СТРУКТУРНИ ПРОТЕИНИ: ФУНКЦИЈЕ, ПРИМЕРИ И КАРАКТЕРИСТИКЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

У структурни протеини представљају главни протеини присутни у свим еукариотским ћелијама, односно ћелије су и животиња и биљака. То су део веома разноликих биолошких структура као што су кожа, коса, паукова мрежа, свила, везивно ткиво, биљне стјенке, итд.

Иако се термин "структурни протеин" обично користи за протеине попут колагена, кератина и еластина, постоје такође важни унутарћелијски структурни протеини који доприносе одржавању унутрашње структуре ћелија.

Фотографија колагених влакана типа И, класа структурних протеина (Извор: Лоуиса Ховард преко Викимедиа Цоммонс)

Ови протеини, који припадају цитоскелету, такође контролишу субцелуларну локацију органела и обезбеђују транспортне и комуникационе машине између њих.

Неки структурни протеини су детаљно проучавани и омогућили су боље разумевање опште структуре протеина. Примери за то су свилени фиброин, колаген и други.

На пример, из проучавања фиброина свиле описана је секундарна структура протеина β пресавијених листова, а из првих испитивања обављених колагеном изведена је секундарна структура троструке спирале.

Дакле, структурни протеини су неопходни како у појединим ћелијама, тако и у ткивима које чине.

Карактеристике

Функције структурних протеина су прилично разнолике и пре свега зависе од врсте протеина о коме је реч. Међутим, могло би се рећи да је његова главна функција одржавање структурног интегритета ћелија и, у ширем смислу, телесне структуре.

Што се тиче структурних протеина тела, на пример, кератин има функцију заштите, покривања, одбране, кретања, између осталог.

У епидерми коже сисара и других животиња има велики број филамената састављених од кератина. Овај слој делује у заштити тела од различитих врста стреса или штетних фактора.

Трнци и пернице, као и рогови и кљунови, канџе и нокти, који су кератинизирана ткива, имају функцију и заштите и одбране тела.

Индустријски гледано, вуна и длака многих животиња се користе за производњу одеће и других врста одеће, за шта они имају додатни значај, антропоцентрички гледано.

Ћелијски структурни протеини

Са станичне тачке гледишта, структурни протеини имају трансценденталне функције, јер чине унутрашњи оквир који свакој ћелији даје карактеристичан облик: цитоскелет.

Као део цитоскелета, структурни протеини попут актина, тубулина, миозина и других такође учествују у транспортним и унутрашњим комуникацијским функцијама, као иу догађајима ћелијске покретљивости (у ћелијама способним да се крећу).

На пример, постојање цилија и флагела у великој мери зависи од структурних протеина који чине густе и танке нити, састављене од актина и тубулина.

Примери структурних протеина и њихове карактеристике

Како постоји велика разноликост структурних протеина, у наставку ће бити дати само примери најважнијих и најбројнијих међу еукариотским организмима.

Бактерије и други прокариоти, заједно са вирусима, такође поседују важне структурне протеине у својим ћелијским телима, али већина пажње је усмерена на еукариотске ћелије.

-Актин

Актин је протеин који формира филаменте (актински филаменти) познати као микрофиламенти. Ови микрофиламенти су веома важни у цитоскелету свих еукариотских ћелија.

Актинова влакна су спирални полимери са два ланца. Ове флексибилне структуре су пречника 5 до 9 нм и организоване су као линеарне зраке, дводимензионалне мреже или тродимензионални гелови.

Актин је дистрибуиран по целој ћелији, међутим, посебно је концентрисан у слоју или кортексу везаном за унутрашње лице плазма мембране јер је основни део цитоскелета.

-Колаген

Колаген је протеин присутан код животиња и посебно је богат код сисара који имају најмање 20 различитих гена који кодирају различите облике овог протеина који се могу наћи у њиховим ткивима.

Налази се пре свега у костима, тетивама и кожи, где чини више од 20% укупне протеинске масе сисара (већи од процента било којег другог протеина).

У везивним ткивима у којима се налази колаген представља важан део влакнастог дела ванћелијског матрикса (који је такође састављен од основне супстанце), где формира еластична влакна која подржавају велике затезне силе.

Структура колагених влакана

Колагена влакна сачињена су од једноличних подјединица молекула тропоколагена, дужине 280 нм и пречника 1,5 нм. Сваки молекул тропоколагена састоји се од три полипептидна ланца позната као алфа ланци, који се међусобно повезују попут троструке спирале.

Сваки од алфа ланаца има око 1000 аминокиселинских остатака, где су глицин, пролин, хидроксипролин и хидроксилизин веома обилнији (што важи и за остале структурне протеине попут кератина).

