STRUKTURNI PROTEINI: FUNKCIJE, PRIMERI IN ZNAČILNOSTI - BIOLOGIJA - 2026

V strukturni proteini so glavni beljakovine prisotne v vseh evkariontskih celicah, tj celice so tako živali in rastlin. To so del zelo raznolikih bioloških struktur, kot so koža, lasje, pajkova mreža, svila, vezivno tkivo, rastlinske celične stene itd.

Čeprav se izraz "strukturni protein" navadno uporablja za beljakovine, kot so kolagen, keratin in elastin, obstajajo tudi pomembni znotrajcelični strukturni proteini, ki prispevajo k vzdrževanju notranje strukture celic.

Fotografija kolagenskih vlaken tipa I, razred strukturnih beljakovin (Vir: Louisa Howard prek Wikimedia Commons)

Ti proteini, ki pripadajo citoskeletu, tudi nadzorujejo podcelično lokacijo organelov in zagotavljajo transportne in komunikacijske stroje med njimi.

Nekatere strukturne beljakovine so bile podrobno raziskane in so omogočile boljše razumevanje splošne strukture beljakovin. Primeri za to so svileni fibroin, kolagen in drugi.

Iz študije svilene fibroine je bila na primer opisana sekundarna beljakovinska struktura β prepognjenih listov, iz prvih raziskav, opravljenih s kolagenom, pa je bila sklenjena sekundarna struktura trojne vijačnice.

Zato so strukturni proteini bistveni tako v posameznih celicah kot v tkivih, ki jih sestavljajo.

Lastnosti

Funkcije strukturnih beljakovin so precej raznolike in predvsem odvisne od vrste proteina. Vendar bi lahko rekli, da je njegova glavna funkcija ohranjati strukturno celovitost celic in v širšem smislu tudi telesno zgradbo.

Kar zadeva strukturne beljakovine telesa, ima na primer keratin funkcije zaščite in pokritosti, obrambe, gibanja.

V povrhnjici kože sesalcev in drugih živali je veliko filamentov, sestavljenih iz keratina. Ta plast ima funkcije zaščite telesa pred različnimi vrstami stresorjev ali škodljivimi dejavniki.

Trnje in prepelica, pa tudi rogovi in ​​kljunovi, kremplji in nohti, ki so keratinizirana tkiva, delujejo tako pri zaščiti kot obrambi telesa.

Volna in dlake mnogih živali se v industriji izkoriščajo za izdelavo oblačil in drugih vrst oblačil, zato imajo antropocentričen pomen še en pomen.

Celični strukturni proteini

S celičnega vidika imajo strukturni proteini transcendentalne funkcije, saj tvorijo notranji okvir, ki daje vsaki celici značilno obliko: citoskelet.

Kot del citoskeleta so strukturni proteini, kot so aktin, tubulin, miozin in drugi, vključeni tudi v notranje komunikacijske in transportne funkcije, pa tudi v celične dogodke mobilnosti (v celicah, ki se lahko gibljejo).

Obstoj cilije in flagele je na primer zelo odvisen od strukturnih beljakovin, ki sestavljajo debele in tanke nitke, sestavljene iz aktina in tubulina.

Primeri strukturnih beljakovin in njihove značilnosti

Ker je strukturnih beljakovin velika raznolikost, bodo v nadaljevanju navedeni samo primeri najpomembnejših in najbogatejših med evkariontskimi organizmi.

Bakterije in drugi prokarioti imajo poleg virusov tudi pomembne strukturne beljakovine v svojih celičnih telesih, vendar je večina pozornosti usmerjena v evkariontske celice.

-Aktin

Aktin je protein, ki tvori filamente (aktinske filamente), znane kot mikrofilamenti. Ti mikrofilamenti so zelo pomembni v citoskeletu vseh evkariontskih celic.

Aktinovi nitki so dvo verižni spiralni polimeri. Te prožne strukture so premera 5 do 9 nm in so organizirane kot linearni prameni, dvodimenzionalna omrežja ali tridimenzionalni geli.

Aktin je porazdeljen po celici, vendar je še posebej koncentriran v plasti ali korteksu, pritrjenem na notranji obraz plazemske membrane, saj je temeljni del citoskeleta.

-Kolagen

Kolagen je beljakovina, ki je prisotna pri živalih in je še posebej bogata pri sesalcih, ki imajo vsaj 20 različnih genov, ki kodirajo različne oblike tega proteina, ki jih najdemo v njihovih tkivih.

Najdemo ga predvsem v kosteh, tetivah in koži, kjer predstavlja več kot 20% celotne beljakovinske mase sesalcev (večji od odstotka katerega koli drugega proteina).

V vezivnih tkivih, kjer ga najdemo, je kolagen pomemben del vlaknastega dela zunajceličnega matriksa (ki je prav tako sestavljen iz temeljne snovi), kjer tvori elastična vlakna, ki podpirajo velike natezne sile.

