СТРУКТУРНІ БІЛКИ: ФУНКЦІЇ, ПРИКЛАДИ ТА ХАРАКТЕРИСТИКИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці структурні білки є одним з основних білків , що є присутнім у всіх клітині, тобто клітини обидва тварини і рослини. Це частина дуже різноманітних біологічних структур, таких як шкіра, волосся, павутина, шовк, сполучна тканина, клітинні клітини рослин тощо.

Хоча термін "структурний білок" зазвичай використовується для позначення таких білків, як колаген, кератин та еластин, існують також важливі внутрішньоклітинні структурні білки, які сприяють підтриманню внутрішньої структури клітин.

Фотографія колагенових волокон типу I, клас структурного білка (Джерело: Луїза Говард через Wikimedia Commons)

Ці білки, що належать до цитоскелету, також контролюють надклітинне розташування органел і забезпечують транспортну та комунікаційну техніку між ними.

Деякі структурні білки були вивчені дуже докладно і дозволили краще зрозуміти загальну структуру білків. Прикладами цього є фіброїн шовку, колаген та інші.

Наприклад, з вивчення фіброїну шовку було описано, наприклад, вторинну структуру білка β-складених аркушів, і з перших досліджень, проведених з колагеном, було виведено потрійну спіраль вторинної структури.

Тому структурні білки необхідні як в окремих клітинах, так і в тканинах, з яких вони складаються.

Особливості

Функції структурних білків досить різноманітні і залежать, перш за все, від типу білка. Однак можна сказати, що його основна функція - підтримка структурної цілісності клітин і, в більш широкому розумінні, будови тіла.

Що стосується структурних білків тіла, то, наприклад, кератин виконує функції захисту та покриття, в захисті, в русі.

Епідерміс шкіри ссавців та інших тварин має велику кількість ниток, що складаються з кератину. Цей шар має функції захисту організму від різних типів стресових факторів або шкідливих факторів.

Шипи і калачі, а також роги і дзьоби, кігті і нігті, які є ороговілими тканинами, мають функції як в захисті, так і в захисті організму.

В промисловості шерсть і шерсть багатьох тварин використовуються для виготовлення одягу та інших видів одягу, для яких вони мають додаткове значення, антропоцентрично кажучи.

Клітинні структурні білки

З клітинної точки зору, структурні білки виконують трансцендентні функції, оскільки вони складають внутрішній каркас, який надає кожній клітині її характерну форму: цитоскелет.

У складі цитоскелету такі структурні білки, як актин, тубулін, міозин та інші, також беруть участь у транспортних і внутрішніх комунікаційних функціях, а також у заходах клітинної мобільності (у клітинах, здатних рухатися).

Наприклад, існування війок і джгутиків сильно залежить від структурних білків, що складають товсті і тонкі нитки, складені з актину і тубуліну.

Приклади структурних білків та їх характеристика

Оскільки існує велика різноманітність структурних білків, нижче будуть наведені лише приклади найважливіших та найпоширеніших серед еукаріотичних організмів.

Бактерії та інші прокаріоти, поряд з вірусами, також мають важливі структурні білки в клітинах, проте найбільше уваги приділяється еукаріотичним клітинам.

-Актин

Актин - це білок, який утворює нитки (актинові нитки), відомі як мікрофіламенти. Ці мікрофіламенти дуже важливі в цитоскелеті всіх еукаріотичних клітин.

Актинові нитки - це дволанцюгові спіральні полімери. Ці гнучкі структури мають діаметр від 5 до 9 нм і організовані у вигляді лінійних променів, двовимірних мереж або тривимірних гелів.

Актин розподіляється по всій клітині, проте він особливо зосереджений у шарі або корі, прикріпленому до внутрішньої поверхні плазматичної мембрани, оскільки він є основоположною частиною цитоскелету.

-Колаген

Колаген - це білок, який присутній у тварин і особливо багатий у ссавців, у яких принаймні 20 різних генів, що кодують різні форми цього білка, які можна знайти в їх тканинах.

Він міститься в основному в кістках, сухожиллях і шкірі, де він складає більше 20% від загальної білкової маси ссавців (вище, ніж відсоток будь-якого іншого білка).

У сполучних тканинах, де він знаходиться, колаген становить важливу частину волокнистої частини позаклітинного матриксу (який також складається з основної речовини), де він утворює еластичні волокна, що підтримують великі сили розтягу.

