Matriz Extracelular

a) Matriz extracelular en tejidos animales

Muchos tipos de células animales están rodeados por una matriz extracelular (MEC), una red organizada de materiales extracelulares  que se encuentra más allá de la proximidad inmediata de la membrana plasmática. La MEC es más que material inerte de empaque o un pegamento inespecífico que mantiene las células unidas; posee un papel regulador clave para determinar la forma y las actividades de la célula.

La membrana basal (lámina basal) es una matriz extracelular que esta presente como una hoja de 50 a 200nm de grosor que: 1) rodea a las células musculares y adiposas; 2) se encuentra bajo la superficie basal de los tejidos epiteliales, como la epidermis, o el recubrimiento del tubo digestivo y las vías respiratorias; y está bajo el recubrimiento endotelial de los vasos sanguíneos. Las membranas basales confieren soporte mecánico a las células que se unen a ellas, generan señales  que mantienen la supervivencia celular, sirven como sustrato para la migración celular, separan tejidos adyacentes dentro de un órgano  y actúan como barrera  al paso de macromoléculas. Las proteínas del espacio extracelular casi siempre son fibrosas y extendidas. Estas proteínas pueden disponerse por sí mismas en una red tridimensional interconectada (Figura 1).

Figura 1. Esquema de la matriz extracelular.

b) Biosíntesis de Colágena

Las colágenas son una familia de glucoproteínas fibrosas que sólo están presentes en las matrices extracelulares. El colágeno se origina por una proteína precursora (monómero) llamada tropocolágeno, el tropocolágeno está formado por tres cadenas polipeptídicas llamadas cadenas alfa. Cada cadena α está constituida por un polipéptido, formado por una repetición en tándem de tres aminoácidos siendo muy ricas en prolina o hidroxiprolina y glicina, las cuales son fundamentales en la formación de la superhélice. La hidroxiprolina constituye alrededor de un 10 a 12 % de todos los residuos aminoacídicos del colágeno, dependiendo dicho porcentaje del tipo de colágeno. La forma química más abundante de la hidroxiprolina que forma parte del colágeno es la 4-trans-OH-L-prolina. La triple hélice se mantiene unida entre sí debido a puentes de hidrógeno, que no afectan a todas las tres cadenas, sino aproximadamente a 2/3 de cada cadena alfa. Además, los tropocolágenos se unen entre sí por medio de enlaces entre algunos aminoácidos, llamados "crosslinkings". Además poseen unos pocos aminoácidos llamados lisinas, las cuales sufren transformaciones catalizadas por la enzima lisina oxidasa, la cual actúa sobre los residuos N, transformándolos en grupos aldehídos, por lo que la lisina pasa a llamarse alisina, la cual es capaz de reaccionar con otro residuo de lisina mediante una condensación aldólica y deshidratación para dar lugar a un entrecruzamiento que favorece la consolidación de las fibrillas de colágeno (Figura 2).

Figura 2. Síntesis de colágeno.

c) Glucosaminglicanos y proteoglicanos

Además de la colágena, las membranas basales y otras matrices extracelulares contienen grandes cantidades de un tipo distintivo de complejo proteína-polisacárido denominado proteoglicano. Un proteoglicano consiste en una molécula de proteína central a la cual se le unen por enlaces covalentes cadenas de glucosaminglicanos (GAG). Cada cadena de glucosaminglicano se forma de un disacárido repetido, esto es, que tiene una estructura A-B-A-B-A-, en la que A y B representan dos azúcares distintos. Los GAG son muy ácidos por la presencia de grupos sulfato y carboxilo unidos a los anillos de los azúcares. Los proteoglicanos de la matriz extracelular pueden ensamblarse en complejos gigantes mediante la unión de sus proteínas centrales a una molécula de ácido hialurónico, un GAG sin sulfato. A causa de las cargas negativas producidas en los GAG sulfatados, los proteoglicanos se unen con cationes , los que a su vez se unen con moléculas de agua. Como resultado, los proteoglicanos forman un gel hidratado poroso que llena el espacio extracelular como material de empaque y resiste las fuerzas de compresión. Esta propiedad complementa la de las moléculas adyacentes de colégeno, que resisten a las fuerzas de atracción y proporcionan un andamiaje para los proteoglicanos. En conjunto,  las colégenas y los proteoglicanos dan al cartílago y a otras matrices extracelulares fuerza y resistencia a la deformación.

d) Otras proteínas estructurales de matriz extracelular

Fibronectina: Es una glicoproteina dimerica presente en la matriz extracelular (MEC) de la mayoría de los tejidos celulares animales compuesta por dos subunidades muy largas unidas por puentes disulfuro situados cerca del extremo carboxilo. Cada subunidad esta formada por una serie de dominios funcionalmente distintos separados por regiones polipeptídicas flexibles. Estos dominios están compuestos por módulos más pequeños que, al repetirse secuencialmente y estar codificados por un exón diferente, sugieren que el exón de la fibronectina se originó por duplicaciones exónicas múltiples.

Laminina: Es una glicoproteína que forma parte de la lámina basal asociada a otras proteínas como el colágeno, entactina, proteoglucanos y fibronectinas. Tiene una longitud de 120 nm, y atraviesa toda las capas de la lámina basal. Su función es anclar las células epiteliales a la lámina densa pues tiene sitios de unión para moléculas de integrinas de la membrana celular de la base celular.

Referencias:

• Gerald Karp, Biología Celular y Molecular “Conceptos y Experimentos”, 4a edición, Mc Graw Hill, 2005.
• Jan Koolman and Klaus-Heinrich Roehm, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme.