Biochimia pielii

Biochimia pielii

Activitatea fiziologica normala a pielii este dependenta de structura sa chimica, de substantele necesare activitatii celulare. In compozitia chimica a pielii intra:

- apa;

- substante anorganice;

- substante organice;

- vitamine;

- grasimi;

- enzime.

1. Apa. Este una din componentele biochimice cu rol important in metabolismul general al organismului; continutul in apa al organismului uman este cuprins intre 58 - 66% apa. La un om adult cu o adipozitate normala (22%), organismul cuprinde apa in proportie de circa 60% din greutate. Cantitatea de apa din organism depinde de varsta (organismul copilului la nasterea contine 66% apa) si apoi scade incet cu varsta intrand in limitele mentionate, ea variaza si in raport cu sexul fiind in general mai ridicata la barbati decat la femei (tabel III).

Tabelul III. Continutul in apa al unor organe

Lichidele din organism (in afara de sange), cuprind intre 96 - 99% apa, tesuturile 70 - 83% si scheletul 22%.

Pielea este considerata ca unul dintre cele mai importante organe depozitare a apei din organism. Pielea in totalitate (derm si epiderm) contine 7 - 11% din apa din organism.

Rothman mentioneaza ca in organismul unui adult de 65 kg, exista 7,5 kg apa in care include si grasimea subcutanata.

Cantitatea de apa din piele creste in cazul unor afectiuni cum sunt: eczeme, psoriasis, eritrodermii etc.

2. Substante anorganice

Sunt reprezentate de o serie de cationi si anioni cum sunt: sodiu, potasiu, calciu, magneziu, cupru, zinc, fier, sulf, fosfor, clor, fluor.

Sodiul este prezent in tesutul conjunctiv, potasiu in epiderm si anexe. Calciul se gaseste in cantitati mai mari in tesutul conjunctiv.

Dintre anioni, mentionam clorul, care se gaseste in cantitate mare in piele, ea fiind organul cel mai bogat in clor (mai ales corionul constituie un rezervor important de apa si clor).

Pielea contine 32% din cantitatea totala de clor.

Pielea joaca un rol important in metabolismul sulfului, fiind organul cel mai bogat in sulf, ea contine numerosi aminoacizi cu sulf.

Substante organice

Substantele organice sunt reprezentate de: proteine, hidrati de carbon si lipide.

1. Proteinele

Sunt substante macromoleculare azotate, care dupa apa reprezinta constituentul cel mai important al organismului, datorita multiplelor si variatelor roluri pe care le indeplinesc (ele intra in structura celulelor din tesuturi si organe, sunt constituentii principali ai hormonilor, etc.).

Dupa formarea moleculei se disting doua grupe mari: proteinele globulare (sferice sau elipsoidale), solubile in apa, solutii apoase, acizi baze, alcooli (in aceasta grupa intra protaminele, histonele, albuminele, globulinele) si proteinele fibrilare (cu molecula alungita): in general insolubile in solventii mentionati, rezistente la digestia enzimatica proteolitica. Ele se intalnesc in piele, par, unghii, tesuturi de sustinere si constituie un grup de proteine eterogene, denumite scleroproteine; din aceasta grupa fac parte: colagenul, elatina si keratina.

Dupa compozitia chimica se impart in: proteine simple, care prin hidroliza pun in libertate numai aminoacizi si conjugate, care in afara de aminoacizi mai contin o componenta neproteica - grup prostetic (acid fosforic, glucide, lipide, acizi nucleici, hem) cum este cazul fosfoproteinelor, glicoproteinelor din tesutul conjunctiv, lipoproteinele, nucleoproteinele, cromoproteinele.

Dintre proteinele intalnite in piele, importanta prezinta keratina, elastina.

Proteinele din epiderm. Keratina, este o proteina specifica care intra in compozitia substantelor cornoase a epidermului, parului, unghiilor. Din punct de vedere chimic, keratina se caracterizeaza print-un continut mare de diaminoacizi si aminoacizi cu sulf (cistina, cisteina, histidina, triptofanul, leucina, izolecucina, tirozina, etc.), dintre care predomina cisteina, care-i confera rigiditatea prin formarea puntilor disulfidice.

