STRUKTURNI PROTEINI: FUNKCIJE, PRIMJERI I KARAKTERISTIKE - BIOLOGIJA - 2025

Su strukturalni proteini su jedan od glavnih proteina prisutan u svim eukariotskim stanicama, odnosno stanice i životinja i biljaka. To su dio vrlo raznolikih bioloških struktura kao što su koža, kosa, paukova mreža, svila, vezivno tkivo, biljne stijenke stanica itd.

Iako se izraz "strukturni protein" obično koristi za proteine ​​poput kolagena, keratina i elastina, postoje i važni unutarćelijski strukturni proteini koji doprinose održavanju unutarnje strukture stanica.

Fotografija kolagenih vlakana tipa I, klasa strukturnih proteina (Izvor: Louisa Howard preko Wikimedia Commons)

Ti proteini, koji pripadaju citoskeletu, također kontroliraju subcelularno mjesto organela i osiguravaju transportni i komunikacijski stroj između njih.

Neki strukturni proteini proučavani su u velikoj pojedinosti i omogućili su bolje razumijevanje opće strukture proteina. Primjeri za to su svileni fibroin, kolagen i drugi.

Na primjer, iz proučavanja svilenog fibroina opisana je sekundarna struktura proteina β presavijenih listova, a iz prvih studija provedenih s kolagenom utvrđena je sekundarna struktura trostruke spirale.

Dakle, strukturni proteini su neophodni kako u pojedinim stanicama, tako i u tkivima koje čine.

Značajke

Funkcije strukturnih proteina vrlo su raznolike, a prije svega ovise o vrsti proteina o kojem je riječ. Međutim, moglo bi se reći da je njegova glavna funkcija održavanje strukturnog integriteta stanica i, u širem smislu, tjelesne strukture.

Što se tiče strukturnih proteina tijela, na primjer, keratin ima između ostalog i funkcije zaštite i pokrivanja, obrane, pokreta.

U epidermi kože sisavaca i drugih životinja ima veliki broj filamenata sastavljenih od keratina. Ovaj sloj ima funkcije zaštite tijela od različitih vrsta stresa ili štetnih čimbenika.

Trnci i perje, kao i rogovi i kljunovi, kandže i nokti, koji su keratinizirana tkiva, imaju funkciju i u zaštiti i u obrani tijela.

Industrijski, vuna i dlaka mnogih životinja koriste se za izradu odjeće i drugih vrsta odjeće, tako da imaju dodatnu važnost, antropocentrički gledano.

Stanični strukturni proteini

Sa staničnog gledišta, strukturni proteini imaju transcendentalne funkcije, jer čine unutarnji okvir koji svakoj stanici daje karakterističan oblik: citoskelet.

Kao dio citoskeleta, strukturni proteini poput aktina, tubulina, miozina i drugih također sudjeluju u prometu i funkcijama unutarnje komunikacije, kao i u događajima stanične mobilnosti (u stanicama koje se mogu kretati).

Na primjer, postojanje cilija i flagela vrlo je ovisno o strukturalnim proteinima koji čine guste i tanke niti, a čine ih aktin i tubulin.

Primjeri strukturnih proteina i njihove karakteristike

Budući da postoji velika raznolikost strukturnih proteina, u nastavku ćemo navesti samo primjere najvažnijih i najbrojnijih među eukariotskim organizmima.

Bakterije i drugi prokarioti, uz viruse, također posjeduju važne strukturne proteine ​​u svojim staničnim tijelima, međutim, najviše pozornosti usmjereno je na eukariotske stanice.

aktin

Aktin je protein koji tvori filamente (aktinski filamenti) poznati kao mikrofilamenti. Ti su mikrofilamenti vrlo važni u citoskeletu svih eukariotskih stanica.

Aktinski filamenti su dvolančani spiralni polimeri. Ove fleksibilne strukture su promjera 5 do 9 nm i organizirane su kao linearne zrake, dvodimenzionalne mreže ili trodimenzionalni gelovi.

Aktin je raspodijeljen po cijeloj stanici, međutim posebno je koncentriran u sloju ili korteksu pričvršćenom na unutarnje lice plazma membrane jer je temeljni dio citoskeleta.

-Collagen

Kolagen je protein prisutan u životinjama, a posebno ga ima u sisavaca koji imaju najmanje 20 različitih gena koji kodiraju različite oblike ovog proteina koji se mogu naći u njihovim tkivima.

Nalazi se uglavnom u kostima, tetivama i koži, gdje ona čini više od 20% ukupne proteinske mase sisavaca (veći od postotka bilo kojeg drugog proteina).

U vezivnim tkivima u kojima se nalazi kolagen predstavlja važan dio vlaknastog dijela izvanćelijskog matriksa (koji je također sastavljen od temeljne tvari), gdje formira elastična vlakna koja podržavaju velike zatezne sile.

