi di calmodulina
IN MEDICINA: diagnosi del carcinoma
midollare della tiroide
IN MEDICINA: terapia farmacologica
di ipocalcemia e osteoporosi
Malattie metaboliche ossee
Difetti nella parte minerale Difetti nella parte proteica
deformazioni ma non rotture Alto rischio di rotture
Es. OSTEOMALACIA Es. OSTEOPOROSI
• struttura dell'osso sono normali
• mineralizzazione dell'osso insufficiente
• il rammollimento delle ossa lunghe può
determinare l'arcuarsi delle gambe
• deformità strutturali delle ossa lunghe
(grave inarcamento), delle ossa del
cranio e ingrossamento delle giunture
• perdita dell'equilibrio fra osteoblasti e osteoclasti. • osteoclasti lavorano più velocemente degli osteoblasti• modificazioni della microarchitettura delle ossa.• Nella menopausa si riscontra un maggiore produzione di
osteoclasti, causata dalla perdita di estrogeni • Con l'avanzare dell'età diminuisce l'attività degli
osteoblasti.
Malattie metaboliche osseerachitismo
• tipica dell'età pediatrica; • causato da un difetto di ossificazione della matrice
ossea; • colpisce sia gli uomini che gli animali nei primi mesi
di vita• Eziopatogenesi: alterazioni del metabolismo osseo e
della vitamina D;• Genetico/ non genetico • Quadri clinici diversi a seconda di età insorgenza e
gravità• Terapia: vit D, raggi UVA solari