СТРУКТУРНИ ПРОТЕИНИ: ФУНКЦИИ, ПРИМЕРИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В структурните протеини са основен протеини присъстват във всички еукариотни клетки, т.е. клетките са както животните и растенията. Това са част от много разнообразни биологични структури като кожа, коса, паяжина, коприна, съединителна тъкан, растителни клетъчни стени и др.

Въпреки че терминът "структурен протеин" обикновено се използва за обозначаване на протеини като колаген, кератин и еластин, има и важни вътреклетъчни структурни протеини, които допринасят за поддържането на вътрешната структура на клетките.

Снимка от колагенни влакна от тип I, клас на структурен протеин (Източник: Луиза Хауърд през Wikimedia Commons)

Тези протеини, принадлежащи към цитоскелета, също контролират междуклетъчното разположение на органелите и осигуряват транспортната и комуникационната техника между тях.

Някои структурни протеини са проучени подробно и позволяват по-голямо разбиране на общата структура на протеините. Примери за това са коприненият фиброин, колагенът и други.

От изследването на копринения фиброин например е описана вторичната протеинова структура на β-сгънатите листове и от първите проучвания, проведени с колаген, е изведена вторичната структура на тройната спирала.

Следователно, структурните протеини са от съществено значение както в отделните клетки, така и в тъканите, които те съставят.

Характеристика

Функциите на структурните протеини са доста разнообразни и зависят преди всичко от въпросния вид протеин. Би могло да се каже обаче, че основната му функция е да поддържа структурната цялост на клетките и в по-широк смисъл на телесната структура.

Що се отнася до структурните протеини на тялото, кератинът например има функции в защита и покритие, в защита, при движение, наред с други.

Епидермисът на кожата на бозайници и други животни има голям брой нишки, изградени от кератин. Този слой има функции в защитата на организма срещу различни видове стресови фактори или вредни фактори.

Бодлите и рибата, както и рогата и човките, ноктите и ноктите, които са кератинизирани тъкани, имат функции както в защитата, така и в защитата на тялото.

В индустриално отношение вълната и косата на много животни се използват за производството на дрехи и други видове дрехи, за които те имат допълнително значение, антропоцентрично казано.

Клетъчни структурни протеини

От клетъчна гледна точка структурните протеини имат трансцендентални функции, тъй като те съставляват вътрешната рамка, която придава на всяка клетка характерната й форма: цитоскелета.

Като част от цитоскелета структурни протеини като актин, тубулин, миозин и други също участват в транспортни и вътрешни комуникационни функции, както и в събития на клетъчна мобилност (в клетки, способни да се движат).

Съществуването на реснички и жлези, например, е силно зависимо от структурни протеини, съставляващи дебелите и тънки нишки, съставени от актин и тубулин.

Примери за структурни протеини и техните характеристики

Тъй като има голямо разнообразие от структурни протеини, по-долу ще бъдат дадени само примери за най-важните и обилни сред еукариотните организми.

Бактериите и другите прокариоти, заедно с вирусите, притежават и важни структурни протеини в техните клетъчни тела, но най-много внимание е насочено към еукариотните клетки.

актин

Актинът е протеин, който образува филаменти (актинови нишки), известни като микрофиламенти. Тези микрофиламенти са много важни в цитоскелета на всички еукариотни клетки.

Актиновите нишки са двуверижни спирални полимери. Тези гъвкави структури са с диаметър от 5 до 9 nm и са организирани като линейни лъчи, двумерни мрежи или триизмерни гелове.

Актинът се разпределя в цялата клетка, но той е особено концентриран в слой или кора, прикрепен към вътрешната страна на плазмената мембрана, тъй като е основна част от цитоскелета.

-Collagen

Колагенът е протеин, присъстващ при животни и е особено изобилен при бозайници, които имат поне 20 различни гена, кодиращи различните форми на този протеин, които могат да бъдат намерени в тъканите им.

Той се намира главно в костите, сухожилията и кожата, където той представлява повече от 20% от общата протеинова маса на бозайниците (по-голям от процента на всеки друг протеин).

В съединителните тъкани, където се намира, колагенът представлява важна част от влакнестата част на извънклетъчната матрица (която също е съставена от основно вещество), където образува еластични влакна, поддържащи големи сили на опън.