Struktura kolagenskih vlaken

Kolagena vlakna sestavljajo enotne podenote molekul tropokolagena, ki so dolge 280 nm in premera 1,5 nm. Vsaka molekula tropokolagena je sestavljena iz treh polipeptidnih verig, znanih kot alfa verige, ki se med seboj povezujejo kot trojna vijačnica.

Vsaka alfa veriga ima okoli 1000 aminokislinskih ostankov, kjer je glicina, prolina, hidroksiprolina in hidroksilizina zelo veliko (kar velja tudi za druge strukturne beljakovine, kot je keratin).

Glede na obravnavano vrsto kolagenskih vlaken jih najdemo na različnih mestih in imajo različne lastnosti in funkcije. Nekateri so značilni za kost in dentin, drugi pa del hrustanca in tako naprej.

-Keratin

Keratin je najpomembnejši strukturni protein keratinocitov, ena najbolj obilnih vrst celic v povrhnjici. Je netopna vlaknasta beljakovina, ki jo najdemo tudi v celicah in predelu mnogih živali.

Po kolagenu je keratin druga najbolj bogata beljakovina v telesu sesalcev. Poleg tega, da je pomemben del najbolj skrajne plasti kože, je to glavni strukturni protein las in volne, nohtov, krempljev in kopit, perja in rogov.

V naravi obstajajo različne vrste keratinov (analogno različnim vrstam kolagena), ki imajo različne funkcije. Alfa in beta keratini so najbolj znani. Prvi tvorijo nohte, rogove, prepelice in povrhnjico sesalcev, medtem ko so drugi v obilju kljunov, lusk in perja plazilcev in ptic.

-Elastin

Elastin, še en protein živalskega izvora, je ključni sestavni del zunajceličnega matriksa in ima pomembno vlogo pri elastičnosti in prožnosti mnogih tkiv pri vretenčarjih.

Ta tkiva vključujejo arterije, pljuča, ligamente in kite, kožo in elastični hrustanec.

Elastin obsega več kot 80% elastičnih vlaken, ki so prisotne v zunajceličnem matriksu in je obdan z mikrofibrili, sestavljenimi iz različnih makromolekul. Struktura matric, sestavljenih iz teh vlaken, se razlikuje med različnimi tkivi.

V arterijah se ta elastična vlakna organizirajo v koncentričnih obročih okoli arterijskega lumena; V pljučih elastinska vlakna tvorijo tanko mrežo po celotnem organu, ki se koncentrirajo na območjih, kot so odprtine alveolov.

V tetivah so elastinska vlakna usmerjena vzporedno s tkivno organizacijo, v elastičnem hrustancu pa so razporejena v tridimenzionalni konfiguraciji, podobni satju.

-Ekstenzini

Rastlinske celične stene so v glavnem sestavljene iz celuloze, vendar imajo nekateri proteini, ki so povezani s to strukturo, tudi funkcionalno in strukturno pomembne.

Ekstenzini so eden najbolj znanih stenskih beljakovin in za njih je značilno ponavljajoče se pentapetidno zaporedje Ser- (Hyp) 4. So bogati z osnovnimi ostanki, kot je lizin, kar prispeva k njihovi interakciji z drugimi komponentami v celični steni.

Njegova funkcija je povezana s utrjevanjem ali krepitvijo sten. Tako kot pri drugih strukturnih beljakovinah pri živalih tudi pri rastlinah obstajajo različne vrste ekstenzinov, ki se izražajo z različnimi vrstami celic (ne vse celice proizvajajo ekstenzine).

V soji, na primer, ekstenzije proizvajajo celice sklerenhima, medtem ko se pri tobačnih rastlinah kaže, da imajo stranske korenine dve plasti celic, ki te proteine ​​izražajo.

-Leta

Celične organele imajo tudi svoje strukturne beljakovine, ki so odgovorne za vzdrževanje oblike, gibljivosti in mnogih drugih fizioloških in presnovnih procesov, ki so jim lastni.

Notranje območje jedrske membrane je povezano s strukturo, imenovano jedrska lamina, in obe imata zelo posebno beljakovinsko sestavo. Med beljakovinami, ki sestavljajo jedrsko lamo, so beljakovine, imenovane lamine.

Lamine spadajo v skupino vmesnih filamentov tipa V in obstaja več vrst, najbolj znani sta A in B. Ti proteini lahko medsebojno komunicirajo ali z drugimi notranjimi elementi jedra, kot so matrični proteini oz. kromatin in notranjo jedrsko membrano.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Bistvena celična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Tekstni atlas histologije (2. izd.). Mehiški DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Pregled: Jedrski lamini - strukturni proteini s temeljnimi funkcijami. Časopis za strukturno biologijo, 129, 313–323.
4. Keller, B. (1993). Strukturni proteini celične stene. Fiziologija rastlin, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM, & Weiss, AS (2006). Elastin. Napredki v kemiji beljakovin, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Keratinski citoskeleti v epitelijskih celicah notranjih organov. Proc. Natl. Acad. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratin: Struktura, mehanske lastnosti, pojav v bioloških organizmih in napori pri bioinspiraciji. Napredek v znanosti o materialih.