Struktura kolagenih vlakana

Kolagena vlakna sastoje se od jednoličnih podjedinica molekula tropokolagena, duljine 280 nm i promjera 1,5 nm. Svaka molekula tropokolagena sastoji se od tri polipeptidna lanca poznata kao alfa lanci, koji se međusobno povezuju poput trostruke spirale.

Svaki od alfa lanaca ima oko 1000 aminokiselinskih ostataka, gdje su glicin, prolin, hidroksiprolin i hidroksilizin vrlo obilni (što vrijedi i za ostale strukturne proteine ​​poput keratina).

Ovisno o vrsti razmotrenih kolagenih vlakana, nalaze se na različitim mjestima i imaju različita svojstva i funkcije. Neki su specifični za kosti i dentin, dok su drugi dio hrskavice i tako dalje.

-Keratin

Keratin je najvažniji strukturni protein keratinocita, jedan od najzastupljenijih tipova stanica u epidermi. To je netopljivi vlaknasti protein koji se nalazi i u stanicama i dlačicama mnogih životinja.

Nakon kolagena, keratin je drugi najzastupljeniji protein u tijelu sisara. Uz to što predstavlja značajan dio najudaljenijeg sloja kože, ovo je glavni strukturni protein kose i vune, noktiju, kandži i kopita, perja i rogova.

U prirodi postoje različite vrste keratina (analogne različitim vrstama kolagena), koje imaju različite funkcije. Alfa i beta keratini su najpoznatiji. Prvi formiraju nokte, rogove, perje i epidermu sisavaca, dok drugi obiluju kljunovima, ljuskama i perju gmazova i ptica.

-Elastin

Elastin, još jedan protein životinjskog podrijetla, ključni je sastojak izvanćelijskog matriksa i ima važnu ulogu u elastičnosti i otpornosti mnogih tkiva kod kralješnjaka.

Ta tkiva uključuju arterije, pluća, ligamente i tetive, kožu i elastičnu hrskavicu.

Elastin sadrži više od 80% elastičnih vlakana prisutnih u izvanćelijskom matriksu i okružen je mikrofibrilima sastavljenim od različitih makromolekula. Struktura matrica sastavljenih od ovih vlakana varira između različitih tkiva.

U arterijama se ta elastična vlakna organiziraju u koncentrične prstenove oko arterija; U plućima elastinska vlakna tvore tanku mrežu u cijelom organu, koncentrirajući se na područjima kao što su otvori alveola.

U tetivama su elastinska vlakna orijentirana paralelno s organizacijom tkiva, a u elastičnoj hrskavici raspoređena su u trodimenzionalnoj konfiguraciji sličnoj saću.

-Extensines

Zidovi biljnih stanica sastoje se uglavnom od celuloze, međutim neki proteini koji su povezani s ovom strukturom također imaju funkcionalnu i strukturalnu važnost.

Ekstenzini su jedan od najpoznatijih zidnih proteina i karakterizira ih ponavljana pentapetidna sekvenca Ser- (Hyp) 4. Bogati su osnovnim ostacima kao što je lizin, što doprinosi njihovoj interakciji s ostalim komponentama u staničnoj stijenci.

Njegova funkcija ima veze s učvršćivanjem ili jačanjem zidova. Kao i kod ostalih strukturnih proteina kod životinja, i kod biljaka postoje različite vrste ekstenzina koji se izražavaju različitim vrstama stanica (ne sve stanice proizvode ekstenzine).

U soji, na primjer, ekstenzini proizvode stanice sklerenhima, dok se u biljkama duhana pokazalo da bočni korijeni imaju dva sloja stanica koje eksprimiraju ove proteine.

-List

Stanične organele također imaju svoje strukturne proteine ​​koji su odgovorni za održavanje oblika, pokretljivosti i mnogih drugih fizioloških i metaboličkih procesa koji su im svojstveni.

Unutarnja regija nuklearne membrane povezana je sa strukturom poznatom kao nuklearna lamina, a obje imaju vrlo poseban sastav proteina. Među proteinima koji čine nuklearnu lamu su proteini zvani lamine.

Lamine pripadaju grupi intermedijarnih filame tipa V i postoji nekoliko vrsta, najpoznatije su A i B. Ovi proteini mogu međusobno komunicirati ili s drugim unutarnjim elementima jezgre, kao što su matriks proteini, kromatin i unutarnju nuklearnu membranu.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Bitna stanična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Tekstni atlas histologije (2. izd.). Meksički DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Pregled: Nuklearni lamini - strukturni proteini s temeljnim funkcijama. Časopis za strukturnu biologiju, 129, 313–323.
4. Keller, B. (1993). Strukturni proteini staničnih zidova. Fiziologija biljaka, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM, & Weiss, AS (2006). Elastin. Napredci u kemiji proteina, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Keratinski citoskeleti u epitelnim stanicama unutarnjih organa. Proc. Nat. Acad. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratin: Struktura, mehanička svojstva, pojava u biološkim organizmima i napori na bioinspiraciji. Napredak u znanosti o materijalima.