In stratul cornos din palma umana s-au pus in evidenta urmatorii amionoacizi (Muteing si colab.)(tabel IV).

Tabel IV. Continutul in aminoacizi a keratinei din palma

Exista unele diferentieri ale keratinei din componenta parului si a acelei din epiderm. In primul caz se remarca predominenta cistinei (16-18%) si a sulfului (5,20%) pe cand in epiderm cistina reprezinta numai 2,5%, iar sulful 2 - 3 %, in schimb se gaseste o cantitate mai mare de histidina.

Keratina previne din biosinteza aminoacizilor, pe de-o parte si din keratohialina, pe de alta parte, care este considerata ca un precursor al keratinei. Granulele de keratohialina sunt constituite dintr-un complex de lipoproteine si mucopolizaharide.

Studiile in domeniul difractiei, cu raze X intreprinse de Swanbeck, evidentiaza participarea lipidelor in procesul de keratinizare. S-a constat ca fibrele proteice din stratul cornos (diametrul 250 Å), sunt inconjurate de o zona lipidica de circa 80 Å, iar orice anomalie in metabolismul lipidic induce un proces patologic de keratinizare. Aceste argumente confirma participarea lipidelor in acest proces complex.

Structura keratinei. Cu ajutorul difractiei razelor X de catre proteine (in stare cristalina sau fibroasa), s-au pus in evidenta diferite structuri spatiale ale catenelor polipeptidice. S-a constatat de Pauling si Corey, ca lanturile pot fi rasucite in spirala (helix, structura a) sau dispuse in 'foaie plianta' (structura b) (fig. 5).

Majoritatea cercetarilor admit astazi modelul helicoidal cu caractere bine determinate. Configuratia a-keratinei se intalneste in firul de par. Astbury denumeste aceasta configuratie, configuratia a, iar keratina corespunzatoare a-keratina. In prezenta umezelii catenele polipeptidice se extind complet formand o noua configuratie, configuratia b-keratinei. In epiderm keratina prezinta configuratia a.

Keratina este o proteina greu solubila si nu este hidrolizabila de enezimele proteolitice, proprietati datorate rezistentei legaturilor disulfidice -S -S- din keratina, alaturi de care mai participa si alte tipuri de legaturi (N-H⁺O=C), forte de atractie Van der Vaals. Prin ruperea legaturilor -S-S- din keratina se formeaza mercaptoderivati si acid sulfuric, care pot da nastere apoi la produsi de oxidare (alcooli, aldehide, acizi). Keratina este hidrolizata de acizi si baze concentrate.

Unii cercetatori admit trecerea a - keratinei in b - keratina, datorita scindarii puntilor de hidrogen intralant. S-a constatat ca a - keratina din epiderm prin incalzire la 85⁰C poate trece in configuratia b in timp ce a - keratina din par si unghii isi pastreaza configuratia

Fig.5. Structura secundara a catenei polipeptidice. Catena polipeptidica cu structura a - helicoidala.

Prin calitatea sa de a reflecta, difuza si absorbi radiatiile solare, keratina constituie un ecran alaturi de melanina, impotriva radiatiilor luminoase si ultraviolete.

Proteinele din derm. Proteinele din derm sunt alcatuite dintr-o retea de fibre proteice, o matrice interfibrilara si celulele dermului.

Reteaua proteica, reprezinta 15% din greutatea dermului proaspat sau 75% din cea a dermului uscat, delipidat. Aproximativ 90% din fibrele proteice ale dermului sunt formate din colagen, 10% din elastina si o foarte mica cantitate de reticulina (proteina fibrelor reticulate).

Colagenul. Reprezinta o proteina foarte importanta, aproximativ jumatate din totalitatea proteinelor existente in organismul uman (derm, ligamente, tendoane, cartilaje si alte tesuturi conjunctive) sunt reprezentate de colagen. In compozitia colagenului din derm se gasesc doua fractiuni: colagenul solubil si colagenul insolubil.

