De fibrøse proteinene , også kjent som skleroproteiner, er en klasse proteiner som er viktige strukturelle komponenter i enhver levende celle. Kollagen, elastin, keratin eller fibroin er eksempler på denne typen proteiner.
De har veldig mangfoldige og komplekse funksjoner. De viktigste er beskyttelse (som ryggraden til en piggsvin) eller støtte (for eksempel den som gir edderkoppene nettet som de selv vever og som holder dem hengende).
Gjentagende struktur av silkefibroin, et fibrøst protein (Kilde: Sponk via Wikimedia Commons)
Fiberholdige proteiner er sammensatt av helt utvidede polypeptidkjeder, som er organisert i en slags "fiber" eller "tau" med stor motstand. Disse proteinene er mekanisk veldig sterke og er uoppløselige i vann.
For det meste er komponentene i fibrøse proteiner polymerer av fortløpende gjentatte aminosyrer.
Humaniteten har forsøkt å gjenskape egenskapene til fibrøse proteiner ved bruk av forskjellige bioteknologiske verktøy, men å belyse med en slik nøyaktighet ordningen av hver aminosyre i polypeptidkjeden er ikke en lett oppgave.
Struktur
Fiberholdige proteiner har en relativt enkel sammensetning i strukturen. De består vanligvis av tre eller fire aminosyrer som er sammenføyd, som gjentas mange ganger.
Det vil si at hvis et protein består av aminosyrer som lysin, arginin og tryptofan, vil den neste aminosyren som binder seg til tryptofan igjen være et lysin, etterfulgt av et arginin og et annet tryptofanmolekyl, og så videre.
Det er fibrøse proteiner som har aminosyremotiver fordelt på to eller tre forskjellige aminosyrer bortsett fra de repeterende motivene for deres sekvenser, og i andre proteiner kan aminosyresekvensen være svært varierende, med 10 eller 15 forskjellige aminosyrer.
Strukturen til mange av de fibrøse proteinene er blitt karakterisert ved røntgenkrystallografiteknikker og ved kjernemagnetisk resonansmetoder. Takket være dette er fiberformede proteiner, rørformede, laminære, spiralformede, formet som en "trakt", etc., blitt detaljert.
Hvert unikt repetisjonsmønster-polypeptid danner en streng, og hver streng er en av de hundrevis av enhetene som utgjør ultrastrukturen til et "fibrøst protein." Generelt er hvert glødetråd anordnet spiralformet i forhold til hverandre.
Egenskaper
På grunn av nettverket av fibre som utgjør fibrøse proteiner, består hovedfunksjonene i å tjene som et strukturelt materiale for støtte, resistens og beskyttelse for vev fra forskjellige levende organismer.
Beskyttende strukturer som består av fibrøse proteiner kan beskytte de viktige organene i virveldyr mot mekaniske sjokk, ugunstige værforhold eller angrep fra rovdyr.
Spesialiseringsnivået på fibrøse proteiner er unikt i dyreriket. Edderkoppnett, for eksempel, er et essensielt støttestoff for levemåten edderkopper fører. Dette materialet har unik styrke og fleksibilitet.
Så mye at i dag prøver mange syntetiske materialer å gjenskape fleksibiliteten og motstanden til edderkoppbanen, til og med å bruke transgene organismer for å syntetisere dette materialet ved hjelp av bioteknologiske verktøy. Det skal imidlertid bemerkes at den forventede suksessen ennå ikke er oppnådd.
En viktig egenskap som fibrøse proteiner har er at de lar forbindelsen mellom de forskjellige vevene til virveldyr.
I tillegg lar de allsidige egenskapene til disse proteiner levende organismer skape materialer som kombinerer styrke og fleksibilitet. Dette er i mange tilfeller det som utgjør de essensielle komponentene for bevegelse av muskler i virveldyr.
