STRUKTURPROTEINE: FUNKTIONEN, BEISPIELE UND EIGENSCHAFTEN - BIOLOGIE - 2025

Die Strukturproteine sind Hauptproteine, die in allen eukaryotischen Zellen vorhanden sind, dh Zellen sind sowohl tierisch als auch pflanzlich. Diese sind Teil sehr unterschiedlicher biologischer Strukturen wie Haut, Haare, Spinnennetz, Seide, Bindegewebe, Pflanzenzellwände usw.

Obwohl der Begriff "Strukturprotein" üblicherweise verwendet wird, um sich auf Proteine ​​wie Kollagen, Keratin und Elastin zu beziehen, gibt es auch wichtige intrazelluläre Strukturproteine, die zur Aufrechterhaltung der inneren Struktur von Zellen beitragen.

Foto von Kollagenfasern vom Typ I, einer Klasse von Strukturproteinen (Quelle: Louisa Howard über Wikimedia Commons)

Diese zum Zytoskelett gehörenden Proteine ​​steuern auch die subzelluläre Position der Organellen und stellen die Transport- und Kommunikationsmaschinerie zwischen ihnen bereit.

Einige Strukturproteine ​​wurden sehr detailliert untersucht und ermöglichten ein besseres Verständnis der allgemeinen Proteinstruktur. Beispiele hierfür sind Seidenfibroin, Kollagen und andere.

Aus der Untersuchung von Seidenfibroin wurde beispielsweise die sekundäre Proteinstruktur der β-gefalteten Blätter beschrieben und aus den ersten mit Kollagen durchgeführten Studien die sekundäre Struktur der Dreifachhelix abgeleitet.

Daher sind Strukturproteine ​​sowohl in einzelnen Zellen als auch in den Geweben, aus denen sie bestehen, essentiell.

Eigenschaften

Die Funktionen von Strukturproteinen sind sehr unterschiedlich und hängen vor allem von der Art des betreffenden Proteins ab. Man könnte jedoch sagen, dass seine Hauptfunktion darin besteht, die strukturelle Integrität der Zellen und im weiteren Sinne der Körperstruktur aufrechtzuerhalten.

In Bezug auf Körperstrukturproteine ​​hat Keratin beispielsweise Funktionen zum Schutz und zur Abdeckung, zur Verteidigung, zur Bewegung, unter anderem.

Die Epidermis der Haut von Säugetieren und anderen Tieren weist eine große Anzahl von Filamenten auf, die aus Keratin bestehen. Diese Schicht hat Funktionen zum Schutz des Körpers vor verschiedenen Arten von Stressoren oder schädlichen Faktoren.

Dornen und Federkielen sowie Hörner und Schnäbel, Krallen und Nägel, die keratinisierte Gewebe sind, haben Funktionen sowohl zum Schutz als auch zur Verteidigung des Körpers.

Industriell werden Wolle und Haare vieler Tiere zur Herstellung von Kleidung und anderen Arten von Kleidung genutzt, für die sie anthropozentrisch eine zusätzliche Bedeutung haben.

Zelluläre Strukturproteine

Aus zellulärer Sicht haben Strukturproteine ​​transzendentale Funktionen, da sie das interne Gerüst bilden, das jeder Zelle ihre charakteristische Form verleiht: das Zytoskelett.

Als Teil des Zytoskeletts sind Strukturproteine ​​wie Actin, Tubulin, Myosin und andere auch an Transport- und internen Kommunikationsfunktionen sowie an zellulären Mobilitätsereignissen (in bewegungsfähigen Zellen) beteiligt.

Die Existenz von Zilien und Flagellen hängt zum Beispiel stark von Strukturproteinen ab, aus denen die dicken und dünnen Filamente bestehen, die aus Aktin und Tubulin bestehen.

Beispiele für Strukturproteine ​​und ihre Eigenschaften

Da es eine große Vielfalt an Strukturproteinen gibt, werden im Folgenden nur Beispiele für die wichtigsten und am häufigsten vorkommenden eukaryotischen Organismen aufgeführt.

Bakterien und andere Prokaryoten besitzen neben Viren auch wichtige Strukturproteine ​​in ihren Zellkörpern. Das Hauptaugenmerk liegt jedoch auf eukaryotischen Zellen.

-Actin

Actin ist ein Protein, das Filamente (Actinfilamente) bildet, die als Mikrofilamente bekannt sind. Diese Mikrofilamente sind im Zytoskelett aller eukaryotischen Zellen sehr wichtig.

Aktinfilamente sind zweikettige helikale Polymere. Diese flexiblen Strukturen haben einen Durchmesser von 5 bis 9 nm und sind als lineare Strahlen, zweidimensionale Netzwerke oder dreidimensionale Gele organisiert.

Aktin ist in der Zelle verteilt, konzentriert sich jedoch insbesondere auf eine Schicht oder einen Kortex, der an der Innenseite der Plasmamembran haftet, da es ein wesentlicher Bestandteil des Zytoskeletts ist.

-Kollagen

Kollagen ist ein Protein, das in Tieren vorhanden ist und besonders häufig bei Säugetieren vorkommt, die mindestens 20 verschiedene Gene haben, die die verschiedenen Formen dieses Proteins codieren, die in ihren Geweben gefunden werden können.

Es kommt hauptsächlich in Knochen, Sehnen und Haut vor, wo es mehr als 20% der gesamten Proteinmasse von Säugetieren ausmacht (höher als der Prozentsatz jedes anderen Proteins).