Colagenul solubil, denumit inca tropocolagen, se poate obtine prin macerare (18 ore la 5⁰C) sub forma unui extract vascos, cu o solutie de clorura de sodiu sau cu un tampon fosfat (pH 7,6). Tropocolagenul are molecula cu o lungime de 280 nm, diametrul 1,4 nm si alcatuieste fibrele de colagen din tesutul conjunctiv.

Tropocolagenul care se formeaza 'in vivo' este considerat ca unitatea monomera a fibrelor de colagen, iar precursorul tropocolagenului este procolagenul sau forma de transport a colagenului.

Fibra de colagen este alcatuita din trei lanturi polipepptidice dispuse helicoidal (forma a). Greutatea moleculara a tropocolagenului atinge 300.000, la 350 - 400 resturi de aminoacizi, din care 120 sunt resturi de lizina si hidroxilizina.

Din punct de vedere chimic, colagenul contine cantitati mari de glicoli (30%), prolina si hidroxiprolina (25%). Acesti ultimi doi aminoacizi confera rigiditate si stabilitate moleculei de colagen.

Prin studiul difractiei cu raze X a proteinelor fibrilare (Ellis, Mc Gavin 1970), au ajuns la concluzia ca moleculele de colagen sunt formate din helicuri inmanunchiate de polipeptide. Fiecare manunchi contine trei lanturi polipeptidice (pauling si Corey 1951); fiecare lant se roteste in jurul axei sau formand helixul minor (care contine 3 aminoacizi), iar cele trei lanturi sunt usor rotite unul in jurul celorlalte, format din 10 resturi de aminoacizi) (fig. 6).

Fig.6.Structura macromoleculei de colagen a, b, c - reprezentare schematica

Colagenul insolubil, rezulta din colagenul matur din 'vivo' si mai poarta denumirea de colastromin. Acesta se deosebeste electronoptic, histologic si spectroscopic de cel solubil. El se poate obtine din tratarea colagenului din tesutul cutanat cu o solutie de uree 6 M.

Elastina. Intra in componenta fibrelor elastice din piele, din punct de vedere morfologic se prezinta diferit; unele fibre au aspect neregulat cu ramificari, iar altele formeaza adevarate retele. Din punct de vedere biochimic fibrele elastice prezinta trei componente: o componenta proteica, mucopolizaharide acide si neutre si o componenta lipidica. Reactiile histochimice confirma prezenta acestor componente: reactia de reducere pentru glucide si reactiile Schiff si cu derivati osmici, pentru lipide.

Elastina contine cantitati mari de alanina, valina, prolina si cantitati mici hidroxiprolina (1 - 6%), ceea ce le diferentiaza de colagen. In compozitia elastinei se semnaleaza prezenta a doi aminoacizi specifici, desmozina si izodesmozina. Culoarea galbena a tesuturilor care contin elastina se datoreaza unui pigment fluorescent, numit pigment galben.

Elastina confera elasticitate fibrelor elastice, a caror proprietati scad prin depozitarea in elastina a derivatilor de colesterol.

Reticulina. Reprezinta o alta componenta a retelei proteice din derm, ea se situeaza intr-o pozitie intermediara intre colagen si elastina din punct de vedere a compozitiei chimice. In aceasta proteina s-a gasit mai multa hidroxiprolina decat in elastina si cantitati relativ mari de leucina si izoleucina, asemanator elastinei. Principala diferenta intre reticulina si colagen o constituie prezenta unui numar mare de grupari glucidice continute de reticulina. Fibrele de reticulina nu sunt sensibile la actiunea hialuronidazei, ceea ce indica lipsa mucopolizaharidelor din molecula. Reticulina din piele poseda o structura in care intra complexe glicoproteice cu o organizare macromoleculara care depinde de organ.

Fibrele de colagen predomina in orice regiune a dermului, elastina si reticulina sunt mai frecvent intalnite in stratul papilar al corionului.

Matricea interfibrilara (substanta interfibrilara, fundamentala). Are consistenta unui gel imprimata de prezenta unei retele submicroscopice tridimensionale, constituita din complecsi mucopolizaharidici si proteine. Ochiurile acestei retele contin apa in care sunt dizolvate electroliti (NaCl, HCO₃Na, etc.), substante organice cu greutate moleculara mica (glucoza, aminoacizi) si proteine asemanatoare celor serice.

