RAKENNEPROTEIINIT: TOIMINNOT, ESIMERKIT JA OMINAISUUDET - BIOLOGIA - 2026

Rakenteelliset proteiinit ovat merkittävä proteiineja esittää kaikissa eukaryoottisissa soluissa, eli solut ovat sekä eläinten että kasvien. Nämä ovat osa hyvin erilaisia ​​biologisia rakenteita, kuten iho, hiukset, hämähäkkiverkko, silkki, sidekudos, kasvisolujen seinät jne.

Vaikka termiä "rakenneproteiini" käytetään yleisesti viittaamaan proteiineihin, kuten kollageeniin, keratiiniin ja elastiiniin, on myös tärkeitä solunsisäisiä rakenneproteiineja, jotka edistävät solujen sisäisen rakenteen ylläpitämistä.

Valokuva tyypin I kollageenikuiduista, rakenneproteiiniluokasta (Lähde: Louisa Howard Wikimedia Commonsin kautta)

Nämä proteiinit, jotka kuuluvat sytoskeletoniin, kontrolloivat myös organelien solun sijaintia ja tarjoavat kuljetus- ja kommunikaatiokoneiston niiden välillä.

Joitakin rakenteellisia proteiineja on tutkittu erittäin yksityiskohtaisesti, ja niiden avulla on voitu ymmärtää paremmin yleistä proteiinirakennetta. Esimerkkejä näistä ovat silkki fibroiini, kollageeni ja muut.

Esimerkiksi silkki fibroiinitutkimuksesta kuvataan P-taitettujen levyjen sekundaarinen proteiinirakenne ja kollageenilla tehdyistä ensimmäisistä tutkimuksista pääteltiin kolmoishelix-sekundaarirakenne.

Siksi rakenneproteiinit ovat välttämättömiä sekä yksittäisissä soluissa että niiden muodostamissa kudoksissa.

ominaisuudet

Rakenneproteiinien toiminnot ovat melko erilaisia ​​ja riippuvat ennen kaikkea kyseessä olevasta proteiinityypistä. Voidaan kuitenkin sanoa, että sen päätehtävä on ylläpitää solujen rakenteellista eheyttä ja laajemmassa merkityksessä kehon rakennetta.

Kehon rakenneproteiineihin liittyen esimerkiksi keratiinilla on muun muassa suojaavia ja peittäviä tehtäviä, puolustuksessa ja liikkeessä.

Nisäkkäiden ja muiden eläinten ihon epidermissä on suuri määrä säikeitä, jotka koostuvat keratiinista. Tällä kerroksella on tehtäviä kehon suojaamiseksi erityyppisiltä stressitekijöiltä tai haitallisilta tekijöiltä.

Torilla ja kynttilöillä sekä sarvilla ja nokkilla, kynnillä ja kynnillä, jotka ovat keratinisoituneita kudoksia, on tehtäviä sekä kehon suojauksessa että puolustamisessa.

Teollisuudessa useiden eläinten villaa ja karvaa käytetään hyväksi vaatteiden ja muun tyyppisten vaatteiden valmistukseen, ja niillä on antropokestrisesti ottaen lisä merkitys.

Solun rakenneproteiinit

Solun kannalta rakenneproteiineilla on transsendenttiset toiminnot, koska ne muodostavat sisäisen kehyksen, joka antaa jokaiselle solulle sen ominaismuodon: sytoskeleton.

Osana sytoskeletonia rakenneproteiinit, kuten aktiini, tubuliini, myosiini ja muut, osallistuvat myös kuljetus- ja sisäisiin viestintätoimintoihin, samoin kuin solujen liikkuvuustapahtumiin (soluissa, jotka kykenevät liikkumaan).

Esimerkiksi silikaalin ja flagellan olemassaolo riippuu suuresti rakenneproteiineista, jotka muodostavat paksut ja ohuet filamentit, jotka koostuvat aktiinista ja tubuliinista.

