Тхе влакнасте протеини , такође познати као фибриларни протеини, представљају класу протеина који су важне структурне компоненте сваке живе ћелије. Колаген, еластин, кератин или фиброин су примери ове врсте протеина.
Они испуњавају веома разнолике и сложене функције. Најважније су оне заштите (попут бодљикавог дивљача) или подршке (попут оне која пауцима пружа мрежицу коју они сами ткају и која их држи суспендованим).
Понављајућа структура свиленог фиброина, влакнастог протеина (Извор: Спонк виа Викимедиа Цоммонс)
Влакнасти протеини сачињени су од потпуно проширених полипептидних ланаца, који су организовани у својеврсно „влакно“ или „коноп“ велике отпорности. Ови протеини су механички веома јаки и нерастворљиви у води.
Углавном су компоненте влакнастих протеина полимери узастопно понављаних аминокиселина.
Човечанство је покушало да поново створи својства влакнастих протеина користећи различите биотехнолошке алате, међутим, разјашњавање с таквом тачношћу распоред сваке аминокиселине у полипептидном ланцу није лак задатак.
Структура
Влакнасти протеини имају релативно једноставан састав у својој структури. Обично их чине три или четири повезане аминокиселине које се понављају више пута.
Односно, ако се протеин састоји од аминокиселина попут лизина, аргинина и триптофана, следећа аминокиселина која ће се везати за триптофан опет ће бити лизин, затим аргинин и други молекул триптофана и тако даље.
Постоје влакнасти протеини који имају мотиве аминокиселина између две или три различите аминокиселине, осим понављајућих мотива њихових секвенци, а код осталих протеина, секвенца аминокиселина може бити високо променљива, са 10 или 15 различитих аминокиселина.
Структуре многих влакнастих протеина карактеришу се техникама рендгенске кристалографије и методама нуклеарне магнетне резонанце. Захваљујући томе детаљно су детаљно обликовани протеини у облику влакана, цевасти, ламинарни, спирални, обликовани као "левак", итд.
Сваки јединствени полипептид поновљеног узорка формира ланац, а сваки прамен је једна од стотина јединица које чине ултраструктуру "влакнастог протеина". Уопштено, сваки нит је распоређен спирално један према другом.
Карактеристике
Због мреже влакана која чине влакнасте протеине, њихове главне функције састоје се од тога да служе као структурални материјал за подршку, отпорност и заштиту ткивима различитих живих организама.
Заштитне структуре сачињене од влакнастих протеина могу заштитити виталне органе краљежњака од механичких удара, неповољних временских услова или напада предатора.
Степен специјализације влакнастих протеина јединствен је у животињском царству. Паукова мрежа, на пример, је основна супстанца за живот у води. Овај материјал има јединствену снагу и флексибилност.
Толико, да данас многи синтетички материјали покушавају да поново створе флексибилност и отпорност паукове мреже, чак и користећи трансгеничне организме да синтетишу овај материјал користећи биотехнолошке алате. Међутим, треба напоменути да очекивани успех још није постигнут.
Важно својство влакнастих протеина је да омогућавају везу између различитих ткива краљежњака.
Уз то, свестрана својства ових протеина омогућавају живим организмима да стварају материјале који комбинују снагу и флексибилност. То је, у многим случајевима, оно што је основна компонента за кретање мишића у кичмењака.
Пример влакнастих протеина
Колаген
То је протеин животињског порекла и можда је један од најбогатијих тела на кичмењацима, јер чини већину везивног ткива. Колаген се истиче својим снажним, проширивим, нерастворљивим и хемијски инертним својствима.
Молекуларна структура колагена, влакнастих протеина животињског порекла (Извор: Невит Дилмен преко Викимедиа Цоммонс)
Углавном се састоји од коже, рожнице, интервертебралних дискова, тетива и крвних судова. Колагена влакна се састоје од паралелне троструке спирале која је готово једна трећина само аминокиселине глицин.
Овај протеин формира структуре познате као „микрофибрили колагена“, који се састоје од спајања више троструких хеликоптера колагена.
Еластин
Као и колаген, еластин је протеин који је део везивног ткива. Међутим, за разлику од првог, он пружа еластичност ткивима, уместо отпорности.
Влакна еластина састоје се од аминокиселина валина, пролина и глицина. Ове аминокиселине су високо хидрофобне и утврђено је да је еластичност овог влакнастих протеина последица електростатичких интеракција унутар његове структуре.
Еластин обилује ткивима које се интензивно подвргавају циклусима екстензије и опуштања. Код кичмењака се налази у артеријама, лигаментима, плућима и кожи.
Кератин
Кератин је протеин који се налази претежно у ектодермалном слоју кичмењака. Овај протеин формира важне структуре попут косе, ноктију, трња, перја, рогова, између осталог.
Кератин се може састојати од α-кератина или β-кератина. Α-кератин је много чвршћи од β-кератина. То је зато што α-кератин сачињавају α-хелике, које су богате аминокиселином цистеин која има способност формирања дисулфидних мостова са другим једнаким аминокиселинама.
С друге стране, у β-кератину он је састављен у већем омеру поларних и аполарних аминокиселина које могу да формирају водоничне везе и организоване су у пресавијеним β листовима. То значи да је његова структура мање отпорна.
Фиброин
Ово је протеин који чини паукова мрежа и нити које производе свилене бубе. Ове нити су углавном састављене од аминокиселина глицина, серина и аланина.
Структуре ових протеина су β-листови организовани антипарално паралелно са оријентацијом филамента. Ова карактеристика му даје отпорност, флексибилност и мало способности истезања.
Фиброин је слабо растворљив у води и дугује својој великој флексибилности великој чврстини коју удружење аминокиселина даје у својој примарној структури и мостовима Вандер Ваалса, који се формирају између секундарних група аминокиселина.
Референце
- Бејли, К. (1948). Влакнасти протеини као компоненте биолошких система. Британски медицински билтен, 5 (4-5), 338-341.
- Хуггинс, МЛ (1943). Структура влакнастих протеина. Цхемицал Ревиевс, 32 (2), 195-218.
- Каплан, ДЛ (1998). Влакнаста бјеланчевина-свила као моделни систем. Деградација и стабилност полимера, 59 (1-3), 25-32.
- Парри, ДА и Цреамер, ЛК (1979). Влакнасти протеини, научни, индустријски и медицински аспекти. На Међународној конференцији о влакнастим протеинима 1979: Универзитет Массеи). Академска штампа.
- Парри, ДА и Скуире, ЈМ (2005). Влакнасти протеини: откривени су нови структурни и функционални аспекти. Напредак у хемији протеина (вол. 70, стр. 1-10). Академска штампа.
- Сцхмитт, ФО (1968). Влакнасти протеини - неуронски органели. Зборник радова Националне академије наука Сједињених Америчких Држава, 60 (4), 1092.
- Ванг, Кс., Ким, ХЈ, Вонг, Ц., Вепари, Ц., Матсумото, А., и Каплан, ДЛ (2006). Влакнасти протеини и инжењеринг ткива. Грађа данас, 9 (12), 44-53.