Lifli proteinler de skleroproteinlerden olarak bilinen, herhangi bir canlı hücrenin önemli bir yapısal bileşenler bir protein sınıfıdır. Kolajen, elastin, keratin veya fibroin, bu tip proteinlerin örnekleridir.
Çok çeşitli ve karmaşık işlevleri yerine getirirler. En önemlileri koruma (bir kirpinin dikenleri gibi) veya destek (örümceklere kendi ördükleri ağı sağlayan ve onları askıda tutan).
Lifli bir protein olan ipek fibroinin tekrarlayan yapısı (Kaynak: Wikimedia Commons aracılığıyla Sponk)
Lifli proteinler, büyük dirençli bir tür "lif" veya "ip" şeklinde organize edilmiş, tamamen uzatılmış polipeptit zincirlerinden oluşur. Bu proteinler mekanik olarak çok güçlüdür ve suda çözünmezler.
Çoğunlukla, lifli proteinlerin bileşenleri, ardışık olarak tekrarlanan amino asitlerin polimerleridir.
İnsanlık, farklı biyoteknolojik araçlar kullanarak lifli proteinlerin özelliklerini yeniden yaratmaya çalıştı, ancak, polipeptit zincirindeki her bir amino asidin düzenini böylesine kesin bir şekilde açıklamak kolay bir iş değil.
yapı
Lifli proteinler yapılarında nispeten basit bir bileşime sahiptir. Genellikle birçok kez tekrarlanan üç veya dört amino asitten oluşurlar.
Yani, bir protein lizin, arginin ve triptofan gibi amino asitlerden oluşuyorsa, triptofana bağlanacak bir sonraki amino asit yine bir lizin, ardından bir arginin ve başka bir triptofan molekülü vb. Olacaktır.
Dizilerinin tekrarlayan motiflerinden ayrı olarak iki veya üç farklı amino asit aralıklı amino asit motiflerine sahip lifli proteinler vardır ve diğer proteinlerde amino asit dizisi oldukça değişken, 10 veya 15 farklı amino asit olabilir.
Lifli proteinlerin birçoğunun yapısı, X-ışını kristalografi teknikleri ve nükleer manyetik rezonans yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Bu sayede lif şeklindeki proteinler, tübüler, laminer, spiral, "huni" şekilli vb. Detaylandırılmıştır.
Her benzersiz tekrar desen polipeptidi bir iplikçik oluşturur ve her bir iplikçik, bir "lifli proteinin" üst yapısını oluşturan yüzlerce birimden biridir. Genel olarak, her bir filaman birbirine göre sarmal olarak düzenlenir.
Özellikleri
Lifli proteinleri oluşturan lif ağı nedeniyle, temel işlevleri, farklı canlı organizmaların dokularına destek, direnç ve koruma için yapısal bir malzeme olarak hizmet etmektir.
Lifli proteinlerden oluşan koruyucu yapılar, omurgalıların hayati organlarını mekanik şoklara, olumsuz hava koşullarına veya avcıların saldırısına karşı koruyabilir.
Lifli proteinlerin uzmanlaşma seviyesi, hayvanlar aleminde benzersizdir. Örneğin örümcek ağı, örümceklerin yol gösterdiği yaşam tarzı için temel bir destek kumaşıdır. Bu malzemenin benzersiz gücü ve esnekliği vardır.
Öyle ki, günümüzde birçok sentetik materyal, bu materyali biyoteknolojik araçlar kullanarak sentezlemek için transgenik organizmalar kullanarak bile örümcek ağının esnekliğini ve direncini yeniden yaratmaya çalışıyor. Ancak, beklenen başarının henüz elde edilmediğine dikkat edilmelidir.
Lifli proteinlerin sahip olduğu önemli bir özellik, omurgalı hayvanların farklı dokuları arasında bağlantıya izin vermeleridir.
Ek olarak, bu proteinlerin çok yönlü özellikleri, canlı organizmaların güç ve esnekliği birleştiren malzemeler oluşturmasına izin verir. Bu, çoğu durumda, omurgalılarda kasların hareketi için gerekli bileşenleri oluşturan şeydir.