Esimerkkejä rakenneproteiineista ja niiden ominaisuuksista

Koska rakenteellisia proteiineja on suuri monimuotoisuus, jäljempänä annetaan vain esimerkkejä tärkeimmistä ja runsaimmista eukaryoottisista organismeista.

Bakteerilla ja muilla prokaryooteilla, kuten viruksilla, on myös tärkeitä rakenteellisia proteiineja solukennoissaan, mutta suurin osa huomiosta kohdistuu eukaryoottisoluihin.

aktiini

Aktiini on proteiini, joka muodostaa säikeitä (aktiinilankoja), joita kutsutaan mikrosäikeiksi. Nämä mikrosäikeet ovat erittäin tärkeitä kaikkien eukaryoottisolujen sytoskeletossa.

Aktiinfilamentit ovat kaksiketjuisia kierteisiä polymeerejä. Nämä taipuisat rakenteet ovat halkaisijaltaan 5 - 9 nm ja ne on järjestetty lineaarisiksi sädeiksi, kaksiulotteisiksi verkkoiksi tai kolmiulotteisiksi geeleiksi.

Aktiini on jakautunut koko soluun, mutta se on erityisesti konsentroitunut kerrokseen tai aivokuoreen, joka on kiinnitetty plasmamembraanin sisäpintaan, koska se on olennainen osa sytoskeletonia.

-Collagen

Kollageeni on eläimissä esiintyvä proteiini, ja sitä on erityisen runsaasti nisäkkäissä, joilla on ainakin 20 erilaista geeniä, jotka koodaavat tämän proteiinin erilaisia ​​muotoja, joita niiden kudoksissa voi olla.

Sitä esiintyy pääasiassa luissa, jänteissä ja iholla, joissa se muodostaa yli 20% nisäkkäiden kokonaisproteiinimassasta (suurempi kuin minkään muun proteiinin osuus).

Sidekudoksissa, joissa sitä löytyy, kollageeni muodostaa tärkeän osan solunulkoisen matriisin (joka koostuu myös perusaineesta) kuituosasta, jossa se muodostaa elastisia kuituja, jotka tukevat suuria vetolujuuksia.

Kollageenikuitujen rakenne

Kollageenikuidut koostuvat yhtenäisistä alayksiköistä tropokollageenimolekyylejä, joiden pituus on 280 nm ja halkaisija 1,5 nm. Jokainen tropokollageenimolekyyli koostuu kolmesta polypeptidiketjuista, joita kutsutaan alfa-ketjuiksi, jotka yhdistyvät toistensa kanssa kuin kolmoispiikki.

Jokaisessa alfaketjussa on noin 1000 aminohappotähdettä, joissa glysiiniä, proliinia, hydroksiproliinia ja hydroksilysiiniä on erittäin runsaasti (mikä pätee myös muihin rakenneproteiineihin, kuten keratiiniin).

Kollageenikuitutyypistä riippuen niitä on eri paikoissa ja niillä on erilaiset ominaisuudet ja toiminnot. Jotkut ovat spesifisiä luulle ja dentiinille, kun taas toiset ovat osa rustoa ja niin edelleen.

-Keratin

Keratiini on keratinosyyttien tärkein rakenneproteiini, yksi hampaiden runsaimmista solutyypeistä. Se on liukenematon kuituproteiini, jota esiintyy myös monien eläinten soluissa ja rakenteissa.

Kollageenin jälkeen keratiini on toiseksi runsas proteiini nisäkkään kehossa. Sen lisäksi, että se on merkittävä osa ihon uloimmasta kerroksesta, se on hiusten ja villa, kynsien, kynsien ja sorkkien, höyhenten ja sarvien tärkein rakenneproteiini.

Luonnossa on erityyppisiä keratiineja (analogisia erityyppisille kollageenille), joilla on erilaiset toiminnot. Alfa- ja beeta-keratiinit ovat tunnetuimpia. Ensin mainitut muodostavat nisäkkäiden kynnet, sarvet, kynttilät ja orvaskeden, kun taas jälkimmäisiä on runsaasti matelijoiden ja lintujen nokkissa, vaakoissa ja höyhenissä.

