STRUKTURELLE PROTEINER: FUNKTIONER, EKSEMPLER OG EGENSKABER - BIOLOGI - 2025

De strukturelle proteiner er et vigtigt protein, der findes i alle eukaryote celler, dvs. celler er både dyr og plante. Disse er en del af meget forskellige biologiske strukturer såsom hud, hår, edderkoppebane, silke, bindevæv, plantecellevægge osv.

Selvom udtrykket "strukturelt protein" ofte bruges til at henvise til proteiner, såsom collagen, keratin og elastin, er der også vigtige intracellulære strukturelle proteiner, der bidrager til opretholdelse af den indre struktur i celler.

Foto af kollagenfibre af type I, en klasse strukturelt protein (Kilde: Louisa Howard via Wikimedia Commons)

Disse proteiner, der hører til cytoskelettet, kontrollerer også den subcellulære placering af organellerne og tilvejebringer transport- og kommunikationsmaskineriet mellem dem.

Nogle strukturelle proteiner er blevet undersøgt i detaljer og har muliggjort en større forståelse af den generelle proteinstruktur. Eksempler på disse er silkefibroin, kollagen og andre.

Fra undersøgelsen af ​​silkefibroin blev for eksempel den sekundære proteinstruktur af de p-foldede ark beskrevet, og fra de første undersøgelser udført med kollagen blev den tredobbelte helix sekundære struktur udledt.

Derfor er strukturelle proteiner essentielle både i individuelle celler og i det væv, de udgør.

Funktioner

Funktionerne af strukturelle proteiner er ret forskellige og afhænger først og fremmest af den pågældende proteintype. Man kan imidlertid sige, at dens hovedfunktion er at bevare den strukturelle integritet af celler og i en bredere forstand kropsstruktur.

For så vidt angår kropsstrukturelle proteiner har keratin for eksempel funktioner til beskyttelse og dækning, i forsvar, i bevægelse, blandt andre.

Epidermis i huden hos pattedyr og andre dyr har et stort antal filamenter, der består af keratin. Dette lag har funktioner til beskyttelse af kroppen mod forskellige typer stressfaktorer eller skadelige faktorer.

Torner og spænder samt horn og næb, kløer og negle, som er keratineret væv, har funktioner i både beskyttelse og forsvar af kroppen.

Industrielt udnyttes mange dyrs uld og hår til fremstilling af tøj og andre typer tøj, for hvilke de har en ekstra betydning, antropocentrisk set.

Cellulære strukturelle proteiner

Fra cellulært synspunkt har strukturelle proteiner transcendentale funktioner, da de udgør den interne ramme, der giver hver celle sin karakteristiske form: cytoskelettet.

Som en del af cytoskelettet deltager strukturelle proteiner som actin, tubulin, myosin og andre også i transport- og interne kommunikationsfunktioner samt i cellulære mobilitetsbegivenheder (i celler, der er i stand til at bevæge sig).

Eksistensen af ​​cilia og flagella er for eksempel meget afhængig af strukturelle proteiner, der udgør de tykke og tynde filamenter, der består af actin og tubulin.

Eksempler på strukturelle proteiner og deres egenskaber

Da der er en stor mangfoldighed af strukturelle proteiner, vil der kun blive beskrevet eksempler på de vigtigste og mest rigelige blandt eukaryote organismer nedenfor.

Bakterier og andre prokaryoter, sammen med vira, besidder også vigtige strukturelle proteiner i deres cellelegemer, men mest opmærksomhed er fokuseret på eukaryote celler.

actin

Actin er et protein, der danner filamenter (actinfilamenter) kendt som mikrofilamenter. Disse mikrofilamenter er meget vigtige i cytoskelettet for alle eukaryote celler.

Actin-filamenter er to-kæde-spiralformede polymerer. Disse fleksible strukturer er 5 til 9 nm i diameter og er organiseret som lineære bjælker, todimensionelle netværk eller tredimensionelle geler.

Actin distribueres over hele cellen, men den er især koncentreret i et lag eller cortex fastgjort til plasmamembranens indre flade, da det er en grundlæggende del af cytoskelettet.

-Collagen

Kollagen er et protein, der findes i dyr og er især rigeligt hos pattedyr, der har mindst 20 forskellige gener, der koder for de forskellige former for dette protein, der kan findes i deres væv.

Det findes primært i knogler, sener og hud, hvor det udgør mere end 20% af den samlede proteinmasse hos pattedyr (højere end procentdelen af ​​noget andet protein).

I bindevævet, hvor det findes, udgør kollagen en vigtig del af den fibrøse del af den ekstracellulære matrix (som også er sammensat af et grundlæggende stof), hvor det danner elastiske fibre, der understøtter store trækræfter.