Eksempel på fibrøst protein
kollagen
Det er et protein av animalsk opprinnelse og er kanskje et av de mest tallrike i kroppen til virveldyr, siden det utgjør det meste av bindevevet. Kollagen skiller seg ut for sine sterke, utvidbare, uoppløselige og kjemisk inerte egenskaper.
Molekylær struktur av kollagen, et fibrøst protein av animalsk opprinnelse (Kilde: Nevit Dilmen via Wikimedia Commons)
Den består for det meste av hud, hornhinne, mellomvirvelskiver, sener og blodkar. En kollagenfiber består av en parallell trippel helix som er nesten en tredel av bare aminosyren glycin.
Dette proteinet danner strukturer kjent som "kollagenmikrofibriller", som består av foreningen av flere kollagen trippelhelix sammen.
elastin
I likhet med kollagen er elastin et protein som er en del av bindevevet. I motsetning til det første gir det imidlertid elastisitet til vevene, i stedet for motstand.
Elastinfibre består av aminosyrene valin, prolin og glysin. Disse aminosyrene er sterkt hydrofobe og det er blitt bestemt at elastisiteten til dette fibrøse proteinet skyldes elektrostatisk interaksjon i strukturen.
Elastin er rikelig i vev som er intensivt utsatt for forlengelses- og avslappingssykluser. Hos virveldyr finnes det i arterier, leddbånd, lunger og hud.
keratin
Keratin er et protein som hovedsakelig finnes i det ektodermale laget av virveldyr. Dette proteinet danner viktige strukturer som hår, negler, torner, fjær, horn, blant andre.
Keratin kan være sammensatt av α-keratin eller β-keratin. Α-keratin er mye stivere enn β-keratin. Dette er fordi α-keratin består av α-helikser, som er rike på aminosyren cystein, som har evnen til å danne disulfidbroer med andre like aminosyrer.
I ß-keratin er det derimot sammensatt i en større andel polare og apolare aminosyrer, som kan danne hydrogenbindinger og er organisert i brettede β-ark. Dette betyr at strukturen er mindre motstandsdyktig.
fibroin
Dette er proteinet som utgjør edderkoppnettet og trådene produsert av silkeorm. Disse trådene er hovedsakelig sammensatt av aminosyrene glycin, serin og alanin.
Strukturen til disse proteinene er p-ark organisert antiparallell til orienteringen av glødetråden. Denne egenskapen gir den motstand, fleksibilitet og liten evne til å strekke seg.
Fibroin er lite løselig i vann og skylder sin store fleksibilitet til den store stivheten som foreningen av aminosyrer gir den i sin primære struktur og til Vander Waals broer, som dannes mellom de sekundære gruppene av aminosyrer.
referanser
- Bailey, K. (1948). Fiberholdige proteiner som komponenter i biologiske systemer. Britisk medisinsk bulletin, 5 (4-5), 338-341.
- Huggins, ML (1943). Strukturen til fibrøse proteiner. Chemical Reviews, 32 (2), 195-218.
- Kaplan, DL (1998). Fiberholdige proteiner-silke som modellsystem. Polymer Nedbrytning og stabilitet, 59 (1-3), 25-32.
- Parry, DA, & Creamer, LK (1979). Fiberrike proteiner, vitenskapelige, industrielle og medisinske aspekter. I International Conference on Fibrous Proteins 1979: Massey University). Academic Press.
- Parry, DA, & Squire, JM (2005). Fibre proteiner: nye strukturelle og funksjonelle aspekter avslørt. I Fremskritt innen proteinkjemi (bind 70, s. 1-10). Academic Press.
- Schmitt, FO (1968). Fibrøse proteiner - nevronale organeller. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 60 (4), 1092.
- Wang, X., Kim, HJ, Wong, C., Vepari, C., Matsumoto, A., & Kaplan, DL (2006). Fibre proteiner og vevsteknikk. Materialer i dag, 9 (12), 44-53.