Структура на колагеновите влакна

Колагенните влакна са съставени от еднообразни субединици на молекули тропоколаген, които са с дължина 280 nm и диаметър 1,5 nm. Всяка молекула на тропоколаген се състои от три полипептидни вериги, известни като алфа вериги, които се свързват помежду си като тройна спирала.

Всяка от алфа веригите има около 1000 аминокиселинни остатъци, където глицин, пролин, хидроксипролин и хидроксилизин са много изобилни (което е вярно и за други структурни протеини като кератин).

В зависимост от разглеждания тип колагенови влакна, те се намират на различни места и имат различни свойства и функции. Някои са специфични за костите и дентина, докато други са част от хрущялите и т.н.

-Keratin

Кератинът е най-важният структурен протеин на кератиноцитите, един от най-разпространените видове клетки в епидермиса. Това е неразтворим фиброзен протеин, който се намира и в клетките и в обвивките на много животни.

След колагена, кератинът е вторият най-изобилен протеин в тялото на бозайници. Освен че е съществена част от най-външния слой на кожата, това е основният структурен протеин на косата и вълната, ноктите, ноктите и копита, пера и рога.

В природата има различни видове кератини (аналогични на различните видове колаген), които имат различни функции. Алфа и бета кератините са най-известните. Първите формират ноктите, рогата, пъдпъдъците и епидермиса на бозайници, докато вторите са в изобилие от клюнове, люспи и пера на влечуги и птици.

-Elastin

Еластин, друг протеин от животински произход, е ключов компонент на извънклетъчния матрикс и има важна роля в еластичността и устойчивостта на много тъкани при гръбначни животни.

Тези тъкани включват артериите, белите дробове, връзките и сухожилията, кожата и еластичния хрущял.

Еластинът съдържа повече от 80% от еластичните влакна, присъстващи в извънклетъчната матрица и е заобиколен от микрофибрили, съставени от различни макромолекули. Структурата на матриците, съставени от тези влакна, варира между различните тъкани.

В артериите тези еластични влакна се организират в концентрични пръстени около артериалния лумен; В белите дробове еластиновите влакна образуват тънка мрежа в целия орган, като се концентрират в области като отворите на алвеолите.

В сухожилията еластиновите влакна са ориентирани успоредно на организацията на тъканите и в еластичния хрущял са подредени в триизмерна конфигурация, подобна на пчелна пита.

-Extensines

Стените на растителните клетки са съставени главно от целулоза, но някои от протеините, които са свързани с тази структура, също имат функционално и структурно значение.

Екстензините са един от най-известните стенни протеини и се характеризират с повтарящата се пентапетидна последователност Ser- (Hyp) 4. Те са богати на основни остатъци като лизин, което допринася за взаимодействието им с останалите компоненти в клетъчната стена.

Неговата функция е свързана с втвърдяването или укрепването на стените. Както при другите структурни протеини при животните, и в растенията има различни видове екстензини, които се експресират от различни видове клетки (не всички клетки произвеждат екстензини).

В соята например екстензините се произвеждат от склеренхимни клетки, докато при тютюневите растения е доказано, че страничните корени имат два слоя клетки, които експресират тези протеини.

-Лист

Клетъчните органели също имат свои структурни протеини, които са отговорни за поддържането на тяхната форма, подвижност и много други физиологични и метаболитни процеси, присъщи им.

Вътрешният участък на ядрената мембрана е свързан със структура, известна като ядрена ламина, и двете имат много специален протеинов състав. Сред протеините, които съставят ядрената ламина, са протеините, наречени ламини.

Ламените принадлежат към групата на междинните нишки от тип V и има няколко типа, най-известните са А и В. Тези протеини могат да взаимодействат помежду си или с други вътрешни елементи на ядрото, като матрични протеини, т.е. хроматин и вътрешната ядрена мембрана.

Препратки

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Съществена клетъчна биология. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Текстов атлас на хистологията (2-ро изд.). Мексико DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Преглед: Ядрени ламини - структурни протеини с основни функции. Journal of Structural Biology, 129, 313–323.
4. Keller, B. (1993). Структурни протеини на клетъчната стена. Физиология на растенията, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM, & Weiss, AS (2006). Еластин. Напредък в протеиновата химия, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Кератинови цитоскелети в епителни клетки на вътрешните органи. Proc. Natl. Акад. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Кератин: Структура, механични свойства, поява в биологични организми и усилия за биоинспирация. Напредък в материалознанието.