YAPISAL PROTEINLER: FONKSIYONLAR, ÖRNEKLER VE ÖZELLIKLER - BIYOLOJI - 2025

Yapısal proteinler büyük proteinler tüm ökaryotik hücrelerde, yani hücreler bitki ve hayvan hem de mevcut bulunmaktadır. Bunlar deri, saç, örümcek ağı, ipek, bağ dokusu, bitki hücresi duvarları gibi çok çeşitli biyolojik yapıların parçasıdır.

"Yapısal protein" terimi yaygın olarak kolajen, keratin ve elastin gibi proteinleri belirtmek için kullanılsa da, hücrelerin iç yapısının korunmasına katkıda bulunan önemli hücre içi yapısal proteinler de vardır.

Bir yapısal protein sınıfı olan tip I kolajen liflerinin fotoğrafı (Kaynak: Louisa Howard, Wikimedia Commons)

Hücre iskeletine ait olan bu proteinler, aynı zamanda organellerin hücre altı konumunu da kontrol eder ve aralarındaki taşıma ve iletişim mekanizmasını sağlar.

Bazı yapısal proteinler çok detaylı bir şekilde incelenmiştir ve genel protein yapısının daha iyi anlaşılmasına izin vermiştir. Bunların örnekleri ipek fibroin, kolajen ve diğerleridir.

İpek fibroin çalışmasından, örneğin, fold-katlanmış tabakaların ikincil protein yapısı tanımlandı ve kolajen ile yapılan ilk çalışmalardan, üçlü sarmalın ikincil yapısı çıkarıldı.

Bu nedenle, yapısal proteinler hem tek tek hücrelerde hem de oluşturdukları dokularda çok önemlidir.

Özellikleri

Yapısal proteinlerin işlevleri oldukça çeşitlidir ve her şeyden önce söz konusu protein türüne bağlıdır. Bununla birlikte, temel işlevinin hücrelerin yapısal bütünlüğünü ve daha geniş anlamda vücut yapısını korumak olduğu söylenebilir.

Vücut yapısal proteinleri söz konusu olduğunda, örneğin keratin, diğerleri arasında koruma ve kapsama, savunma, hareket etme işlevlerine sahiptir.

Memelilerin ve diğer hayvanların derisinin epidermisinde keratinden oluşan çok sayıda iplik vardır. Bu katman, vücudun farklı stresör türlerine veya zararlı faktörlere karşı korunmasında işlev görür.

Keratinize dokular olan diken ve tüylerin yanı sıra boynuz ve gaga, pençe ve tırnaklar vücudun hem korunmasında hem de savunmasında işlev görürler.

Endüstriyel olarak, birçok hayvanın yünü ve saçı, insan merkezli olarak konuşursak ek bir öneme sahip oldukları giysi ve diğer giyim türlerinin üretiminde sömürülmektedir.

Hücresel yapısal proteinler

Hücresel bakış açısından, yapısal proteinler, her bir hücreye karakteristik şeklini veren hücre iskeleti olan iç çerçeveyi oluşturdukları için transandantal işlevlere sahiptir.

Hücre iskeletinin bir parçası olarak, aktin, tübülin, miyozin ve diğerleri gibi yapısal proteinler, hücresel hareketlilik olaylarının yanı sıra (hareket edebilen hücrelerde) taşıma ve iç iletişim işlevlerine de katılırlar.

Örneğin kirpikler ve flagella'nın varlığı, aktin ve tübülinden oluşan kalın ve ince filamentleri oluşturan yapısal proteinlere oldukça bağlıdır.

Yapısal protein örnekleri ve özellikleri

Çok çeşitli yapısal proteinler olduğundan ökaryotik organizmalar arasında yalnızca en önemli ve en bol olan örnekleri aşağıda verilecektir.

Bakteriler ve diğer prokaryotlar, virüslerle birlikte, hücre gövdelerinde önemli yapısal proteinlere sahiptir, ancak en çok ilgi ökaryotik hücrelere odaklanır.

-Actin

Aktin, mikrofilamentler olarak bilinen filamentleri (aktin filamentleri) oluşturan bir proteindir. Bu mikrofilamentler, tüm ökaryotik hücrelerin hücre iskeletinde çok önemlidir.

Aktin filamentleri iki zincirli sarmal polimerlerdir. Bu esnek yapılar 5 ila 9 nm çapındadır ve doğrusal kirişler, iki boyutlu ağlar veya üç boyutlu jeller olarak düzenlenmiştir.

Aktin hücre boyunca dağıtılır, ancak hücre iskeletinin temel bir parçası olduğu için özellikle plazma zarının iç yüzüne bağlı bir tabaka veya kortekste yoğunlaşır.

Kollajen

Kolajen, hayvanlarda bulunan bir proteindir ve özellikle dokularında bulunabilen bu proteinin çeşitli formlarını kodlayan en az 20 farklı gene sahip olan memelilerde bol miktarda bulunur.

Öncelikle kemiklerde, tendonlarda ve deride bulunur ve burada memelilerin toplam protein kütlesinin% 20'sinden fazlasını oluşturur (diğer herhangi bir proteinin yüzdesinden daha fazla).

Kollajen, bulunduğu bağ dokularında, hücre dışı matrisin (aynı zamanda temel bir maddeden oluşan) lifli kısmının önemli bir bölümünü oluşturur ve burada büyük gerilme kuvvetlerini destekleyen elastik lifler oluşturur.

Kollajen liflerinin yapısı

Kolajen lifleri, 280 nm uzunluğunda ve 1.5 nm çapında olan tekdüze tropokollajen molekülleri alt birimlerinden oluşur. Her tropokollajen molekülü, birbirleriyle üçlü bir sarmal gibi birleşen alfa zincirleri olarak bilinen üç polipeptit zincirinden oluşur.

