Desmosina

A desmosina é un aminoácido moi peculiar que se encontra unicamente na proteína do tecido conxuntivo elastina, como por exemplo, baixo a pel, nos pulmóns e nas arterias elásticas. Ten catro cadeas derivadas da lisina, cada unha cun grupo carboxilo, que radian desde un núcleo central de tipo piridinio.

A desmosina é un compoñente da elastina e establece enlaces cruzados coa isodesmosina (outro aminoácido similar exclusivo da elastina), dándolle elasticidade ao tecido. A detección da desmosina na urina, plasma sanguíneo e mostras de esputos pode ser un marcador da degradación da elastina debido a unha alta actividade de elastase relacionada con certas enfermidades.Millipore product catalogue, purified desmosine 

 Estrutura 

A desmosina e a isodesmosina están compostas por catro residuos de lisina, o que lles permite enlazarse por medio delas a múltiples cadeas peptídicas. Os catro grupos derivados da lisina combínanse formando un núcleo de piridinio, que pode ser reducido para neutralizar a carga asociada e incrementar a hidrofobicidade. As catro lisinas constitúen cadeas laterais arredor do núcleo de piridinio deixando os catro grupos carboxilo expostos. A desmosina está asociada coa alanina, enlazándose con ela na parte N-terminal. Esta asociación coa alanina permite que a desmosina se enlace ben con pares de tropoelastina, para formar así a elastina e as redes de elastina.

 Propiedades materiais 

A masa molecular deste raro aminoácido é 526,611 g/mol. O anel de piridinio da desmosina ten tres cadeas laterais alisil e  unha cadea lateral lisil inalterada. Comprobouse en experimentos que o núcleo de piridinio da desmosina permanece intacto mesmo a altas enerxía de colisión.

 Síntese 
Hai diversas rutas para a produción de desmosina en varias conformacións, tanto por biosíntese nos organismos vivos coma por síntese en sistemas artificiais.

 Biosíntese 

A formación de desmosinas ocorre durante a formación de tropoelastina, precursor da elastina. A tropoelastina carece inicialmente destas moléculas de enlace tan complexas, e ten unha constitución similar á dos estadios finais da elastina, pero contén unha maior cantidade de cadeas laterais de lisina, o que se corresponde directamente coas desmosinas que aparecerán despois. Estas moléculas precursoras son procesadas por deshidroxenación, xunto con dihidroD, e finalmente forman elastina enlazada con desmosina. Por medio da acción do encima lisil oxidase, os grupos c-amino lisil oxídanse, formando alisina. Esta condénsase espontaneamente con outras moléculas de alisina para formar un enlace bifuncional, alisina aldol, ou co grupo c-amino da lisina, formando deshidrolisinonorleucina. Estes compostos son despois condensados para formar uns enlaces cruzados de piridinio tetrafuncionais de desmosinas e isodesmosinas. Estas reaccións ocorren coas lisinas en áreas cunha alta cantidade de alanina, debido a que a alanina ten unha cadea lateral pequena que non bloquea a unión do encima aos grupos lisina.

 Síntese no laboratorio 

As desmosinas poden sintetizarse no laboratorio por algúns métodos, como as reaccións de acoplamento cruzado catalizadas por paladio. Os diversos tratamentos poden dar lugar a conformacións lixeiramente diferentes.
miniatura|Proceso da síntese de desmosina por medio de rutas biolóxicas, creando o anel de piridinio a partir de cadeas laterais lisil.

 Enlaces 

miniatura|Enlaces de desmosina en áreas ricas en alanina que permiten que os encimas se una ao substrato e creen enlaces cruzados dobres.
Algúns modelos de enlaces de desmosina creados por medio do estudo da elastina de ligamentos bovinos suxiren que as diferentes cadeas peptídicas da rede de elastina están enlazadas por unha combinación de enlaces de desmosina e enlaces cruzados secundarios. Este modelo ten os enlaces de desmosina preto dunha alanina da cadea peptídica, despois establécense enlaces con outros tres aminoácidos en dúas cadeas peptídicas, a pesar de que tería a capacidade de unirse ata a catro cadeas peptídicas. Suxeriuse que os enlaces cruzados secundarios ocorren coa desmosina ou coa lisinonorleucina, que mantén unha conformación en hélice alfa nas seccións ricas en alanina dos péptidos.

Tanto a isodesmosina coma a desmosina poden ter sitios de enlace similares na elastina. O máis común é que aparezan moi próximos entre si na cadea peptídica.

 Enlaces na elastina/coláxeno 

A desmosina ten un número de doantes de enlaces de hidróxeno de oito e un número de aceptores de enlaces de hidróxeno de doce.National Center for Biotechnology Information. PubChem Compound Database; CID=25435, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/25435 (consultado o 13 de abril de 2018)

 Función 

A elastina é unha proteína da matriz extracelular que proporciona elasticidade e o seu precursor soluble é a tropoelastina. Cando a elastina establece enlaces cruzados orixina desmosina e isodesmosina.Schräder, C. U., Heinz, A., Majovsky, P., & Schmelzer, C. (2015). Fingerprinting Desmosine-Containing Elastin Peptides. American Society for Mass Spectrometry,26(5), 762-773. doi:10.1007/s13361-014-1075-9 Link to article: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs13361-014-1075-9.pdf Cando aparece a desmosina, xeralmente está agrupada coa isodesmosina, o outro aminoácido tetrafuncional que é específico da elastina.

