STRUKTURELLE PROTEINER: FUNKSJONER, EKSEMPLER OG EGENSKAPER - BIOLOGI - 2026

De strukturelle proteiner er et stort protein som er tilstede i alle eukaryote celler, dvs. celler som er både dyr og planter. Dette er en del av svært forskjellige biologiske strukturer som hud, hår, edderkoppnett, silke, bindevev, plantecellevegger, etc.

Selv om begrepet "strukturelt protein" ofte brukes for å referere til proteiner som kollagen, keratin og elastin, er det også viktige intracellulære strukturelle proteiner som bidrar til å opprettholde den indre strukturen i celler.

Fotografi av type I kollagenfibre, en klasse av strukturelt protein (Kilde: Louisa Howard via Wikimedia Commons)

Disse proteiner, som tilhører cytoskjelettet, kontrollerer også den subcellulære plasseringen av organellene og gir transport- og kommunikasjonsmaskineriet mellom dem.

Noen strukturelle proteiner er blitt studert i detalj og har tillatt en større forståelse av den generelle proteinstrukturen. Eksempler på disse er silkefibroin, kollagen og andre.

Fra studien av silkefibroin, for eksempel, ble den sekundære proteinstrukturen til de p-brettede arkene beskrevet, og fra de første studiene som ble utført med kollagen, ble den sekundære strukturen av trippel helix trukket ut.

Derfor er strukturelle proteiner essensielle både i individuelle celler og i vevet de utgjør.

Egenskaper

Funksjonene til strukturelle proteiner er ganske forskjellige, og avhenger fremfor alt av den aktuelle proteintypen. Det kan imidlertid sies at dens viktigste funksjon er å opprettholde den strukturelle integriteten til celler og, i en større forstand, av kroppsstrukturen.

For strukturelle proteiner i kroppen har keratin for eksempel funksjoner i beskyttelse og dekning, i forsvar, i bevegelse, blant andre.

Overhuden i huden hos pattedyr og andre dyr har et stort antall filamenter som består av keratin. Dette laget har funksjoner for å beskytte kroppen mot forskjellige typer stressfaktorer eller skadelige faktorer.

Torner og spjeld, samt horn og nebber, klør og negler, som er keratinisert vev, har funksjoner både i beskyttelsen og i forsvaret av kroppen.

Industrielt utnyttes ull og hår fra mange dyr for fremstilling av klær og andre typer klær, så de har en ekstra betydning, antroposentrisk sett.

Cellulære strukturelle proteiner

Fra cellulært synspunkt har strukturelle proteiner transcendentale funksjoner, siden de utgjør det indre rammeverket som gir hver celle sin karakteristiske form: cytoskjelettet.

Som en del av cytoskjelettet deltar også strukturelle proteiner som actin, tubulin, myosin og andre i transport- og interne kommunikasjonsfunksjoner, så vel som i mobilitetshendelser (i celler som er i stand til å bevege seg).

Eksistensen av cilia og flagella er for eksempel svært avhengig av strukturelle proteiner som utgjør de tykke og tynne filamentene, som består av aktin og tubulin.

Eksempler på strukturelle proteiner og deres egenskaper

Siden det er et stort mangfold av strukturelle proteiner, vil bare eksempler på de viktigste og mest tallrike blant eukaryote organismer bli gitt nedenfor.

Bakterier og andre prokaryoter, sammen med virus, har også viktige strukturelle proteiner i cellene, men mest oppmerksomhet er rettet mot eukaryote celler.

aktin

Actin er et protein som danner filamenter (aktinfilamenter) kjent som mikrofilamenter. Disse mikrofilamentene er veldig viktige i cytoskjelettet til alle eukaryote celler.

Aktinfilamenter er tokjedede spiralformede polymerer. Disse fleksible strukturene har en diameter på 5 til 9 nm og er organisert som lineære bjelker, todimensjonale nettverk eller tredimensjonale geler.

Aktin er distribuert over hele cellen, men den er spesielt konsentrert i et lag eller cortex festet til den indre overflaten av plasmamembranen, da det er en grunnleggende del av cytoskelettet.

-Collagen

Kollagen er et protein som er til stede i dyr og er spesielt rikelig hos pattedyr, som har minst 20 forskjellige gener som koder for de forskjellige formene av dette proteinet som finnes i vevet.

Det finnes hovedsakelig i bein, sener og hud, der det utgjør mer enn 20% av den totale proteinmassen til pattedyr (høyere enn prosentandelen av noe annet protein).

I bindevevet der det finnes, utgjør kollagen en viktig del av den fibrøse delen av den ekstracellulære matrisen (som også er sammensatt av et grunnleggende stoff), der det danner elastiske fibre som støtter store strekkrefter.

