BIAŁKA STRUKTURALNE: FUNKCJE, PRZYKŁADY I CHARAKTERYSTYKA - BIOLOGIA - 2026

Te białka strukturalne są głównym białkom obecnym we wszystkich komórkach eukariotycznych, np komórki, zarówno roślin i zwierząt. Są częścią bardzo zróżnicowanych struktur biologicznych, takich jak skóra, włosy, pajęczyna, jedwab, tkanka łączna, ściany komórkowe roślin itp.

Chociaż termin „białko strukturalne” jest powszechnie używany w odniesieniu do białek, takich jak kolagen, keratyna i elastyna, istnieją również ważne wewnątrzkomórkowe białka strukturalne, które przyczyniają się do utrzymania wewnętrznej struktury komórek.

Zdjęcie włókien kolagenowych typu I, klasy białek strukturalnych (źródło: Louisa Howard via Wikimedia Commons)

Białka te, należące do cytoszkieletu, kontrolują również subkomórkową lokalizację organelli i zapewniają mechanizm transportu i komunikacji między nimi.

Niektóre białka strukturalne zostały szczegółowo zbadane i pozwoliły na lepsze zrozumienie ogólnej struktury białek. Przykładami są fibroina jedwabiu, kolagen i inne.

Na przykład na podstawie badań fibroiny jedwabiu opisano drugorzędową strukturę białkową arkuszy pofałdowanych β, a z pierwszych badań przeprowadzonych z kolagenem wywnioskowano strukturę drugorzędową potrójnej helisy.

Dlatego białka strukturalne są niezbędne zarówno w poszczególnych komórkach, jak iw tkankach, z których się składają.

cechy

Funkcje białek strukturalnych są dość zróżnicowane i zależą przede wszystkim od typu danego białka. Można jednak powiedzieć, że jego główną funkcją jest utrzymanie strukturalnej integralności komórek, a szerzej - struktury ciała.

Jeśli chodzi o białka strukturalne organizmu, to np. Keratyna spełnia funkcje m.in. ochrony i pokrycia, obrony, ruchu.

Naskórek skóry ssaków i innych zwierząt ma dużą liczbę włókien zbudowanych z keratyny. Warstwa ta pełni funkcje w ochronie organizmu przed różnego rodzaju stresorami czy czynnikami szkodliwymi.

Ciernie i kolce, a także rogi i dzioby, pazury i paznokcie, które są zrogowaciałymi tkankami, pełnią funkcje zarówno w ochronie, jak i obronie organizmu.

W przemyśle wełna i sierść wielu zwierząt są wykorzystywane do produkcji odzieży i innych rodzajów odzieży, dla których mają one dodatkowe znaczenie, mówiąc antropocentrycznie.

Komórkowe białka strukturalne

Z komórkowego punktu widzenia białka strukturalne pełnią funkcje transcendentalne, ponieważ tworzą wewnętrzną strukturę, która nadaje każdej komórce jej charakterystyczny kształt: cytoszkielet.

Jako część cytoszkieletu, białka strukturalne, takie jak aktyna, tubulina, miozyna i inne, również uczestniczą w funkcjach transportowych i komunikacji wewnętrznej, a także w zdarzeniach związanych z mobilnością komórkową (w komórkach zdolnych do ruchu).

Na przykład istnienie rzęsek i wici jest w dużym stopniu zależne od białek strukturalnych, które tworzą grube i cienkie włókna składające się z aktyny i tubuliny.

Przykłady białek strukturalnych i ich charakterystyka

Ponieważ istnieje wielka różnorodność białek strukturalnych, poniżej zostaną podane tylko przykłady najważniejszych i najliczniejszych organizmów eukariotycznych.

Bakterie i inne prokarioty, wraz z wirusami, posiadają również ważne białka strukturalne w swoich ciałach komórkowych, jednak większość uwagi skupia się na komórkach eukariotycznych.

-Actin

Aktyna to białko, które tworzy włókna (filamenty aktynowe) zwane mikrofilamentami. Te mikrofilamenty są bardzo ważne w cytoszkieletie wszystkich komórek eukariotycznych.

Filamenty aktynowe to dwułańcuchowe helikalne polimery. Te elastyczne struktury mają średnicę od 5 do 9 nm i są zorganizowane jako liniowe wiązki, dwuwymiarowe sieci lub trójwymiarowe żele.

Aktyna jest rozprowadzana po całej komórce, jest jednak szczególnie skoncentrowana w warstwie lub korze przymocowanej do wewnętrznej strony błony komórkowej, ponieważ jest podstawową częścią cytoszkieletu.

-Kolagen

Kolagen to białko występujące u zwierząt, występujące szczególnie często u ssaków, które mają co najmniej 20 różnych genów kodujących różne formy tego białka występujące w ich tkankach.

Występuje przede wszystkim w kościach, ścięgnach i skórze, gdzie stanowi ponad 20% całkowitej masy białka ssaków (więcej niż procent jakiegokolwiek innego białka).

W tkankach łącznych, w których występuje, kolagen stanowi ważną część włóknistej części macierzy zewnątrzkomórkowej (która również składa się z substancji podstawowej), gdzie tworzy elastyczne włókna, które przenoszą duże siły rozciągające.

