De fibrøse proteiner, også kendt som scleroproteiner, er en klasse proteiner, der er vigtige strukturelle komponenter i enhver levende celle. Kollagen, elastin, keratin eller fibroin er eksempler på denne type proteiner.
De udfører meget forskellige og komplekse funktioner. De vigtigste er beskyttelsesanordninger (som f.eks. Piggsvinens pigge) eller støtte (f.eks. Den, der giver edderkopperne det web, som de selv væver, og som holder dem ophængt).
Gentagen struktur af silke fibroin, et fibrøst protein (Kilde: Sponk via Wikimedia Commons)
Fiberproteiner er sammensat af fuldt udstrakte polypeptidkæder, der er organiseret i en slags "fiber" eller "reb" med stor modstand. Disse proteiner er mekanisk meget stærke og er uopløselige i vand.
For det meste er komponenterne i fibrøse proteiner polymerer af efter hinanden gentagne aminosyrer.
Humanitet har forsøgt at genskabe egenskaberne ved fibrøse proteiner ved hjælp af forskellige bioteknologiske værktøjer, men at belyse med sådan nøjagtighed arrangementet af hver aminosyre i polypeptidkæden er ikke en let opgave.
Struktur
Fiberholdige proteiner har en relativt enkel sammensætning i deres struktur. De består generelt af tre eller fire aminosyrer, der er sammenføjet, som gentages mange gange.
Det vil sige, at hvis et protein består af aminosyrer som lysin, arginin og tryptophan, vil den næste aminosyre, der binder til tryptophan, igen være en lysin, efterfulgt af en arginin og et andet tryptophan-molekyle, og så videre.
Der er fibrøse proteiner, der har aminosyremotiver fordelt på to eller tre forskellige aminosyrer bortset fra de gentagne motiver for deres sekvenser, og i andre proteiner kan aminosyresekvensen være meget variabel, 10 eller 15 forskellige aminosyrer.
Strukturerne i mange af de fibrøse proteiner er blevet karakteriseret ved røntgenkrystallografiteknikker og ved nukleær magnetisk resonansmetoder. Takket være dette er fiberformede proteiner, rørformet, laminært, spiralformet som formet som en "tragt" osv. Blevet detaljeret.
Hvert unikt gentagelsesmønster-polypeptid danner en streng, og hver streng er en af de hundreder af enheder, der udgør ultrastrukturen af et "fibrøst protein". Generelt er hvert filament anbragt spiralformet i forhold til hinanden.
Funktioner
På grund af netværket af fibre, der udgør fibrøse proteiner, består deres vigtigste funktioner i at tjene som et strukturelt materiale til støtte, resistens og beskyttelse af væv fra forskellige levende organismer.
Beskyttelsesstrukturer, der består af fibrøse proteiner, kan beskytte hvirveldyrets vitale organer mod mekaniske stød, ugunstige vejrforhold eller angreb fra rovdyr.
Niveauet for specialisering af fibrøse proteiner er unikt i dyreriget. For eksempel er edderkoppervind et væsentligt støttestof til livsformen edderkopper fører. Dette materiale har unik styrke og fleksibilitet.
Så meget, at i dag mange syntetiske materialer forsøger at genskabe spindelvevets fleksibilitet og modstand, selv ved hjælp af transgene organismer til at syntetisere dette materiale ved hjælp af bioteknologiske værktøjer. Det skal dog bemærkes, at den forventede succes endnu ikke er opnået.
En vigtig egenskab, som fibrøse proteiner har, er, at de tillader forbindelse mellem de forskellige væv fra hvirveldyr.
Derudover giver de proteins alsidige egenskaber levende organismer mulighed for at skabe materialer, der kombinerer styrke og fleksibilitet. Dette er i mange tilfælde det, der udgør de væsentlige komponenter til bevægelse af muskler i hvirveldyr.
