SZERKEZETI FEHÉRJÉK: FUNKCIÓK, PÉLDÁK ÉS JELLEMZŐK - BIOLÓGIA - 2025

A szerkezeti fehérjék az összes eukarióta sejtben jelen lévő fő fehérjék, azaz a sejtek állati és növényi egyaránt. Ezek a rendkívül változatos biológiai szerkezetek részei, mint például a bőr, a haj, a pókháló, a selyem, a kötőszövet, a növényi sejtfalak stb.

Noha a "strukturális protein" kifejezést általában olyan fehérjékre utalják, mint például kollagén, keratin és elasztin, vannak fontos intracelluláris szerkezeti fehérjék, amelyek hozzájárulnak a sejtek belső szerkezetének fenntartásához.

I típusú kollagén rostok, a strukturális fehérje osztályának fényképe (Forrás: Louisa Howard a Wikimedia Commons segítségével)

Ezek a fehérjék, amelyek a citoszkeletonhoz tartoznak, szintén ellenőrzik az organellák szubcelluláris elhelyezkedését és biztosítják a köztük lévő transzport- és kommunikációs mechanizmusokat.

Néhány szerkezeti fehérjét nagyon részletesen tanulmányoztak, és ezek lehetővé tették az általános fehérjeszerkezet jobb megértését. Ezekre példa a selyem fibroin, a kollagén és mások.

Például a selyem fibroin vizsgálatából leírták a β-hajtogatott lemezek szekunder fehérjeszerkezetét, és a kollagénnel végzett első vizsgálatokból a hármas spirál másodlagos szerkezetét vontam le.

Ezért a strukturális fehérjék elengedhetetlenek mind az egyes sejtekben, mind az általuk alkotott szövetekben.

Jellemzők

A strukturális fehérjék funkciói meglehetősen változatosak, és mindenekelőtt a kérdéses protein típusától függenek. Elmondhatjuk azonban, hogy fő feladata a sejtek szerkezeti integritásának és tágabb értelemben a test felépítésének fenntartása.

Ami a test szerkezeti fehérjét illeti, például a keratin többek között védelemben és lefedésben, védekezésben és mozgásban is működik.

Az emlősök és más állatok bőrének epidermiszében számos szálak találhatók keratinból. Ennek a rétegnek a funkciója a test védelme a különféle típusú stresszek vagy káros tényezők ellen.

A tövis és a pengő, valamint a szarv és a csőr, a karom és a köröm, amelyek keratinizált szövetek, mind a test védelmében, mind védelmében funkcionálnak.

Ipari szempontból sok állat gyapjúját és szőrét ruházati cikkek és egyéb ruházat előállításához használják fel, amelyek számára antropocentrikusan további jelentőséggel bírnak.

Sejtes szerkezeti fehérjék

Sejtes szempontból a strukturális fehérjék transzcendentális funkciókkal rendelkeznek, mivel ezek alkotják a belső keretet, amely minden egyes sejt számára jellegzetes formát ad: a citoszkeletont.

A citoszkeleton részeként a strukturális fehérjék, például aktin, tubulin, miozin és mások szintén részt vesznek a szállításban és a belső kommunikációs funkciókban, valamint a sejtek mobilitási eseményeiben (a mozgatásra képes sejtekben).

Például a cilia és a flagella léte nagyban függ a strukturális proteinektől, amelyek alkotják a vastag és vékony filamentumokat, amelyek aktinból és tubulinból állnak.

Példák a strukturális fehérjékre és azok jellemzőire

Mivel a szerkezeti fehérjék nagyon sokféleségűek, az alábbiakban csak az eukarióta organizmusok legfontosabb és legszélesebb körű példáit mutatjuk be.

A baktériumok és más prokarióták, valamint a vírusok, szintén fontos strukturális fehérjékkel rendelkeznek sejttestükben, azonban a legtöbb figyelmet az eukarióta sejtekre összpontosítják.

aktin

Az aktin olyan fehérje, amely szálakat (aktin szálakat) alkot, amelyeket mikrofilamentumoknak hívnak. Ezek a mikroszálak nagyon fontosak az összes eukarióta sejt citoszkeletonjában.

Az aktinszálak kétláncú spirális polimerek. Ezeknek a rugalmas struktúráknak az átmérője 5-9 nm, és lineáris sugarakként, kétdimenziós hálózatokként vagy háromdimenziós gélekként vannak elrendezve.

Az aktin eloszlik a sejtekben, azonban különösen egy olyan rétegben vagy kéregben koncentrálódik, amely a plazmamembrán belső oldalához kapcsolódik, mivel ez a citoszkeleton alapvető része.

-Collagen

A kollagén egy fehérje az állatokban, és különösen bőséges azokban az emlősökben, akiknek legalább 20 különböző génje van, amelyek kódolják ennek a proteinnek a szöveteiben megtalálható különféle formáit.

Elsősorban a csontokban, az inakban és a bőrben található, ahol az emlősök teljes fehérjetömegének több mint 20% -át teszi ki (nagyobb, mint bármely más fehérje százalékában).

A kötőszövetekben, ahol megtalálható, a kollagén az extracelluláris mátrix rostos részének fontos részét képezi (amely szintén alapvető anyagból áll), ahol elasztikus szálakat képez, amelyek támogatják a nagy szakítóerőket.

A kollagén rostok szerkezete

A kollagén rostok a tropocollagen molekulák egységes alegységeiből állnak, amelyek hossza 280 nm és átmérője 1,5 nm. Minden egyes tropocollagen molekula három polipeptid láncból áll, úgynevezett alfa láncokból áll, amelyek egymáshoz hasonlóan hármas spirálhoz kapcsolódnak.