Struktura włókien kolagenowych

Włókna kolagenowe składają się z jednorodnych podjednostek cząsteczek tropokolagenu o długości 280 nm i średnicy 1,5 nm. Każda cząsteczka tropokolagenu składa się z trzech łańcuchów polipeptydowych zwanych łańcuchami alfa, które łączą się ze sobą jak potrójna helisa.

Każdy z łańcuchów alfa ma około 1000 reszt aminokwasowych, w których występuje bardzo dużo glicyny, proliny, hydroksyproliny i hydroksylizyny (co jest również prawdziwe w przypadku innych białek strukturalnych, takich jak keratyna).

W zależności od rodzaju rozważanego włókna kolagenowego, znajdują się one w różnych miejscach i mają różne właściwości i funkcje. Niektóre są specyficzne dla kości i zębiny, podczas gdy inne są częścią chrząstki i tak dalej.

-Keratyna

Keratyna jest najważniejszym białkiem strukturalnym keratynocytów, jednego z najliczniejszych typów komórek naskórka. Jest to nierozpuszczalne białko włókniste, które występuje również w komórkach i powłokach wielu zwierząt.

Po kolagenie keratyna jest drugim najbardziej rozpowszechnionym białkiem w organizmie ssaków. Oprócz tego, że jest istotną częścią najbardziej zewnętrznej warstwy skóry, jest to główne białko strukturalne włosów i wełny, paznokci, pazurów i kopyt, piór i rogów.

W naturze występują różne rodzaje keratyn (analogiczne do różnych typów kolagenu), które mają różne funkcje. Najbardziej znane są keratyny alfa i beta. Te pierwsze tworzą gwoździe, rogi, kolce i naskórek ssaków, podczas gdy drugie są bogate w dzioby, łuski i pióra gadów i ptaków.

-Elastyna

Elastyna, inne białko pochodzenia zwierzęcego, jest kluczowym składnikiem macierzy zewnątrzkomórkowej i odgrywa ważną rolę w elastyczności i sprężystości wielu tkanek kręgowców.

Tkanki te obejmują tętnice, płuca, więzadła i ścięgna, skórę i elastyczną chrząstkę.

Elastyna zawiera ponad 80% elastycznych włókien obecnych w macierzy zewnątrzkomórkowej i jest otoczona mikrowłóknami złożonymi z różnych makrocząsteczek. Struktura matryc wykonanych z tych włókien jest różna w różnych tkankach.

W tętnicach te elastyczne włókna organizują się w koncentryczne pierścienie wokół światła tętnicy; W płucach włókna elastyny ​​tworzą cienką sieć w całym narządzie, koncentrując się w obszarach takich jak otwory pęcherzyków płucnych.

W ścięgnach włókna elastyny ​​są zorientowane równolegle do organizacji tkanki, aw elastycznej chrząstce ułożone są w trójwymiarowej konfiguracji podobnej do plastra miodu.

-Extensines

Ściany komórkowe roślin składają się głównie z celulozy, jednak niektóre białka związane z tą strukturą mają również znaczenie funkcjonalne i strukturalne.

Ekstensyny są jednymi z najlepiej poznanych białek ściany i charakteryzują się powtarzalną sekwencją pentapetydów Ser- (Hyp) 4. Są bogate w podstawowe pozostałości, takie jak lizyna, która przyczynia się do ich interakcji z innymi składnikami ściany komórkowej.

Jego funkcja wiąże się z utwardzaniem lub wzmocnieniem ścian. Podobnie jak w przypadku innych białek strukturalnych u zwierząt, u roślin istnieją różne typy ekstensyn, które ulegają ekspresji w różnych typach komórek (nie wszystkie komórki wytwarzają ekstensyny).

Na przykład w soi ekstensyny są wytwarzane przez komórki sklerenchymy, podczas gdy w roślinach tytoniu wykazano, że korzenie boczne mają dwie warstwy komórek, które wyrażają te białka.

-Arkusz

Organelle komórkowe mają również własne białka strukturalne, które są odpowiedzialne za utrzymanie ich kształtu, ruchliwości i wielu innych nieodłącznych procesów fizjologicznych i metabolicznych.

Wewnętrzny obszar błony jądrowej jest powiązany ze strukturą znaną jako blaszka jądrowa i obie mają bardzo specjalny skład białkowy. Wśród białek tworzących blaszkę jądrową są białka zwane blaszkami.

Blaszki należą do grupy włókienek pośrednich typu V i jest ich kilka, najbardziej znane to A i B. Białka te mogą oddziaływać ze sobą lub z innymi wewnętrznymi elementami jądra, takimi jak białka macierzy, chromatyna i wewnętrzna błona jądrowa.

Bibliografia

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Podstawowa biologia komórki. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L. i Hiatt, J. (2002). Text Atlas of Histology (wyd. 2). Meksyk DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M. i Cohen, M. (2000). Przegląd: Nuclear Lamins - Structural Proteins with Fundamental Functions. Journal of Structural Biology, 129, 313–323.
4. Keller, B. (1993). Białka strukturalne ściany komórkowej. Plant Physiology, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM i Weiss, AS (2006). Elastyna. Advances in Protein Chemistry, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C. i Green, H. (1979). Cytoszkielety keratynowe w komórkach nabłonka narządów wewnętrznych. Proc. Natl. Acad. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J. i Meyers, MA (2016). Keratyna: budowa, właściwości mechaniczne, występowanie w organizmach biologicznych i wysiłki w zakresie bioinspiracji. Postęp w materiałoznawstwie.