Fibrilarni protein: struktura, primeri

Glede na zlaganje v tridimenzionalni prostor ločimo dve veliki skupini beljakovin: kroglasto in fibrilarno. Večina beljakovin sodi v prvo frakcijo, ki ustreza tipičnemu modelu terciarne strukture, ki opisuje verigo aminokislin kot sferični zaplet s hidrofobnim središčem in hidrofilno površino. Vlaknasti proteini so specifična skupina, za katero so značilne nitaste oblike molekul.

Splošne značilnosti prostorske strukture proteina

V svoji prvotni obliki je sintetizirani protein linearna veriga aminokislin, ki so med seboj povezane z peptidnimi vezmi. Vendar pa se na poti do končne funkcionalne oblike zaradi različnih kemijskih interakcij molekula podvrže več fazam prostorskega zlaganja. Vsako stopnjo oblikovanja označujejo ustrezne strukture: primarno, sekundarno, terciarno in kvartarno (če obstajajo).

Globularne beljakovine so označene s tridimenzionalno prostorsko konformacijo, ki jo zadržuje kompleks šibkih kemičnih vezi (vodik, ion, hidrofoben itd.). Oblika molekule takega proteina je podobna sferičnemu zamašku.

Polipeptidne verige fibrilarnih proteinov tvorijo dolga vlakna, ki so sestavljena iz ponavljajočih se elementov sekundarne strukture. Naprava terciarne konformacije filamentoznih beljakovin v primerjavi z globulo je veliko bolj primitivna, vendar zagotavlja dobro stabilnost.

Glavne razlike filamentoznih proteinov iz sferičnih

Poleg prostorske oblike se fibrilarni proteini razlikujejo od globularne:

• velikost;
• topnost;
• funkcije.

Vlakneni proteini so običajno večji od sferičnih in so dolge palice, oblikovane iz spiral. Za razliko od globularnih beljakovin je prostorska konformacija fibrilarnih proteinov zagotovljena z močnimi vodikovimi vezmi. Zato so vlaknaste beljakovine bolj stabilne in niso tako preprosto denaturirane kot sferične.

Za razliko od globularnih beljakovin, fibrilar:

• ni topen v vodi, kakor tudi šibke kisline in baze;
• topen v močnih alkalijah in kislinah;
• imajo lastnosti razširljivosti in stiskanja;
• značilna visoka odpornost na prebavne encime.

Globularne beljakovine so zgrajene iz ravnih odsekov sekundarnih struktur, ki v kombinaciji med seboj dramatično spremenijo smer in tvorijo tridimenzionalni zaplet. Vlaknasti proteini so sestavljeni iz enega elementa, ki se večkrat ponovi.

Značilnosti fibrilarnih beljakovin

Različne fibrilarne beljakovine so bistveno manjše kot kroglaste. Ta skupina je specializirana frakcija proteinov, ki opravljajo predvsem strukturne funkcije. V tem primeru delujejo fibrilarne beljakovine na makro ravni, ki tvorijo velike supramolekularne komplekse.

Vlaknaste beljakovine so bile identificirane samo pri živalih. Ti proteini opravljajo funkcijo podpornih komponent nekaterih tkiv. Takšna biološka vloga postavlja povečane zahteve za moč in urejenost konstrukcije molekul. Zaradi tega je fibrilarna struktura proteina stabilnejša od globule.

Vlaknasti proteini so vključeni v tvorbo togih struktur, kot so: t

• vezivno tkivo;
• tetive;
• mišičnih vlaken.

Te beljakovine so del različnih površinskih formacij (epidermisa, las, volne itd.), Ki opravljajo zaščitne funkcije.

V naravnem fiziološkem okolju fibrilarni proteini niso prisotni v raztopini. Če pa umetno mešate vlaknaste proteinske molekule z vodo, se tvori zelo viskozna masa.

Primeri fibrilarnih in globularnih proteinov

Globularni proteini vključujejo vse beljakovine, raztopljene v medceličnem in znotrajceličnem mediju, kot tudi v krvni plazmi. Med njimi so encimi, proteinski hormoni, transkripcijski faktorji, imunoglobulini itd. Klasičen primer globularnega proteina lahko imenujemo hemoglobin.

Sferični proteini opravljajo številne funkcije, medtem ko so vlaknasti proteini le strukturni. Značilni primeri fibrilarnih proteinov so kolagen, elastin in keratini. Skupina vlaknastih beljakovin vključuje tudi fibroin, ki ga sestavlja svilena nit, in fibrin, ki nastane med polimerizacijo fibrinogena v procesu strjevanja krvi.

Kolagen

Kolagen je najpogostejši fibrilarni protein večceličnih živali. Je del vezivnega tkiva, ki zagotavlja trdnost in elastičnost. Ta beljakovina je prisotna v:

• hrustanca;
• dermis;
• tetive;
• organski kostni matriks;
• stene posode;
• organski kostni material.

Kolagen sestavljajo tri verige aminokislin, zavite v spiralo in povezane med seboj s kovalentnimi vezmi. Strukturne enote tega proteina se imenujejo tropokolagene. Slednji so med seboj povezani s konci, ki so med seboj odmaknjeni z razdaljo 67 nanometrov.

Glede na lokalizacijo v telesu obstaja 28 vrst kolagena. Vse sorte morajo imeti vsaj eno trojno heliko. Kolagen je osnova vseh vrst vezivnega tkiva. Strukturne komponente tega proteina tvorijo zelo močne fibrile, ki lahko prenesejo precejšnje obremenitve.

Kolagen opravlja oporne in zaščitne funkcije ter zagotavlja elastičnost tkiva. Vendar pa molekule tega proteina nimajo možnosti, da se raztegnejo. Lastnosti gume so značilne za drugo beljakovino, ki je prisotna tudi v veznem tkivu, elastinu.

Keratini

Obstajata dve glavni vrsti keratina: alfa in beta. Prvo skupino sestavljajo vlaknasti proteini, ki so del pokrovnih vretenčarjev. Alfa keratini tvorijo večino suhe mase:

• povrhnjica;
• las in volna;
• kremplji in žeblji;
• kopita, rogovi, školjke, igle itd.

Z drugimi besedami, keratini alfa skupine so strukturna osnova za tvorbo kožnih derivatov. Beta varianta te vrste vlaknastih beljakovin najdemo v sestavi mreže in svile. Ti keratini so mehkejši.

Trdi alfa-proteinski proteini opravljajo zaščitne funkcije in zagotavljajo trdnost določenih anatomskih delov (rogovi, kopita, kljuni). Zaradi keratina se pojavi nastanek žuljev na poškodovani koži.

Elastin

Elastin je glavna beljakovinska komponenta tkiv, ki bi morala imeti visoke plastične lastnosti. Ta beljakovina je del:

• arterije;
• pljuča;
• stene mehurja;
• koža;
• elastični ligamenti;
• hrustanca.

Podobno kot drugi fibrilarni proteini, je elastin zgrajen iz osnovnih ponavljajočih se enot. V tem primeru delujejo kot majhne molekule, ki tehtajo 65 kilodaltonov in so zamrežene, da tvorijo netopen kompleks. Vsaka strukturna enota se imenuje protoelastin.