У зависности од врсте разматраних колагених влакана, налазе се на различитим местима и имају различита својства и функције. Неки су специфични за кости и дентин, док су други део хрскавице и тако даље.

-Кератин

Кератин је најважнији структурни протеин кератиноцита, један од најзаступљенијих ћелијских врста у епидерми. То је нерастворљиви влакнасти протеин који се такође налази у ћелијама и унутрашњости многих животиња.

Након колагена, кератин је други најзаступљенији протеин у сисару. Поред тога што представља значајан део најудаљенијег слоја коже, ово је главни структурни протеин косе и вуне, ноктију, канџи и копита, перја и рогова.

У природи постоје различите врсте кератина (аналогне различитим врстама колагена), које имају различите функције. Алфа и бета кератини су најпознатији. Прве формирају нокте, рогове, перје и епидерму сисара, а друге обилују кљуновима, љускама и перјем гмазова и птица.

-Еластин

Еластин, још један протеин животињског порекла, је кључна компонента ванћелијског матрикса и има важну улогу у еластичности и отпорности многих ткива код краљешњака.

Ова ткива укључују артерије, плућа, лигаменте и тетиве, кожу и еластичну хрскавицу.

Еластин садржи више од 80% еластичних влакана присутних у ванћелијском матриксу и окружен је микрофибрилима састављеним од различитих макромолекула. Структура матрица састављених од ових влакана варира између различитих ткива.

У артеријама се та еластична влакна организују у концентричне прстенове око артерија; У плућима еластинска влакна творе танку мрежу у целом органу, концентришући се на подручјима као што су отвори алвеола.

У тетивама, еластинска влакна су оријентисана паралелно са организацијом ткива, а код еластичних хрскавица су распоређена у тродимензионалној конфигурацији сличној саћу.

-Екстензини

Зидови биљних ћелија углавном се састоје од целулозе, али неки протеини који су повезани са овом структуром такође имају функционалну и структуралну важност.

Екстензини су један од најпознатијих зидних протеина и карактерише их понављана пентапетидна секвенца Сер- (Хип) 4. Они су богати основним остацима као што је лизин, што доприноси њиховој интеракцији са осталим компонентама ћелијског зида.

Његова функција има везе са учвршћивањем или учвршћивањем зидова. Као и код осталих структурних протеина код животиња, и код биљака постоје различите врсте екстензина који се изражавају различитим врстама ћелија (не све ћелије производе екстензине).

На пример, у соји, екстензини настају ћелијама склеренхима, док се код биљака дувана показало да бочни корен има два слоја ћелија који експримирају ове протеине.

-Лист

Ћелијске органеле такође имају своје структурне протеине који су одговорни за одржавање облика, покретљивости и многих других физиолошких и метаболичких процеса који су им својствени.

Унутрашња област нуклеарне мембране повезана је са структуром познатом као нуклеарна ламина и обе имају врло посебан састав протеина. Међу протеинима који чине нуклеарну ламу су протеини звани ламине.

Ламине припадају групи интермедијарних филаме типа В и постоји неколико типова, најпознатији су А и Б. Ови протеини могу међусобно да делују или са другим унутрашњим елементима језгра, као што су матрикс протеини, хроматин и унутрашњу нуклеарну мембрану.

Референце

1. Албертс, Б., Деннис, Б., Хопкин, К., Јохнсон, А., Левис, Ј., Рафф, М., … Валтер, П. (2004). Основна ћелијска биологија. Абингдон: Гарланд Сциенце, Таилор & Францис Гроуп.
2. Гартнер, Л., Хиатт, Ј. (2002). Текстни атлас хистологије (2. изд.). Мексико ДФ: МцГрав-Хилл Интерамерицана Едиторес.
3. Груенбаум, И., Вилсон, КЛ, Харел, А., Голдберг, М., & Цохен, М. (2000). Преглед: Нуклеарни ламини - Структурни протеини са основним функцијама. Часопис за структурну биологију, 129, 313–323.
4. Келлер, Б. (1993). Структурни протеини ћелијских зидова. Физиологија биљака, 101, 1127-1130.
5. Митхиеук, БСМ, & Веисс, АС (2006). Еластин. Напредак у протеинској хемији, 70, 437-461.
6. Сун, Т., Схих, Ц., & Греен, Х. (1979). Кератински цитоскелети у епителним ћелијама унутрашњих органа. Проц. Натл. Ацад. Сци., 76 (6), 2813–2817.
7. Ванг, Б., Ианг, В., МцКиттрицк, Ј. и Меиерс, МА (2016). Кератин: Структура, механичка својства, појава у биолошким организмима и напори на биоинспирацији. Напредак у науци о материјалима.