Eksempel på fibrøst protein
Collagen
Det er et protein af animalsk oprindelse og er måske et af de mest rigelige i kroppen af hvirveldyr, da det udgør det meste af bindevævet. Kollagen skiller sig ud for sine stærke, strækbare, uopløselige og kemisk inerte egenskaber.
Molekylær struktur af kollagen, et fibrøst protein af animalsk oprindelse (Kilde: Nevit Dilmen via Wikimedia Commons)
Det består hovedsageligt af hud, hornhinde, intervertebrale skiver, sener og blodkar. En kollagenfiber består af en parallel tredobbelt helix, der er næsten en tredjedel af kun aminosyreglycin.
Dette protein danner strukturer, der er kendt som "kollagenmikrofibriller", som består af sammenblandingen af flere kollagen tredobbelt helix sammen.
Elastin
Ligesom kollagen er elastin et protein, der er en del af bindevævet. I modsætning til det første giver det imidlertid elasticitet til vævene i stedet for modstand.
Elastinfibre består af aminosyrerne valin, prolin og glycin. Disse aminosyrer er meget hydrofobe, og det er blevet bestemt, at elasticiteten af dette fibrøse protein skyldes elektrostatisk interaktion inden for dets struktur.
Elastin er rigeligt i væv, der intensivt udsættes for forlængelses- og afslapningscykler. Hos hvirveldyr findes det i arterier, ledbånd, lunger og hud.
Keratin
Keratin er et protein, der overvejende findes i det ektodermale lag af hvirveldyr. Dette protein danner strukturer, der er lige så vigtige som hår, negle, torner, fjer, horn, blandt andre.
Keratin kan være sammensat af α-keratin eller ß-keratin. Α-keratin er meget stivere end β-keratin. Dette skyldes, at a-keratin består af a-helixer, der er rige på aminosyren cystein, som har evnen til at danne disulfidbroer med andre lige store aminosyrer.
I ß-keratin er det på den anden side sammensat i en større andel polære og apolære aminosyrer, som kan danne brintbindinger og er organiseret i foldede ß-ark. Dette betyder, at dens struktur er mindre modstandsdygtig.
fibroin
Dette er proteinet, der udgør edderkoppens væv og trådene produceret af silkeorme. Disse tråde er hovedsageligt sammensat af aminosyrerne glycin, serin og alanin.
Strukturerne af disse proteiner er p-ark organiseret antiparallel til orienteringen af filamentet. Denne egenskab giver det modstand, fleksibilitet og ringe evne til at strække.
Fibroin er dårligt opløseligt i vand og skylder sin store fleksibilitet til den store stivhed, som foreningen af aminosyrer giver den i sin primære struktur og til Vander Waals-broer, der dannes mellem de sekundære grupper af aminosyrer.
Referencer
- Bailey, K. (1948). Fiberproteiner som komponenter i biologiske systemer. Britisk medicinsk bulletin, 5 (4-5), 338-341.
- Huggins, ML (1943). Strukturen af fibrøse proteiner. Chemical Reviews, 32 (2), 195-218.
- Kaplan, DL (1998). Fiberformige proteiner-silke som et model-system. Polymernedbrydning og stabilitet, 59 (1-3), 25-32.
- Parry, DA, & Creamer, LK (1979). Fibre proteiner, videnskabelige, industrielle og medicinske aspekter. I den internationale konference om fibrøse proteiner 1979: Massey University). Academic Press.
- Parry, DA, & Squire, JM (2005). Fiberholdige proteiner: nye strukturelle og funktionelle aspekter afsløret. Fremskridt inden for proteinkemi (bind 70, s. 1-10). Academic Press.
- Schmitt, FO (1968). Fiberproteiner - neuronale organeller. Forløb fra Det Nationale Akademi for Videnskaber i Amerikas Forenede Stater, 60 (4), 1092.
- Wang, X., Kim, HJ, Wong, C., Vepari, C., Matsumoto, A., & Kaplan, DL (2006). Fiberproteiner og vævsteknik. Materialer i dag, 9 (12), 44-53.