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Capitolo 7
INTERAZIONI TRA LE CELLULE E IL LORO AMBIENTE
colare delle membrane basali verrà discussa in seguito (vedi
Figura 7.12). Quelle cellule che non poggiano su una mem-
brana basale, come i fibroblasti del tessuto connettivo, sono
tipicamente circondate da una MEC meno organizzata, che
consiste prevalentemente di fibrille filiformi.
La matrice extracellulare può persino assumere diverse
forme nei differenti tessuti ed organismi, ma generalmente
essa è composta da macromolecole simili. Al contrario della
maggior parte delle proteine presenti nelle cellule, che sono
compatte molecole globulari, la maggior parte delle proteine
dello spazio extracellulare sono estese molecole
fibrose
. Que-
ste proteine sono secrete nello spazio extracellulare dove
sono capaci di autoassemblarsi in una rete tridimensionale
interconnessa, che è mostrata nella Figura 7.5 e discussa nei
paragrafi seguenti. Tra le loro diverse funzioni, le proteine
della MEC servono come impalcature, travi, cemento e reti.
Come evidenziato in tutta la discussione seguente, le altera-
zioni nella sequenza amminoacidica delle proteine extracel-
lulari possono portare a gravi malattie. Inizieremo con una
delle molecole più importanti ed ubiquitarie della MEC, la
glicoproteina collagene.
Il collagene
I
collageni
sono una famiglia di glicoproteine
fibrose presenti esclusivamente nelle matrici extracellulari.
Essi si trovano in tutto il regno animale e sono caratterizzati
da un’elevata resistenza alla trazione, cioè la resistenza a for-
ze di stiramento. È stato stimato che una fibra di collagene
del diametro di un millimetro sia in grado di mantenere in
sospensione un peso di 10 kg (22 libbre) senza rompersi.
Il collagene è il tipo di proteina più abbondante del corpo
umano (costituisce più del 25% delle proteine totali) e ciò
riflette l’ampia distribuzione dei materiali extracellulari.
Il collagene è prodotto principalmente dai fibroblasti,
cellule presenti in vari tipi di tessuti connettivi, ma anche
dalle cellule muscolari lisce ed epiteliali. Sono stati identi-
ficati più di ventisette tipi distinti di collageni umani. Ogni
tipo di collagene ha una sua particolare localizzazione nel
corpo, ma due o più differenti tipi sono spesso presenti
insieme nella stessa MEC. Un’ulteriore complessità fun-
zionale è fornita dalla presenza di tipi diversi di collageni
all’interno della stessa fibra. Questi tipi di fibre “eterotipi-
che” sono l’equivalente biologico di una lega di metalli. È
probabile che le diverse proprietà strutturali e meccaniche
dipendano dalle differenti miscele di collageni nelle fibre.
Nonostante vi siano molte differenze tra i diversi membri
della famiglia dei collageni, tutti condividono almeno due
importanti caratteristiche strutturali: (1) tutte le molecole di
collagene sono dei trimeri formati da tre catene polipeptidi-
che, chiamate catene
a
; (2) per almeno una parte della loro
lunghezza, le tre catene polipeptidiche che formano una
molecola di collagene sono avvolte l’una intorno all’altra in
una caratteristica tripla elica (Figura 7.6
a
).
Le catene
a
delle molecole di collagene contengono
grandi quantità di prolina e molti dei residui di prolina (e
lisina) sono idrossilati dopo la sintesi del polipeptide. Gli
amminoacidi idrossilati sono importanti per assicurare la
stabilità della tripla elica mediante la formazione di legami
idrogeno tra le catene componenti. La mancata idrossila-
zione delle catene di collagene ha serie conseguenze sulla
struttura e sulla funzione dei tessuti connettivi. Ciò risulta
evidente nei sintomi dello scorbuto, una malattia derivante
dalla carenza di vitamina C (acido ascorbico) e caratteriz-
zata da gengive infiammate e perdita dei denti, difficoltosa
guarigione delle ferite, ossa fragili e indebolimento della pa-
rete dei vasi sanguigni, con conseguenti emorragie interne.
L’acido ascorbico è richiesto come coenzima dall’enzima
che addiziona gruppi ossidrilici agli amminoacidi lisina e
prolina del collagene.
Alcuni collageni, tra cui i tipi I, II e III, sono chiama-
ti
collageni fibrillari
perché si assemblano in fibrille rigide
Figura 7.4
La membrana basale (lamina basale).
(
a
) Fotografia di
cute umana vista al microscopio elettronico a scansione. L’epidermide
è stata staccata dalla membrana basale, visibile al di sotto delle cellule
epidermiche. (
b
) Una membrana basale particolarmente spessa è pre-
sente nel rene fra i vasi sanguigni del glomerulo e l’estremità prossimale
dei tubuli renali. Questo strato extracellulare svolge un ruolo importante
nella filtrazione del fluido che viene spinto fuori dai capillari nei tubuli
renali durante la formazione dell’urina. I punti neri all’interno della mem-
brana basale del glomerulo (MBG) sono particelle di oro coniugate ad
anticorpi che si legano alle molecole di collagene di tipo IV della mem-
brana basale (LC: lume del capillare; P: podocita del tubulo renale). La
barra rappresenta 0,5
m
m.
(
A
: P
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.
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B
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. 113:695, 1991; F
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(a)
Membrana basale
Derma
Nucleo
Epidermide
(b)
LC
MBG
P