Alfa zincirlerinin her biri, glisin, prolin, hidroksiprolin ve hidroksilizinin çok bol olduğu (keratin gibi diğer yapısal proteinler için de geçerlidir) yaklaşık 1000 amino asit kalıntısına sahiptir.

Dikkate alınan kolajen lifi türüne bağlı olarak, farklı yerlerde bulunurlar ve farklı özelliklere ve işlevlere sahiptirler. Bazıları kemiğe ve dentine özgüdür, diğerleri ise kıkırdağın bir parçasıdır vb.

-Keratin

Keratin, epidermiste en bol bulunan hücre türlerinden biri olan keratinositlerin en önemli yapısal proteinidir. Pek çok hayvanın hücrelerinde ve bütünlüklerinde de bulunan çözünmeyen lifli bir proteindir.

Kolajenden sonra keratin, memeli vücudunda en bol bulunan ikinci proteindir. Derinin en dış tabakasının önemli bir parçası olmasının yanı sıra, saç ve yün, tırnaklar, pençeler ve toynaklar, tüyler ve boynuzların ana yapısal proteinidir.

Doğada, farklı işlevlere sahip (farklı kolajen türlerine benzer) farklı keratin türleri vardır. Alfa ve beta keratinler en iyi bilinenlerdir. Birincisi memelilerin tırnaklarını, boynuzlarını, tüylerini ve epidermisini oluştururken, ikincisi sürüngenlerin ve kuşların gagalarında, pullarında ve tüylerinde bol miktarda bulunur.

-Elastin

Hayvansal kökenli bir başka protein olan elastin, hücre dışı matrisin önemli bir bileşenidir ve omurgalı hayvanlarda birçok dokunun esnekliğinde ve direncinde önemli rollere sahiptir.

Bu dokular arasında arterler, akciğerler, bağlar ve tendonlar, deri ve elastik kıkırdak bulunur.

Elastin, hücre dışı matriste bulunan elastik liflerin% 80'inden fazlasını içerir ve çeşitli makromoleküllerden oluşan mikrofibrillerle çevrilidir. Bu liflerden oluşan matrislerin yapısı farklı dokular arasında değişiklik gösterir.

Arterlerde, bu elastik lifler kendilerini arteriyel lümen etrafındaki eş merkezli halkalar halinde organize eder; Akciğerlerde, elastin lifleri organ boyunca ince bir ağ oluşturur ve alveollerin açıklıkları gibi alanlarda yoğunlaşır.

Tendonlarda elastin lifleri doku organizasyonuna paralel olarak yönlendirilir ve elastik kıkırdakta bal peteğine benzer üç boyutlu bir konfigürasyonda düzenlenir.

-Extensines

Bitki hücre duvarları esas olarak selülozdan oluşur, ancak bu yapı ile ilişkili bazı proteinler aynı zamanda işlevsel ve yapısal ilişkiye sahiptir.

Ekstensinler, en iyi bilinen duvar proteinlerinden biridir ve tekrarlanan pentapetid dizisi Ser- (Hyp) 4 ile karakterize edilir. Hücre duvarındaki diğer bileşenlerle etkileşimlerine katkıda bulunan lizin gibi temel kalıntılar bakımından zengindirler.

İşlevi, duvarların sertleşmesi veya güçlendirilmesi ile ilgilidir. Hayvanlardaki diğer yapısal proteinlerde olduğu gibi, bitkilerde farklı hücre türleri tarafından ifade edilen farklı tipte ekstensinler vardır (tüm hücreler ekstensin üretmez).

Örneğin soya fasulyesinde, ekstensinler sklerenkima hücreleri tarafından üretilirken, tütün bitkilerinde yan köklerin bu proteinleri ifade eden iki hücre katmanına sahip olduğu gösterilmiştir.

-Sayfa

Hücresel organellerin ayrıca şekillerini, hareketliliğini ve kendilerine özgü diğer birçok fizyolojik ve metabolik süreci korumaktan sorumlu kendi yapısal proteinleri vardır.

Nükleer zarın iç bölgesi, nükleer tabaka olarak bilinen bir yapı ile ilişkilidir ve her ikisi de çok özel bir protein bileşimine sahiptir. Nükleer tabakayı oluşturan proteinler arasında lamina adı verilen proteinler bulunur.

Laminalar, V tipi ara filamentler grubuna aittir ve birkaç tip vardır, en iyi bilinenler A ve B'dir. Bu proteinler birbirleriyle veya matris proteinleri gibi çekirdeğin diğer iç elementleriyle etkileşime girebilir, kromatin ve iç nükleer membran.

Referanslar

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Temel Hücre Biyolojisi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L. ve Hiatt, J. (2002). Metin Atlası Histology (2. baskı). Mexico DF: McGraw-Hill Interamericana Editörler.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M. ve Cohen, M. (2000). Gözden Geçirme: Nükleer Laminler - Temel İşlevlere Sahip Yapısal Proteinler. Yapısal Biyoloji Dergisi, 129, 313–323.
4. Keller, B. (1993). Yapısal Hücre Duvarı Proteinleri. Bitki Fizyolojisi, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM ve Weiss, AS (2006). Elastin. Protein Kimyasındaki Gelişmeler, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C. ve Green, H. (1979). İç organların epitel hücrelerindeki keratin hücre iskeletleri. Proc. Natl. Acad. Sci., 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J. ve Meyers, MA (2016). Keratin: Yapı, mekanik özellikler, biyolojik organizmalarda oluşum ve biyoilham çabaları. Malzeme Biliminde İlerleme.