Lifli protein örneği
Kolajen
Hayvansal kökenli bir proteindir ve bağ dokularının çoğunu oluşturduğu için omurgalı hayvanların vücudunda belki de en bol bulunan proteinlerden biridir. Kolajen, güçlü, uzayabilir, çözünmez ve kimyasal olarak inert özellikleriyle öne çıkar.
Hayvansal kökenli lifli bir protein olan kolajenin moleküler yapısı (Kaynak: Nevit Dilmen, Wikimedia Commons)
Çoğunlukla deri, kornea, omurlararası diskler, tendonlar ve kan damarlarından oluşur. Bir kolajen lifi, sadece glisin amino asitinin neredeyse üçte biri olan paralel üçlü sarmaldan oluşur.
Bu protein, birkaç kolajen üçlü sarmalın bir araya gelmesinden oluşan "kolajen mikro iplikçikler" olarak bilinen yapıları oluşturur.
Elastin
Kolajen gibi elastin de bağ dokusunun bir parçası olan bir proteindir. Ancak ilkinden farklı olarak dokulara direnç yerine elastikiyet sağlar.
Elastin lifleri, amino asitler valin, prolin ve glisinden oluşur. Bu amino asitler oldukça hidrofobiktir ve bu lifli proteinin elastikiyetinin, yapısındaki elektrostatik etkileşimlerden kaynaklandığı tespit edilmiştir.
Elastin, yoğun şekilde uzama ve gevşeme döngülerine maruz kalan dokularda bol miktarda bulunur. Omurgalılarda arterlerde, bağlarda, akciğerlerde ve deride bulunur.
Keratin
Keratin, ağırlıklı olarak omurgalı hayvanların ektodermal katmanında bulunan bir proteindir. Bu protein, diğerleri arasında saç, tırnak, diken, tüy, boynuz gibi önemli yapılar oluşturur.
Keratin, α-keratin veya β-keratinden oluşabilir. Α-keratin, β-keratinden çok daha serttir. Bunun nedeni, α-keratinin, diğer eşit amino asitlerle disülfür köprüleri oluşturma kabiliyetine sahip olan amino asit sistein açısından zengin α-helislerden oluşmasıdır.
Diğer yandan β-keratinde, hidrojen bağları oluşturabilen ve katlanmış p tabakalarında organize olan daha büyük oranda polar ve apolar amino asitlerden oluşur. Bu, yapısının daha az dirençli olduğu anlamına gelir.
Fibroin
Örümcek ağını oluşturan protein ve ipekböceklerinin ürettiği iplikler budur. Bu iplikler çoğunlukla glisin, serin ve alanin amino asitlerinden oluşur.
Bu proteinlerin yapıları, filamanın yönelimine paralel olarak organize edilmiş y-tabakalarıdır. Bu özellik ona direnç, esneklik ve az esneme yeteneği verir.
Fibroin, suda zayıf bir şekilde çözünür ve büyük esnekliğini, birincil yapısındaki amino asitlerin birleşmesinin sağladığı büyük sertliğe ve ikincil amino asit grupları arasında oluşan Vander Waals köprülerine borçludur.
Referanslar
- Bailey, K. (1948). Biyolojik sistemlerin bileşenleri olarak lifli proteinler. İngiliz tıp bülteni, 5 (4-5), 338-341.
- Huggins, ML (1943). Lifli Proteinlerin Yapısı. Kimyasal İncelemeler, 32 (2), 195-218.
- Kaplan, DL (1998). Model sistem olarak lifli proteinler-ipek. Polimer Bozulması ve Kararlılığı, 59 (1-3), 25-32.
- Parry, DA ve Creamer, LK (1979). Lifli proteinler, bilimsel, endüstriyel ve tıbbi yönler. Uluslararası Lifli Proteinler Konferansı'nda 1979: Massey Üniversitesi). Akademik Basın.
- Parry, DA ve Squire, JM (2005). Lifli proteinler: yeni yapısal ve işlevsel özellikler ortaya çıktı. Protein kimyasındaki gelişmeler (Cilt 70, sayfa 1-10). Akademik Basın.
- Schmitt, FO (1968). Lifli proteinler - nöronal organeller. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 60 (4), 1092.
- Wang, X., Kim, HJ, Wong, C., Vepari, C., Matsumoto, A. ve Kaplan, DL (2006). Lifli proteinler ve doku mühendisliği. Günümüz malzemeleri, 9 (12), 44-53.