Struktur av kollagenfibre

Kollagenfibre er sammensatt av enhetlige underenheter av tropocollagen-molekyler, som er 280 nm lange og 1,5 nm i diameter. Hvert tropocollagen-molekyl består av tre polypeptidkjeder kjent som alfakjeder, som assosieres med hverandre som en trippel helix.

Hver av alfakjedene har rundt 1000 aminosyrerester, hvor glycin, prolin, hydroksyprolin og hydroksylysin er veldig rikelig (noe som også gjelder for andre strukturelle proteiner som keratin).

Avhengig av hvilken type kollagenfiber som er vurdert, finnes de forskjellige steder og har forskjellige egenskaper og funksjoner. Noen er spesifikke for bein og dentin, mens andre er en del av brusk og så videre.

-Keratin

Keratin er det viktigste strukturelle proteinet til keratinocytter, en av de mest tallrike celletyper i overhuden. Det er et uoppløselig fibrøst protein som også finnes i cellene og integumentene til mange dyr.

Etter kollagen er keratin det nest rikeste proteinet i pattedyrkroppen. I tillegg til å være en vesentlig del av det ytterste laget av huden, er dette det viktigste strukturelle proteinet til hår og ull, negler, klør og høver, fjær og horn.

I naturen er det forskjellige typer keratiner (analogt med forskjellige typer kollagen), som har forskjellige funksjoner. Alfa- og beta-keratiner er de mest kjente. Førstnevnte danner negler, horn, fjellsprekker og overhud hos pattedyr, mens de sistnevnte er rikelig i nebbene, skalaene og fjærene til krypdyr og fugler.

-Elastin

Elastin, et annet protein av animalsk opprinnelse, er en nøkkelkomponent i den ekstracellulære matrisen og har viktige roller i elastisiteten og spenningen i mange vev hos virveldyr.

Disse vevene inkluderer arteriene, lungene, leddbånd og sener, hud og elastisk brusk.

Elastin utgjør mer enn 80% av de elastiske fibrene som er til stede i den ekstracellulære matrisen og er omgitt av mikrofibriller sammensatt av forskjellige makromolekyler. Strukturen til matrisene som består av disse fibrene varierer mellom forskjellige vev.

I arteriene organiserer disse elastiske fibrene seg i konsentriske ringer rundt arterielumen; I lungene danner elastinfibrene et tynt nettverk i hele organet, og konsentrerer seg i områder som åpningene til alveolene.

I sener er elastinfibre orientert parallelt med vevsorganisasjonen, og i elastisk brusk er de anordnet i en tredimensjonal konfigurasjon som ligner en honningkake.

-Extensines

Plantecellevegger er hovedsakelig sammensatt av cellulose, men noen av proteinene som er assosiert med denne strukturen har også funksjonell og strukturell relevans.

Ekstensiner er et av de mest kjente veggproteiner og er preget av den gjentatte pentapetidsekvensen Ser- (Hyp) 4. De er rike på basiske rester som lysin, noe som bidrar til deres interaksjon med de andre komponentene i celleveggen.

Dens funksjon har å gjøre med å herde eller styrke veggene. Som med andre strukturelle proteiner i dyr, er det i planter forskjellige typer ekstensiner, som uttrykkes av forskjellige typer celler (ikke alle celler produserer ekstensiner).

I soyabønner produseres for eksempel ekstensiner av sclerenchyma-celler, mens det i tobakksplanter er vist at siderøttene har to lag med celler som uttrykker disse proteinene.

-Ark

Cellulære organeller har også sine egne strukturelle proteiner, som er ansvarlige for å opprettholde deres form, bevegelighet og mange andre iboende fysiologiske og metabolske prosesser.

Den indre regionen av kjernemembranen er assosiert med en struktur kjent som kjernefysisk lamina, og begge har en veldig spesiell proteinsammensetning. Blant proteinene som utgjør den nukleære laminaen er proteiner som kalles laminae.

Lamineringene tilhører gruppen mellomliggende filamenter av type V, og det er flere typer, de mest kjente er A og B. Disse proteinene kan samvirke med hverandre eller med andre indre elementer i kjernen, slik som matriksproteiner, kromatin og den indre kjernemembranen.

referanser

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essensiell cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Tekst Atlas of Histology (2. utg.). Mexico DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Gjennomgang: Nuclear Lamins - Strukturelle proteiner med grunnleggende funksjoner. Journal of Structural Biology, 129, 313–323.
4. Keller, B. (1993). Strukturelle celleveggproteiner. Plantefysiologi, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM, & Weiss, AS (2006). Elastin. Fremskritt i proteinkjemi, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Keratin cytoskjelett i epitelceller i indre organer. Proc. Natl. Acad. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratin: Struktur, mekaniske egenskaper, forekomst i biologiske organismer og innsats mot bioinspirasjon. Fremgang i materialvitenskap.