Struktur af kollagenfibre

Kollagenfibre er sammensat af ensartede underenheder af tropocollagen-molekyler, som er 280 nm lange og 1,5 nm i diameter. Hvert tropocollagen-molekyle består af tre polypeptidkæder kendt som alfakæder, som forbinder hinanden som en tredobbelt helix.

Hver af alfakæderne har omkring 1000 aminosyrerester, hvor glycin, prolin, hydroxyprolin og hydroxylysin er meget rigelige (hvilket også gælder for andre strukturelle proteiner som keratin).

Afhængig af den betragtede type kollagenfiber findes de forskellige steder og har forskellige egenskaber og funktioner. Nogle er specifikke for knogler og dentin, mens andre er en del af brusk osv.

keratin

Keratin er det vigtigste strukturelle protein fra keratinocytter, en af ​​de mest rigelige celletyper i overhuden. Det er et uopløseligt fibrøst protein, der også findes i celler og helheder af mange dyr.

Efter kollagen er keratin det næst mest rigelige protein i pattedyrets krop. Ud over at være en væsentlig del af det yderste lag af huden, er dette det vigtigste strukturelle protein i hår og uld, negle, kløer og hove, fjer og horn.

I naturen er der forskellige typer keratiner (analog med de forskellige typer kollagen), som har forskellige funktioner. Alfa- og beta-keratiner er de bedst kendte. Førstnævnte danner negle, horn, spænder og epidermis hos pattedyr, mens sidstnævnte er rigeligt i næb, skalaer og fjer af krybdyr og fugle.

-Elastin

Elastin, et andet protein af animalsk oprindelse, er en nøglekomponent i den ekstracellulære matrix og har vigtige roller i elasticiteten og elasticiteten af ​​mange væv hos hvirveldyr.

Disse væv inkluderer arterier, lunger, ledbånd og sener, hud og elastisk brusk.

Elastin udgør mere end 80% af de elastiske fibre, der er til stede i den ekstracellulære matrix og er omgivet af mikrofibriller sammensat af forskellige makromolekyler. Strukturen af ​​matrixerne, der består af disse fibre, varierer mellem forskellige væv.

I arterierne organiserer disse elastiske fibre sig i koncentriske ringe omkring arterielumenet; I lungerne danner elastinfibre et tyndt netværk i hele organet, der koncentrerer sig i områder som åbningerne i alveolerne.

I sener er elastinfibre orienteret parallelt med vævsorganiseringen, og i elastisk brusk er de arrangeret i en tredimensionel konfiguration, der ligner en honningkage.

-Extensines

Plantecellevægge er hovedsageligt sammensat af cellulose, men nogle af de proteiner, der er forbundet med denne struktur, har også funktionel og strukturel relevans.

Ekstensiner er et af de mest kendte vægproteiner og er kendetegnet ved den gentagne pentapetidsekvens Ser- (Hyp) 4. De er rige på basale rester, såsom lysin, hvilket bidrager til deres interaktion med de andre komponenter i cellevæggen.

Dets funktion har at gøre med hærdningen eller styrkelsen af ​​væggene. Som med andre strukturelle proteiner hos dyr er der i planter forskellige typer ekstensiner, som udtrykkes af forskellige typer celler (ikke alle celler producerer ekstensiner).

I sojabønner produceres for eksempel ekstensiner af sclerenchyma-celler, mens det i tobaksplanter er vist, at de laterale rødder har to lag celler, der udtrykker disse proteiner.

-Ark

Cellulære organeller har også deres egne strukturelle proteiner, der er ansvarlige for at bevare deres form, bevægelighed og mange andre fysiologiske og metabolske processer, der er forbundet med dem.

Den indre region af den nukleare membran er forbundet med en struktur kendt som den nukleare lamina, og begge har en meget speciel proteinsammensætning. Blandt de proteiner, der udgør den nukleare lamina, er proteiner, der kaldes laminae.

Laminerne hører til gruppen af ​​mellemliggende filamenter af type V, og der er flere typer, de bedst kendte er A og B. Disse proteiner kan interagere med hinanden eller med andre indre elementer i kernen, såsom matrixproteiner, kromatin og den indre kernemembran.

Referencer

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Væsentlig cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Tekst Atlas of Histology (2. udgave). Mexico DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Anmeldelse: Nuclear Lamins - strukturelle proteiner med grundlæggende funktioner. Journal of Structural Biology, 129, 313–323.
4. Keller, B. (1993). Strukturelle cellevægsproteiner. Plantefysiologi, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM, & Weiss, AS (2006). Elastin. Fremskridt inden for proteinkemi, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Keratin-cytoskeletoner i epitelceller i indre organer. Proc. Natl. Acad. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratin: Struktur, mekaniske egenskaber, forekomst i biologiske organismer og indsats for bioinspiration. Fremskridt inden for materialevidenskab.