In den Bindegeweben, in denen es gefunden wird, bildet Kollagen einen wichtigen Teil des faserigen Teils der extrazellulären Matrix (die ebenfalls aus einer Grundsubstanz besteht), wo es elastische Fasern bildet, die große Zugkräfte unterstützen.

Struktur der Kollagenfasern

Kollagenfasern bestehen aus einheitlichen Untereinheiten von Tropokollagenmolekülen mit einer Länge von 280 nm und einem Durchmesser von 1,5 nm. Jedes Tropokollagenmolekül besteht aus drei Polypeptidketten, die als Alpha-Ketten bekannt sind und sich wie eine Dreifachhelix miteinander verbinden.

Jede der Alpha-Ketten weist etwa 1000 Aminosäurereste auf, wobei Glycin, Prolin, Hydroxyprolin und Hydroxylysin sehr häufig vorkommen (was auch für andere Strukturproteine ​​wie Keratin gilt).

Abhängig von der Art der betrachteten Kollagenfaser befinden sie sich an verschiedenen Orten und haben unterschiedliche Eigenschaften und Funktionen. Einige sind spezifisch für Knochen und Dentin, während andere Teil des Knorpels sind und so weiter.

-Keratin

Keratin ist das wichtigste Strukturprotein von Keratinozyten, einem der am häufigsten vorkommenden Zelltypen in der Epidermis. Es ist ein unlösliches faseriges Protein, das auch in den Zellen und Integumenten vieler Tiere vorkommt.

Keratin ist nach Kollagen das zweithäufigste Protein im Körper von Säugetieren. Dies ist nicht nur ein wesentlicher Bestandteil der äußersten Hautschicht, sondern auch das Hauptstrukturprotein von Haaren und Wolle, Nägeln, Krallen und Hufen, Federn und Hörnern.

In der Natur gibt es verschiedene Arten von Keratinen (analog zu den verschiedenen Arten von Kollagen), die unterschiedliche Funktionen haben. Alpha und Beta Keratine sind die bekanntesten. Die ersteren bilden die Nägel, Hörner, Federkiele und Epidermis von Säugetieren, während die letzteren in den Schnäbeln, Schuppen und Federn von Reptilien und Vögeln reichlich vorhanden sind.

-Elastin

Elastin, ein weiteres Protein tierischen Ursprungs, ist eine Schlüsselkomponente der extrazellulären Matrix und spielt eine wichtige Rolle für die Elastizität und Elastizität vieler Gewebe bei Wirbeltieren.

Diese Gewebe umfassen die Arterien, Lungen, Bänder und Sehnen, die Haut und den elastischen Knorpel.

Elastin macht mehr als 80% der in der extrazellulären Matrix vorhandenen elastischen Fasern aus und ist von Mikrofibrillen umgeben, die aus verschiedenen Makromolekülen bestehen. Die Struktur der aus diesen Fasern bestehenden Matrizen variiert zwischen verschiedenen Geweben.

In den Arterien organisieren sich diese elastischen Fasern in konzentrischen Ringen um das arterielle Lumen; In der Lunge bilden die Elastinfasern ein dünnes Netzwerk im gesamten Organ, das sich auf Bereiche wie die Öffnungen der Alveolen konzentriert.

In Sehnen sind Elastinfasern parallel zur Gewebeorganisation ausgerichtet und in elastischem Knorpel in einer dreidimensionalen Konfiguration ähnlich einer Wabe angeordnet.

-Extensinen

Pflanzenzellwände bestehen hauptsächlich aus Cellulose, jedoch haben einige der Proteine, die mit dieser Struktur assoziiert sind, auch funktionelle und strukturelle Relevanz.

Extensine sind eines der bekanntesten Wandproteine ​​und zeichnen sich durch die wiederholte Pentapetidsequenz Ser- (Hyp) 4 aus. Sie sind reich an basischen Rückständen wie Lysin, was zu ihrer Wechselwirkung mit den anderen Komponenten in der Zellwand beiträgt.

Seine Funktion hat mit dem Härten oder Verstärken der Wände zu tun. Wie bei anderen Strukturproteinen bei Tieren gibt es in Pflanzen verschiedene Arten von Extensinen, die von verschiedenen Zelltypen exprimiert werden (nicht alle Zellen produzieren Extensine).

In Sojabohnen beispielsweise werden Extensine von Sclerenchymzellen produziert, während in Tabakpflanzen gezeigt wurde, dass die seitlichen Wurzeln zwei Zellschichten aufweisen, die diese Proteine ​​exprimieren.

-Blatt

Zelluläre Organellen haben auch ihre eigenen Strukturproteine, die für die Aufrechterhaltung ihrer Form, Motilität und vieler anderer ihnen innewohnender physiologischer und metabolischer Prozesse verantwortlich sind.

Der innere Bereich der Kernmembran ist mit einer Struktur verbunden, die als Kernschicht bekannt ist, und beide haben eine sehr spezielle Proteinzusammensetzung. Unter den Proteinen, aus denen die Kernschicht besteht, befinden sich Proteine, die als Schichten bezeichnet werden.

Die Plättchen gehören zur Gruppe der Zwischenfilamente vom Typ V und es gibt verschiedene Typen, die bekanntesten sind A und B. Diese Proteine ​​können miteinander oder mit anderen inneren Elementen des Kerns wie Matrixproteinen interagieren. Chromatin und die innere Kernmembran.

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