 Uso actual en medicina 

A desmosina non só pode encontrarse na elastina, senón tamén na urina, plasma, esputos e hai diferentes xeitos de identificar e medir a súa cantidade. Isto significa que se pode usar como biomarcador da degraación da elastina, o que pode servir para a detección de, por exemplo, a enfermidade pulmonar obstrutiva crónica (EPOC). A desmosina é un biomarcador potencial para a degradación da matriz. A desmosina é un dos biomarcadores máis vellos entre os utilizados en medicina e foi desenvolvido na década de 1960, pero por primeira vez foi corelacionada co contido de elastina dos pulmóns na década de 1980 por medio da súa excreción urinaria, e aínda se fan investigacións para validar o seu uso.
miniatura|Espectrometría de masas da desmosina. DOI:10.1007/s13361-014-1075-9
A desmosina e a isodesmosina non poden diferenciarse facilmente. Actualmente, utilízase a espectrometría de masas para esta diferenciación.

 Aplicacións e estudos 

miniatura|Organización da elastina (en vermello) e núcleos celulares (en azul) en dous tendóns equinos, xove e vello. Ao incrementarse a idade, hai un decrecemento distinto do contido de elastina no tendón flexor dixital superficial comparado co tendón extensor dixital común.

Como a desmosina é máis frecuente na elastina madura, pode ser localizada e medida en mostras de urina despois da degradación da elastina no corpo humano. A desmosina non se encontra noutras moléculas do corpo nin de fóra do corpo, polo que serve como marcador clave da degradación da elastina. A desmosina "foi estudada como marcador da degradación da elastina en varias condicións pulmonares crónicas, como a enfermidade pulmonar obstrutiva crónica (EPOC), fibrose quística e uso crónico do tabaco." Nun estudo, os ratos hiperóxicos que están formando alvéolos como resultado da maduración pulmonar tamén mostran cambios drásticos no coláxeno e a elastina dos pulmóns, así como cambios nos enlaces cruzados que estas moléculas teñen. Noutro estudo, pacientes falecidos por síndrome de dificultade respiratoria aguda tiñan concentracións mais altas de desmosina na urina que os pacientes que sobreviviron a esa doenza, e esas maiores concentracións de desmosina indicaban que "ocorrera un dano máis grave na matriz extracelular na maioría dos pacientes críticos [de lesión pulmonar aguda]."

Porén, arguméntase nese mesmo estudo que a desmosina "non se correclaciona ben con marcadores de gravidade da enfermidade", e corelaciónase só debilmente coa idade. Ao contrario, suxiren "que na desmosina pode ser máis útil para entender a patoxénese da lesión pulmonar aguda e menos útil como marcador da gravidade da enfermidade.” O estándar actual para medir, por exemplo, a progresión da enfermidade pulmonar, é medila por medio do volume respiratorio forzado nun segundo comparado coa capacidade pulmonar máxima; noutras palabras, o volume de aire que unha persoa pode exhalar dos pulmóns cheos nun segundo comparado coas súas capacidades plmonares máximas. Este método, aínda que é simple e ten significado fisiolóxico, ten limitacións biolóxicas, e así búscase un marcador biolóxico superior. A desmosina foi estudada como marcador biolóxicom desde a década de  1980 para ligar a concentración de desmosina urinaria coa degradación da elastina nos pulmóns, pero as evidencias son insuficientes sobre a súa utilidade.

En ortopedia veterinaria un estudo examinou os tendóns equinos e como o seu incremento de rixidez e fatiga coa idade era debida á fragmentación da elastina nos tendóns. Analízáronse o tendón flexor dixital superficial (TFDS) e o tendón extensor dixital común (TEDC) para ver a composición da súa elastina, comparando os tendóns máis vellos con máis xoves. Aínda que ambos os tendóns son tendóns posicionais, que permiten que os músculos movan o esqueleto, o TFDS tamén almacena enerxía e é moito máis elástico que o TEDC debido á "especialización [da matriz interfascicular] para permitir o esvaramento interfascicular repetido e o retroceso." As concentracións da desmosina son moito maiores en tendóns novos que en tendóns que xa se degradaran parcialmente, o que suxire que non só hai unha fragmentación da elastina do tendón coa idade, senón tamén unha composición de desmosina na elastina total menor no TFDS, aínda que isto non era así no caso do TEDC examinado.

Tamén se realizaron investigacións para determinar a estrutura de enlaces cruzados da elastina, nun intento de comprender mellor a relación entre a elastina e doenzas pertinentes, como a fibrose quística, enfermidade plmonar obstrutiva crónica (EPOC) e aneurismas aórticos. Un estudo tiña o obxectivo de encontrar esta estrutura por medio de síntese dun péptido cíclico que contén desmosina, para imitar parcialmente a elastina na esperanza de realizar unha espectrometría de masas ao péptido para revelar a estrutura de enlaces cruzados. O composto que imitaba a elastina foi sintetizado finalmente e, aínda que polo momento non se fixo o traballo para aclarar a estrutura de enlaces cruzados da elastina, a espectrometría de masas preliminar demostrou a presenza dos ións formados esperados nas reaccións químicas utilizadas.

 Notas 

Categoría:Estrutura das proteínas
Categoría:Péptidos
Categoría:Compostos de piridinio