Celulele dermului. Ocupa un volum redus in comparatie cu cel al fibrelor de colagen si a substantei fundamentale.

O parte din afectiunile dermice, produc dezorganizarea colagenului sau a substantei fundamentale; in general proportia de substanta de baza descreste cu varsta.

2. Hidratii de carbon

Hidratii de carbon din compozitia chimica a pielii sunt constituiti din monozaharide si polizaharide.

Monozaharidele, sunt reprezentate in special de glucoza, intalnita in celulele stratului bazal si malpighian.

Polizaharidele, sunt produsi de policondensare a monozaharidelor tipice (aldoze, cetoze) sau din derivatii acestora, acizi uronici, aminozaharuri, esteri, Rolul biologic al polizaharidelor este acela de materiale structurale, componente plastice ale tesuturilor conjunctive sau de depozit (glicogenul din tesuturile animale).

Dintre polizaharide, in piele sunt prezentate glicogenul si mucopoli-zaharidele. Glicogenul, ca o mica fractiune de rezerva, este prezent in stratul lucid si in zona generatoare bazala a epidermului; in cantitate mai mare se gaseste in foliculii pilosi. Mucopolizaharidele se intalnesc in substanta fundamentala care umple spatiile intercelular si interfibrilare ale tesutului conjunctiv din derm.

Acesti compusi nu sunt utilizati de organism ca surse de energie, ele se acumuleaza in spatiile intercelulare; in tesutul conjunctiv al dermului, mucopolizaharidele formeaza complecsi mucoprotidici cu rol functional.

Roe si colab., urmarind metabolismul hidratilor de carbon si a mucopolizaharidelor, au demonstrat ca glucoza se transforma in hexoxamina si acid glucuronic, componente ce intra in compozitia acidului hialuronic si condro-itinsulfuric. Prezenta L-glutaminei in epiderm explica sinteza mucopolizaharidelor in piele.

Prezenta mucopolizaharidelor in epidermul uman si in special in spatiile intercelulare a fost pusa in evidenta prin reactii histochimice, iar studiile de microscopie electronica au confirmat rolul acestora de 'substante ciment' intre celulele epidermului.

Mucopolizaharidele retin cantitati de apa datorita prezentei unui mare numar de grupari acide ionizate (-COO- si -O-SO₃-), formand solutii coloidale, geluri care realizeaza un ciment intercelular flexibil.

Mucopolizaharidele, se diferentiaza prin compozitia chimica si functia lor biologica in doua clase: mucopolizaharide acide si neutre. Cele acide contin in molecula acizi uronici si acid sulfuric, iar cele neutre sunt fara resturi de acizi in molecula. Spre deosebire de cele acide, mucopolizaharidele neutre sunt puternic cuplate cu proteine, putand fi puse in libertate numai printr-o hidroliza severa. In derm mucopolizaharidele neutre intra in constitutia majoritatii complexelor proteice a lichidului interstitial.

Din grupa mucopolizaharidelor acide mentionam: acidul hialuronic si condroitin sulfatii A, B, C.

Acidul hialuronic. Este un polimer cu greutate moleculara mare (500.000), fiind constituit din unitati de N-acetil glucozamina si acid-D-glucuronic.

Acidul hialuronic se gaseste in derm (0,10 - 1,0%) sub forma de sare de sodiu, rezultata din fixarea unei cantitati echivalente de ioni de sodiu din celula. El se gaseste in cantitati mai mari in dermul papilar si la nivelul membranei bazale; prezenta lui in vecinatatea dermului favorizeaza schimburile intre derm si epiderm.

Prin studiile efectuate cu raze X s-a demonstrat ca acidul are o structura macromoleculara filamentoasa, filamentele de hialuronat se orienteaza in directii preferentiale in substanta fundamentala, conferindu-i acesteia o permeabilitate marita.

Solutiile de acid hialuronic sunt foarte vascoase, o serie de proprietati ale acestora, viteza de sedimentare, viteza de difuziune, birefringenta, vascozitatea etc., variaza in functie de concentratia in ioni de sodiu.

