LA FUERZA DEL COLÁGENO

Fuente: http://www.investigacionyciencia.es/noticias/la-fuerza-del-colgeno-13040

Las fibras de colágeno no solo ofrecen soporte pasivo a los huesos, tendones y ligamentos, sino que también se contraen activamente.

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La estructura molecular básica del colágeno consiste en una cadena helicoidal triple. [Wikimedia Commons]

El cuerpo humano y de los animales debe su fuerza sobre todo a una proteína estructural fibrosa llamada colágeno. Este es abundante en los huesos, tendones, ligamentos y piel. El agua, una sustancia que no suele asociarse con la fuerza, es un componente intrínseco de colágeno, según han demostrado investigadores del Instituto Max Planck y del Instituto de Tecnología de Massachusetts. El equipo dio a conocer que la eliminación de agua de las fibras de colágeno tiene efectos drásticos sobre sus características moleculares y nanoscópicas. Las fibras se contraen y generan fuerzas de tracción unas 300 veces más altas que las ejercidas por los músculos humanos. Estos hallazgos podrían ayudar a los investigadores a desarrollar nuevos materiales y también indican que el colágeno desempeñaría una función más activa de lo que se pensaba. De hecho, no actúa simplemente como una estructura estabilizadora para el cuerpo, sino que también puede originar tensiones, por ejemplo, durante la síntesis de los huesos.


El colágeno posee una estructura jerárquica. Cada fibra consta de numerosas fibrillas y, dentro de ellas, las moléculas de colágeno se disponen formando cadenas helicoidales en grupos de tres, enrolladas una sobre la otra. Esta organización da lugar a una alternancia de zonas más y menos densas a lo largo de las fibrillas.
Los investigadores han examinado las características del colágeno; en concreto, cómo varía su función según el contenido de agua. Por primera vez, se han combinado varios métodos para estudiar los distintos niveles de la estructura jerárquica del colágeno, a la vez que se ha controlado su contenido en agua en una cámara de humedad. Mediante un dispositivo especial en la cámara, se han medido las fuerzas de tracción que actúan sobre el colágeno extraído de colas de rata. Los datos obtenidos se han comparado con modelos informáticos de las fibrillas de colágeno desarrollados por el equipo.
El agua, componente intrínseco
Los resultados indican que el agua es un componente fundamental del colágeno. Representa aproximadamente el 60 por ciento de la sustancia en peso. Las moléculas de agua se unen fuertemente al colágeno y se adaptan a su forma de hélice, según observaron los investigadores al emplear difracción de rayos X. Esta técnica reveló detalles de la estructura helicoidal, como el ángulo de las vueltas y el diámetro de la hélice.
Dado el alto contenido de agua en el colágeno, no es sorprendente que su eliminación tenga efectos drásticos. Si la humedad relativa se reduce del 95 al 5 por ciento, la sustancia prácticamente se seca, las moléculas de colágeno se acortan un 1,3 por ciento y las fibrillas correspondientes un 2,5 por ciento. A pesar de este cambio relativamente pequeño en longitud, se genera una fuerza de tracción de unos 100 megapascales, unas 300 veces superior a la producida por el músculo contráctil.
El equipo también identificó el mecanismo que subyace a esta contracción. Mediante espectroscopía Raman, observaron que estaba causada por cambios conformacionales en las cadenas moleculares del colágeno. Un detalle interesante del mecanismo es que, al perder agua, las regiones más densas de las fibrillas se alargaban, mientras que las más tenues se acortaban. El efecto neto era la contracción.
Aunque la deshidratación masiva a la que se sometió el colágeno en la cámara de humedad no se produce en condiciones fisiológicas, la eliminación de agua puede ser lo suficientemente importante en condiciones biológicas para que el colágeno genere tanta fuerza de tracción como los músculos humanos.
La biomolécula podría también desempeñar un papel activo, y no el simplemente pasivo de ofrecer elasticidad y estabilización mecánica al cuerpo. Por ejemplo, durante la síntesis ósea, el agua sería eliminada de la matriz de colágeno y ello provocaría la contracción del tejido. En consecuencia, el hueso se comprimiría, con lo que se impediría que la parte mineral, muy frágil, se rompiera por las tensiones de tracción.
En un futuro próximo, los investigadores planean investigar el posible papel fisiológico de contracción del colágeno en diversos tejidos.
Más información en Nature Communications
Fuente: Instituto Max Planck de Coloides e Interfases