的结构蛋白是主要的蛋白质存在于所有真核细胞,即细胞是动物和植物。这些是高度多样化的生物结构的一部分,例如皮肤,头发,蜘蛛网,丝绸,结缔组织,植物细胞壁等。
尽管术语“结构蛋白”通常用于指诸如胶原蛋白,角蛋白和弹性蛋白之类的蛋白,但是也存在重要的细胞内结构蛋白,它们有助于维持细胞的内部结构。
I型胶原纤维的照片,一种结构蛋白(来源:Louisa Howard,来自Wikimedia Commons)
这些属于细胞骨架的蛋白质还控制细胞器的亚细胞位置,并提供它们之间的运输和通讯机制。
已经对一些结构蛋白进行了详尽的研究,使人们对一般的蛋白结构有了更深入的了解。这些的例子是丝心蛋白,胶原蛋白等。
例如,从丝素蛋白的研究中,描述了β折叠片的二级蛋白质结构,从胶原蛋白进行的首次研究中,推导了三螺旋二级结构。
因此,结构蛋白在单个细胞内以及它们组成的组织中都是必不可少的。
特征
结构蛋白的功能是多种多样的,并且首先取决于所讨论蛋白的类型。但是,可以说它的主要功能是维持细胞的结构完整性,从广义上说,就是维持身体结构。
就人体结构蛋白而言,例如,角蛋白在保护和覆盖,防御,运动等方面具有功能。
哺乳动物和其他动物的皮肤表皮上有许多由角蛋白组成的细丝。该层具有保护身体免受不同类型的压力或有害因素的作用。
荆棘和羽毛被以及角化的角,喙,爪和指甲都具有保护和防御身体的功能。
在工业上,许多动物的羊毛和毛发被用于制造服装和其他类型的服装,从人类中心说,它们对它们具有额外的重要性。
细胞结构蛋白
从细胞的角度来看,结构蛋白具有超验的功能,因为它们构成了赋予每个细胞特征性形状的内部框架:细胞骨架。
作为细胞骨架的一部分,诸如肌动蛋白,微管蛋白,肌球蛋白等结构蛋白也参与转运和内部通讯功能,以及细胞活动性事件(在能够移动的细胞中)。
例如,纤毛和鞭毛的存在高度依赖于构成由肌动蛋白和微管蛋白组成的细细丝的结构蛋白。
结构蛋白及其特征的例子
由于结构蛋白的多样性很大,因此下面仅给出真核生物中最重要和最丰富的例子。
细菌和其他原核生物以及病毒在其细胞体内也具有重要的结构蛋白,但是,大多数注意力集中在真核细胞上。
-肌动蛋白
肌动蛋白是一种形成细丝(肌动蛋白丝)的蛋白质,称为微丝。这些微丝在所有真核细胞的细胞骨架中都非常重要。
肌动蛋白丝是双链螺旋聚合物。这些柔性结构的直径为5至9 nm,并组织为线性束,二维网络或三维凝胶。
肌动蛋白分布在整个细胞中,但是,由于肌动蛋白是细胞骨架的基本组成部分,因此肌动蛋白特别集中在附着于质膜内表面的一层或皮质中。
-胶原
胶原蛋白是存在于动物中的一种蛋白质,在哺乳动物中尤其丰富,它们具有至少20种不同的基因,这些基因编码在其组织中可以发现的各种形式的这种蛋白质。
它主要存在于骨骼,肌腱和皮肤中,占哺乳动物总蛋白质质量的20%以上(高于任何其他蛋白质的百分比)。
在发现的结缔组织中,胶原蛋白构成细胞外基质(也由基本物质组成)的纤维部分的重要组成部分,在胶原蛋白中形成支撑大张力的弹性纤维。
胶原纤维的结构
胶原纤维由原胶原蛋白分子的均匀亚基组成,其长280 nm,直径1.5 nm。每个原胶原蛋白分子由三条称为α链的多肽链组成,它们像三重螺旋一样相互连接。
每个α链都有大约1000个氨基酸残基,其中甘氨酸,脯氨酸,羟脯氨酸和羟赖氨酸非常丰富(对于其他结构蛋白(如角蛋白)也是如此)。
根据所考虑的胶原纤维的类型,它们存在于不同的地方,并具有不同的特性和功能。一些特定于骨骼和牙本质,而其他特定于软骨等。
-角蛋白
角蛋白是角质形成细胞最重要的结构蛋白,角质形成细胞是表皮中最丰富的细胞类型之一。它是一种不溶的纤维蛋白,也存在于许多动物的细胞和外皮中。
角蛋白是仅次于胶原蛋白的第二大哺乳动物蛋白质。除了是皮肤最外层的重要组成部分外,它还是头发和羊毛,指甲,爪子和蹄,羽毛和角的主要结构蛋白。
在自然界中,存在不同类型的角蛋白(类似于不同类型的胶原蛋白),它们具有不同的功能。Alpha和Beta角蛋白是最著名的。前者形成哺乳动物的指甲,角,羽毛和表皮,而后者则丰富于爬行动物和鸟类的喙,鳞片和羽毛。
-弹性蛋白
弹性蛋白是一种动物来源的蛋白质,是细胞外基质的关键成分,在脊椎动物的许多组织的弹性和弹性中具有重要作用。
这些组织包括动脉,肺,韧带和肌腱,皮肤和弹性软骨。
弹性蛋白包含存在于细胞外基质中的弹性纤维的80%以上,并且被由各种大分子组成的微纤维包围。由这些纤维组成的基质的结构在不同组织之间变化。
在动脉中,这些弹性纤维在动脉腔周围形成同心圆环。在肺中,弹性蛋白纤维在整个器官中形成一个薄的网络,集中在诸如肺泡开口的区域。
在肌腱中,弹性蛋白纤维平行于组织组织定向,在弹性软骨中,它们以类似于蜂窝的三维结构排列。
-Extensines
植物细胞壁主要由纤维素组成,但是,与此结构相关的一些蛋白质也具有功能和结构相关性。
延伸蛋白是最广为人知的壁蛋白之一,其特征是重复的五肽序列Ser-(Hyp)4。它们富含赖氨酸等碱性残基,有助于它们与细胞壁中的其他成分相互作用。
其功能与墙的硬化或加强有关。与动物中的其他结构蛋白一样,植物中存在不同类型的延伸蛋白,它们由不同类型的细胞表达(并非所有细胞都产生延伸蛋白)。
例如,在大豆中,延伸蛋白是由巩膜细胞产生的,而在烟草植物中,已证明侧根具有两层表达这些蛋白质的细胞。
-片
细胞器还具有自己的结构蛋白,这些蛋白负责维持其形状,运动性以及它们固有的许多其他生理和代谢过程。
核膜的内部区域与称为核层的结构相关,并且两者都具有非常特殊的蛋白质组成。在构成核薄片的蛋白质中,有称为薄片的蛋白质。
薄片属于V型中间丝的类别,有几种类型,最著名的是A和B。这些蛋白质可以彼此相互作用,也可以与细胞核的其他内部元件相互作用,例如基质蛋白,染色质和核内膜。
参考文献
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