-Elastin

Elastiini, toinen eläinperäinen proteiini, on solunulkoisen matriisin avainkomponentti, ja sillä on tärkeä rooli monien selkärankaisten kudosten elastisuudessa ja kestävyydessä.

Nämä kudokset sisältävät valtimoita, keuhkoja, nivelsiteitä ja jänteitä, ihoa ja joustavaa rustoa.

Elastiini sisältää yli 80% solunulkoisessa matriisissa olevista elastisista kuiduista ja sitä ympäröivät erilaisista makromolekyyleistä koostuvat mikrofibrillit. Näistä kuiduista koostuvien matriisien rakenne vaihtelee kudosten välillä.

Valtimoissa nämä elastiset kuidut organisoituvat samankeskeisiksi renkaiksi valtimon ontelon ympärille; Keuhkoissa elastiinikuidut muodostavat ohuen verkon koko elimessä, keskittyen alueisiin, kuten alveolien aukot.

Jänteissä elastiinikuitut on suunnattu kudoksen organisaation suuntaisesti, ja joustavassa rustossa ne on järjestetty kolmiulotteiseen kokoonpanoon, joka on samanlainen kuin kenno.

-Extensines

Kasvisolujen seinät koostuvat pääasiassa selluloosasta, mutta joillakin tämän rakenteen yhteydessä olevilla proteiineilla on myös toiminnallinen ja rakenteellinen merkitys.

Extensiinit ovat yksi tunnetuimmista seinäproteiineista, ja niille on ominaista toistuva pentapeptidisekvenssi Ser- (Hyp) 4. Ne ovat rikkaita emäksisistä tähteistä, kuten lysiinistä, mikä edistää niiden vuorovaikutusta soluseinän muiden komponenttien kanssa.

Sen tehtävä liittyy seinien kovettumiseen tai vahvistamiseen. Kuten eläimissäkin muissa rakenneproteiineissa, kasveissa on erityyppisiä ekstensiinejä, joita ekspressoi erityyppiset solut (kaikki solut eivät tuottaa ekstensiinejä).

Esimerkiksi soijapavuissa sklerenyymisolut tuottavat ekstensiinejä, kun taas tupakkakasveissa on osoitettu, että sivujuureissa on kaksi solukerrosta, jotka ilmentävät näitä proteiineja.

levy-

Solutasoluilla on myös omat rakenneproteiinit, jotka vastaavat muodon, liikkuvuuden ja monien muiden heille ominaisten fysiologisten ja metabolisten prosessien ylläpidosta.

Ydinmembraanin sisempi alue liittyy rakenteeseen, joka tunnetaan ydinlaminaattina, ja molemmilla on hyvin erityinen proteiinikoostumus. Ydinlaminaatin muodostavista proteiineista kuuluvat proteiinit, joita kutsutaan laminaeiksi.

Levyt kuuluvat tyypin V välituotteisiin filamentteihin ja niitä on useita, tunnetuimpia ovat A ja B. Nämä proteiinit voivat olla vuorovaikutuksessa keskenään tai ytimen muiden sisäisten elementtien, kuten matriisiproteiinien, kanssa. kromatiini ja sisempi ydinmembraani.

Viitteet

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Oleellinen solubiologia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis -ryhmä.
2. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Histologisen tekstin atlas (2. painos). Mexico DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Katsaus: Ydinlaminaatit - rakenteelliset proteiinit, joilla on perusominaisuudet. Journal of Structural Biology, 129, 313–333.
4. Keller, B. (1993). Rakenteelliset soluseinäproteiinit. Plant Physiology, 101, 1127 - 1130.
5. Mithieux, BSM, ja Weiss, AS (2006). Elastiini. Advances in Protein Chemistry, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Keratiinin sytoskeletonit sisäelinten epiteelisoluissa. Proc. Natl. Acad. Sei., 76 (6), 2813 - 2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratiini: rakenne, mekaaniset ominaisuudet, esiintyminen biologisissa organismeissa ja pyrkimykset bioinspiraatioon. Materiaalitieteen edistyminen.