PROTEINE ​​STRUCTURALE: FUNCȚII, EXEMPLE ȘI CARACTERISTICI - BIOLOGIE - 2025

Cele Proteinele structurale sunt un proteine majore prezente în toate celulele eucariote, adică celulele sunt ambele animale și vegetale. Acestea fac parte din structuri biologice extrem de diverse, cum ar fi pielea, părul, pânza de păianjen, mătasea, țesutul conjunctiv, pereții celulelor vegetale etc.

Deși termenul „proteină structurală” este utilizat în mod obișnuit pentru a se referi la proteine ​​precum colagen, keratină și elastină, există, de asemenea, proteine ​​structurale intracelulare importante care contribuie la menținerea structurii interne a celulelor.

Fotografie a fibrelor de colagen de tip I, o clasă de proteine ​​structurale (Sursa: Louisa Howard prin Wikimedia Commons)

Aceste proteine, aparținând citoscheletului, controlează, de asemenea, locația subcelulară a organelelor și asigură echipamentul de transport și comunicare între ele.

Unele proteine ​​structurale au fost studiate în detaliu și au permis o mai bună înțelegere a structurii proteice generale. Exemple de acestea sunt fibroina de mătase, colagenul și altele.

Din studiul fibroinei de mătase, de exemplu, a fost descrisă structura proteică secundară a foilor pliate β și, din primele studii efectuate cu colagen, a fost dedusă structura secundară cu triplă helixă.

Prin urmare, proteinele structurale sunt esențiale atât în ​​celulele individuale, cât și în țesuturile pe care le alcătuiesc.

Caracteristici

Funcțiile proteinelor structurale sunt destul de diverse și depind, mai ales, de tipul de proteină în cauză. Cu toate acestea, s-ar putea spune că funcția sa principală este de a menține integritatea structurală a celulelor și, într-un sens mai larg, a structurii corpului.

În ceea ce privește proteinele structurale ale corpului, keratina, de exemplu, are funcții de protecție și acoperire, de apărare, în mișcare, printre altele.

Epiderma pielii mamiferelor și a altor animale are un număr mare de filamente alcătuite din cheratină. Acest strat are funcții de protecție a organismului împotriva diferitelor tipuri de stresori sau factori nocivi.

Spinii și vârfurile, precum și coarnele și ciocurile, ghearele și unghiile, care sunt țesuturi keratinizate, au funcții atât de protecție cât și de apărare a organismului.

Pe plan industrial, lâna și părul multor animale sunt exploatate pentru fabricarea de îmbrăcăminte și alte tipuri de îmbrăcăminte, pentru care au o importanță suplimentară, antropocentric vorbind.

Proteine ​​structurale celulare

Din punct de vedere celular, proteinele structurale au funcții transcendente, deoarece alcătuiesc cadrul intern care conferă fiecărei celule forma sa caracteristică: citoscheletul.

Ca parte a citoscheletului, proteine ​​structurale, cum ar fi actina, tubulina, miozina și altele, de asemenea, participă la funcțiile de transport și comunicare internă, precum și la evenimentele de mobilitate celulară (în celule capabile să se miște).

Existența cililor și flagelelor, de exemplu, depinde foarte mult de proteinele structurale care alcătuiesc filamentele groase și subțiri, formate din actină și tubulină.

Exemple de proteine ​​structurale și caracteristicile lor

Deoarece există o mare diversitate de proteine ​​structurale, doar mai multe exemple dintre cele mai importante și abundente dintre organismele eucariote.

Bacteriile și alte procariote, împreună cu virușii, dețin, de asemenea, proteine ​​structurale importante în corpurile lor celulare, cu toate acestea, cea mai mare atenție este concentrată asupra celulelor eucariote.

actină

Actina este o proteină care formează filamente (filamente de actină) cunoscute sub numele de microfilamente. Aceste microfilamente sunt foarte importante în citoscheletul tuturor celulelor eucariote.

Filamentele de actină sunt polimeri elicoidali cu două lanțuri. Aceste structuri flexibile au diametrul de 5 până la 9 nm și sunt organizate sub formă de grinzi liniare, rețele bidimensionale sau geluri tridimensionale.

Actina este distribuită în întreaga celulă, cu toate acestea, este în special concentrată într-un strat sau cortex atașat la fața interioară a membranei plasmatice, deoarece este o parte fundamentală a citoscheletului.

-Collagen

Colagenul este o proteină prezentă la animale și este deosebit de abundentă la mamifere, care au cel puțin 20 de gene diferite care codifică diferitele forme ale acestei proteine ​​care pot fi găsite în țesuturile lor.

Se găsește în principal în oase, tendoane și piele, unde constituie mai mult de 20% din masa proteică totală a mamiferelor (mai mare decât procentul oricărei alte proteine).

În țesuturile conective unde se găsește, colagenul constituie o parte importantă a porțiunii fibroase a matricei extracelulare (care este, de asemenea, compusă dintr-o substanță fundamentală), unde formează fibre elastice care susțin forțe mari de tracțiune.