Az alfa-láncok mindegyike körülbelül 1000 aminosavmaradékkal rendelkezik, ahol a glicin, prolin, hidroxi-prolin és hidroxilizin nagyon bőséges (ami igaz más strukturális proteinekre, például a keratinre is).

A figyelembe vett kollagén rost típusától függően, ezek különböző helyeken találhatók, és eltérő tulajdonságokkal és funkciókkal rendelkeznek. Néhányuk a csontra és a dentinre jellemző, mások a porc részei és így tovább.

-Keratin

A keratin a keratinociták legfontosabb szerkezeti fehérje, amely az epidermisz egyik legszélesebb körű sejttípusa. Ez egy oldhatatlan rostos protein, amely számos állat sejtjeiben és integrációjában is megtalálható.

A kollagén után a keratin az emlősök testének második legszélesebb fehérje. Amellett, hogy a bőr legkülső rétegének jelentős részét képezi, ez a haj és a gyapjú, a köröm, a karom és a pata, a toll és a szarv fő szerkezeti fehérje.

A természetben különféle típusú keratinok léteznek (hasonlóak a különböző kollagén típusokhoz), amelyek különböző funkciókkal rendelkeznek. Az alfa- és béta-keratinok a legismertebbek. Az előbbiek képezik az emlősök körmét, szarvát, tollujját és epidermiszét, míg az utóbbi bőségesen a hüllők és a madarak csőrében, héjában és tollában található.

elasztinnal

Az elasztin, az állati eredetű másik fehérje, az extracelluláris mátrix kulcsfontosságú alkotóeleme, és fontos szerepet játszik a gerinces állatok számos szövete rugalmasságában és ellenálló képességében.

Ezek a szövetek magukban foglalják az artériákat, tüdőket, szalagok és inak, a bőrt és a rugalmas porcot.

Az elasztin az extracelluláris mátrixban található rugalmas szálak több mint 80% -át tartalmazza, és különféle makromolekulákból álló mikrofibrillák veszik körül. Az ezekből a szálakból álló mátrixok szerkezete a szövetek között változik.

Az artériákban ezek az elasztikus szálak koncentrikus gyűrűkben rendeződnek az artériás lumen körül; A tüdőben az elasztin rostok vékony hálózatot alkotnak a szerv egészében, olyan területeken koncentrálódva, mint például az alveolák nyílásai.

Az inakban az elasztin rostok a szövet szervezetével párhuzamosan vannak orientálva, és az elasztikus porcban háromdimenziós elrendezésben vannak elhelyezve, mint a méhsejt.

-Extensines

A növényi sejtfalak főleg cellulózból állnak, azonban az ehhez a struktúrához kapcsolódó egyes fehérjék funkcionális és szerkezeti szempontból is relevánsak.

Az extenzinek az egyik legismertebb falfehérje, és a Ser- (Hyp) 4 ismétlődő pentapetid szekvenciával jellemezhetők. Gazdag alapvető maradékanyagokban, például lizinben, amelyek hozzájárulnak a sejtfal más alkotóelemeivel való kölcsönhatásukhoz.

Funkciója a falak edzésével vagy megerősítésével kapcsolatos. Mint az állatok más strukturális fehérjéinél, a növényekben különféle típusú extenzinek vannak, amelyeket különféle sejttípusok fejeznek ki (nem minden sejt termel extensineket).

Például a szójababban az extenzineket sclerenchyma sejtek termelik, míg a dohánynövényekben kimutatták, hogy az oldalsó gyökerek két sejtréteggel rendelkeznek, amelyek ezeket a fehérjéket expresszálják.

-Sheet

A sejtes organelláknak megvannak a saját szerkezeti proteinjei is, amelyek felelősek alakjuk, motilitásuk és sok egyéb, vele járó fiziológiai és anyagcsere-folyamat fenntartásáért.

A nukleáris membrán belső régiója a nukleáris rétegként ismert szerkezettel van összekapcsolva, és mindkettő nagyon különleges fehérjekészítménnyel rendelkezik. A nukleáris rétegeket alkotó fehérjék között vannak a lamina-nak nevezett proteinek.

A rétegek az V. típusú közbenső filamentumok csoportjába tartoznak, és több típus létezik, a legismertebbek az A és a B. Ezek a fehérjék kölcsönhatásba léphetnek egymással vagy a mag más belső elemeivel, például mátrixfehérjékkel, kromatin és a belső magmembrán.

Irodalom

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Alapvető sejtbiológia. Abingdon: Garland Science, Taylor és Francis csoport.
2. Gartner, L. és Hiatt, J. (2002). A szövettan szöveges atlasza (2. kiadás). Mexikó DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., és Cohen, M. (2000). Áttekintés: Nukleáris lámpák - Alapvető funkciókkal rendelkező szerkezeti fehérjék. Journal of Structural Biology, 129, 313–323.
4. Keller, B. (1993). Szerkezeti sejtfalfehérjék. Plant Physiology, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM és Weiss, AS (2006). Az elasztin. Advances in Protein Chemistry, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., és Green, H. (1979). Keratin citoszkeletonok a belső szervek hámsejtjeiben. Proc. Nati. Acad. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J. és Meyers, MA (2016). Keratin: Szerkezet, mechanikai tulajdonságok, előfordulás biológiai szervezetekben és a bioinszívás erőfeszítései. Előrelépés az anyagtudományban.