Acidul hialuronic se degradeaza in prezenta enzimei specifice, hialuro-nidaza. Drept urmare a acestui proces are loc o scadere a gradului de polimerizare a acidului hialuronic, trecerea substantei fundamentale din stare de gel in stare de sol si cresterea permeabilitatii si a difuziunii intradermice.

Hialuronidazele provin din diferite surse, dintre care se mentioneaza cea tisulara (hialuronidaza testiculara) si cea bacteriana. Produsii de degradare in urma actiunii hialuronidazei, sunt tetrazaharide (80%), dizaharide (10%) si restul oligozaharide. Acidul hialuronic sufera degradari si sub actiunea unor agenti reducatori (cistina, acid ascorbic, fier, cupru, radiatii ultraviolete), care au un efect depolimerizant asupra macromoleculei.

Condroitinsulfatii. Se diferentiaza de acidul hialuronic, ei fiind alcatuiti din resturi de acid glucuronic asociate cu resturi de N-acetil-galactozamina si o grupare ester sulfurica. Exista trei condroitin sulfati: A, B si C; dintre acestia prezinta importanta condroitin sulfatul B (dermatansulfat), care este constituent principal al tesutului conjunctiv din piele si al substantei fundamentale.

Condroitinsulfatii formeaza complexe cu proteinele, jucand un rol important in transportul electrolitilor. Ei sunt degradati de condroitinaza, enzima specifica, care degradeaza macromolecula pana la oligozaharide, tetrazaharide.

Codroitin sulfanul B prezinta o particularitate si anume concentratia lui in tesuturi creste cu varsta in dauna celorlalte mucopolizaharide; condroitin sulfatul B, are o greutate moleculara mai mica decat acidul hialuronic.

Lipidele

Sunt sintetizate in piele atat in glandele sebacee cat si in epiderm. Ele joaca un rol important in mentinerea functiei de bariera si a integritatii structurale ale stratului cornos.

In compozitia grasimilor pielii se gasesc trigliceride (15 - 37%), fosfolipide (1,8 - 7,1%), acizi grasi liberi (aproximativ 30%), din care mai mult de jumatate sunt acizi cu 16 si 18 atomi de carbon, saturati sau nesaturati, dar exista si o cantitate apreciabila de acizi grasi cu un numar mai mic de atomi de carbon. Restul componentilor sunt reprezentati de acizi esterificati, ceride (30%), squalen (18%), steroli (1,5 - 3,5%) si o mica cantitate de hidrocarburi parafinice.

Cercetarile au demonstrat ca ceridele si squalenul sunt secretate ca atare numai de glandele sebacee.

4. Vitamine si enzime

In epiderm se gasesc vitaminele A si D (provitamine), iar in derm sunt prezente vitaminele B1, B2, B6, acidul pantotenic, vitamina C, vitamina H si vitamina PP in peretele capilarelor.

Enzimele pielii

In piele se disting urmatoarele grupe de enzime:

Hidrolazele. Sunt enzime care catalizeaza procesele de hidroliza ale esterilor, proteinelor, glicozidelor, etc. In aceasta categorie de enzime se inscriu:

- proteazele, cu rol important in transformarea albuminelor in polipeptide si acizi aminati;

- amilazele si glucozidazele, care degradeaza polizaharidele;

- lipazele si esterazele, acre actioneaza asupra grasimilor.

Oxidoreductazele. Sunt enzime care catalizeaza oxireducerile. In aceasta clasa importanta de enzime intalnim:

-dehidrogenazele (oxidaze), hidroxilaze, peroxidaze, citrocomoxi-daze si catalaze, sub influenta carora se produc si oxidoreducerile. In aceasta grupa intra si enzime cu functii speciale cum sunt: tirozinaza, hialuronidaza, colinesteraza, fosfataza.

Transferazele reprezinta un grup de enzime care catalizeaza transferul unor radicali (metil, hidroxil, acetil, amine etc.) de la o substanta la alta. Mentionam aici acetilcolinesteraza, transaminazele.

Liazele (aldoze, decarboxilaze) sunt enzime care catalizeaza scindarea unui compus in doua fragmente sau combinarea a doua substante.

Izomerazele deplaseaza unele grupari carboxilice sau radicali (trecerea glucozei in doua molecule de acid lactic).