Structura fibrelor de colagen

Fibrele de colagen sunt compuse din subunități uniforme de molecule de tropocollagen, care au lungimea de 280 nm și diametrul de 1,5 nm. Fiecare moleculă de tropocollagen este formată din trei catene polipeptidice cunoscute sub numele de lanțuri alfa, care se asociază între ele ca o triplă helix.

Fiecare din lanțurile alfa are aproximativ 1000 de reziduuri de aminoacizi, unde glicina, prolina, hidroxiprolina și hidroxilina sunt foarte abundente (ceea ce este valabil și pentru alte proteine ​​structurale precum keratina).

În funcție de tipul de fibră de colagen considerată, acestea se găsesc în locuri diferite și au proprietăți și funcții diferite. Unele sunt specifice osului și dentinei, în timp ce altele fac parte din cartilaj și așa mai departe.

-Keratin

Keratina este cea mai importantă proteină structurală a keratinocitelor, unul dintre cele mai abundente tipuri de celule din epidermă. Este o proteină fibroasă insolubilă care se găsește și în celulele și în elementele integrante ale multor animale.

După colagen, keratina este a doua cea mai abundentă proteină din corpul mamiferelor. Pe lângă faptul că este o parte substanțială a stratului exterior al pielii, aceasta este principala proteină structurală a părului și a lânii, cuie, gheare și copite, pene și coarne.

În natură există diferite tipuri de keratine (analog cu diferitele tipuri de colagen), care au funcții diferite. Cele mai cunoscute alfa și beta-keratinele sunt cele mai cunoscute. Primele formează unghiile, coarnele, cheile și epidermul mamiferelor, în timp ce cele din urmă sunt abundente în ciocuri, solzi și pene de reptile și păsări.

-Elastin

Elastina, o altă proteină de origine animală, este o componentă cheie a matricei extracelulare și are roluri importante în elasticitatea și rezistența multor țesuturi la animale vertebrate.

Aceste țesuturi includ arterele, plămânii, ligamentele și tendoanele, pielea și cartilajul elastic.

Elastina cuprinde mai mult de 80% din fibrele elastice prezente în matricea extracelulară și este înconjurată de microfibrilele compuse din diverse macromolecule. Structura matricelor formate din aceste fibre variază de la diferite țesuturi.

În artere, aceste fibre elastice se organizează în inele concentrice în jurul lumenului arterial; În plămâni, fibrele de elastină formează o rețea subțire în întregul organ, concentrându-se în zone precum deschiderile alveolelor.

La tendoane, fibrele de elastină sunt orientate paralel cu organizarea țesuturilor, iar în cartilajul elastic, acestea sunt dispuse într-o configurație tridimensională similară cu un fagure.

-Extensines

Pereții celulelor vegetale sunt compuși în principal din celuloză, cu toate acestea, unele dintre proteinele care sunt asociate cu această structură au, de asemenea, relevanță funcțională și structurală.

Extensinele sunt una dintre cele mai cunoscute proteine ​​de perete și se caracterizează prin secvența pentapetidă repetată Ser- (Hyp) 4. Sunt bogate în reziduuri de bază, cum ar fi lizina, ceea ce contribuie la interacțiunea lor cu celelalte componente din peretele celular.

Funcția sa are legătură cu întărirea sau întărirea pereților. La fel ca în cazul altor proteine ​​structurale la animale, la plante există diferite tipuri de extensine, care sunt exprimate de diferite tipuri de celule (nu toate celulele produc extensine).

În soia, de exemplu, extensinele sunt produse de celulele sclerenchimului, în timp ce la plantele de tutun s-a demonstrat că rădăcinile laterale au două straturi de celule care exprimă aceste proteine.

-Foaie

Organelele celulare au, de asemenea, propriile lor proteine ​​structurale, care sunt responsabile de menținerea formei, motilității și a multor alte procese fiziologice și metabolice inerente acestora.

Regiunea interioară a membranei nucleare este asociată cu o structură cunoscută sub numele de lamina nucleară și ambele au o compoziție proteică foarte specială. Printre proteinele care compun lamina nucleară se numără proteinele numite lamine.

Laminele aparțin grupului de filamente intermediare de tip V și există mai multe tipuri, cele mai cunoscute sunt A și B. Aceste proteine ​​pot interacționa între ele sau cu alte elemente interne ale nucleului, cum ar fi proteinele matrice, cromatina și membrana nucleară interioară.

Referințe

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologia celulară esențială. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Text Atlas of Histology (ediția a 2-a). Mexic DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Revizuire: lamine nucleare - proteine ​​structurale cu funcții fundamentale. Journal of Structural Biology, 129, 313-323.
4. Keller, B. (1993). Proteine ​​structurale de perete celular. Fiziologia plantelor, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM, & Weiss, AS (2006). Elastina. Avansuri în chimia proteinelor, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Citoscheletele keratinei din celulele epiteliale ale organelor interne. Proc. Natl. Acad. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratina: Structura, proprietățile mecanice, apariția în organismele biologice și eforturile la bioinspirație. Progresul în știința materialelor.