Будова колагенових волокон

Колагенові волокна складаються з рівномірних субодиниць молекул тропоколагену, довжиною 280 нм і діаметром 1,5 нм. Кожна молекула тропоколагену складається з трьох поліпептидних ланцюгів, відомих як альфа-ланцюги, які асоціюються між собою як потрійна спіраль.

У кожному з альфа-ланцюгів є близько 1000 амінокислотних залишків, де гліцин, пролін, гідроксипролін та гідроксилізин дуже багато (що також стосується інших структурних білків, таких як кератин).

Залежно від розглянутого типу колагенових волокон, вони знаходяться в різних місцях і мають різні властивості та функції. Одні специфічні для кісток та дентину, інші - частина хряща тощо.

-Кератін

Кератин - найважливіший структурний білок кератиноцитів, один з найпоширеніших типів клітин в епідермісі. Це нерозчинний волокнистий білок, який також міститься в клітинах і шкірних покривах багатьох тварин.

Після колагену кератин - другий за масою білок в організмі ссавців. Окрім того, що є значною частиною самого зовнішнього шару шкіри, це основний структурний білок волосся та вовни, нігтів, кігтів та копит, пір’я та рогів.

У природі існують різні види кератинів (аналогічні різним типам колагену), які мають різні функції. Альфа та бета-кератини є найбільш відомими. Перші утворюють нігті, роги, килиці та епідерміс ссавців, тоді як останні рясніють у дзьобів, лусочок та пір’я плазунів та птахів.

-Еластин

Еластин, інший білок тваринного походження, є ключовим компонентом позаклітинного матриксу і відіграє важливу роль у еластичності та стійкості багатьох тканин у хребетних тварин.

Ці тканини включають артерії, легені, зв’язки та сухожилля, шкіру та еластичний хрящ.

Еластин містить більше 80% еластичних волокон, присутніх у позаклітинному матриксі і оточений мікрофібрилами, що складаються з різних макромолекул. Структура матриць, що складаються з цих волокон, варіюється між різними тканинами.

В артеріях ці еластичні волокна організовуються в концентричні кільця навколо просвіту артерій; У легенях еластинові волокна утворюють тонку мережу по всьому органу, зосереджуючись у таких областях, як отвори альвеол.

У сухожиллях еластинові волокна орієнтовані паралельно тканинній організації, а в еластичному хрящі вони розташовані в тривимірній конфігурації, подібній сотовій.

-Екстенсини

Клітинні стінки рослин в основному складаються з целюлози, однак деякі білки, які пов'язані з цією структурою, також мають функціональне та структурне значення.

Екстензини є одним з найвідоміших білкових стінок і характеризуються повторною пентапетидної послідовністю Ser- (Hyp) 4. Вони багаті основними залишками, такими як лізин, що сприяє їх взаємодії з іншими компонентами клітинної стінки.

Його функція пов'язана з твердненням або зміцненням стін. Як і інші структурні білки у тварин, у рослин є різні типи екстенсинів, які експресуються різними типами клітин (не всі клітини продукують екстенсини).

Наприклад, у сої, екстенсини виробляються клітинами склеренхіми, тоді як у рослин тютюну було показано, що бічні корені мають два шари клітин, які експресують ці білки.

-Склад

Клітинні органели також мають свої структурні білки, які відповідають за підтримку своєї форми, рухливості та багатьох інших властивих фізіологічних та обмінних процесів.

Внутрішня область ядерної мембрани пов'язана зі структурою, відомою як ядерна пластинка, і обидві мають дуже особливий білковий склад. Серед білків, що складають ядерну пластину, є білки, які називаються ламінами.

Пластини належать до групи проміжних ниток типу V і є декілька типів, найбільш відомими є А і В. Ці білки можуть взаємодіяти один з одним або з іншими внутрішніми елементами ядра, такими як матричні білки, хроматину та внутрішньої ядерної мембрани.

Список літератури

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Основна клітинна біологія. Абінгдон: Гарленд Наук, Тейлор і Френсіс Груп.
2. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Текстовий атлас гістології (2-е видання). Мексика DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Огляд: Ядерні ламіни - структурні білки з основними функціями. Журнал структурної біології, 129, 313–323.
4. Келлер, Б. (1993). Структурні білки стінок клітин. Фізіологія рослин, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM, & Weiss, AS (2006). Еластин. Успіхи хімії білків, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Цитоскелети кератину в епітеліальних клітинах внутрішніх органів. Зб. Natl. Акад. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Кератин: Будова, механічні властивості, поява в біологічних організмах та зусилля щодо біоінспірації. Прогрес у матеріалознавстві.