โปรตีนโครงสร้าง: หน้าที่ตัวอย่างและลักษณะ - ชีววิทยา - 2025

โปรตีนที่มีโครงสร้างเป็นโปรตีนที่สำคัญนำเสนอในเซลล์ยูคาริโอทุกเซลล์คือมีทั้งพืชและสัตว์ สิ่งเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างทางชีววิทยาที่มีความหลากหลายสูงเช่นผิวหนังผมใยแมงมุมไหมเนื้อเยื่อเกี่ยวพันผนังเซลล์ของพืชเป็นต้น

แม้ว่าคำว่า "โปรตีนโครงสร้าง" มักใช้เรียกโปรตีนเช่นคอลลาเจนเคราตินและอีลาสติน แต่ก็มีโปรตีนโครงสร้างภายในเซลล์ที่สำคัญซึ่งช่วยในการบำรุงโครงสร้างภายในของเซลล์

ภาพถ่ายเส้นใยคอลลาเจนชนิดที่ 1 ซึ่งเป็นโปรตีนโครงสร้างชั้นหนึ่ง (ที่มา: Louisa Howard ผ่าน Wikimedia Commons)

โปรตีนเหล่านี้ซึ่งเป็นของโครงร่างเซลล์ยังควบคุมตำแหน่งใต้เซลล์ของออร์แกเนลล์และจัดหาเครื่องจักรในการขนส่งและการสื่อสารระหว่างกัน

โปรตีนโครงสร้างบางชนิดได้รับการศึกษาอย่างละเอียดและทำให้มีความเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับโครงสร้างโปรตีนทั่วไป ตัวอย่างของสิ่งเหล่านี้ ได้แก่ เส้นใยไหมคอลลาเจนและอื่น ๆ

จากการศึกษาเรื่องของไหมไฟโบรอินได้อธิบายโครงสร้างโปรตีนทุติยภูมิของแผ่นพับβและจากการศึกษาครั้งแรกที่ดำเนินการกับคอลลาเจนพบว่าโครงสร้างทุติยภูมิของเกลียวสามชั้นถูกอนุมานได้

ดังนั้นโปรตีนโครงสร้างจึงมีความจำเป็นทั้งภายในเซลล์แต่ละเซลล์และในเนื้อเยื่อที่สร้างขึ้น

คุณสมบัติ

หน้าที่ของโปรตีนโครงสร้างนั้นค่อนข้างหลากหลายและขึ้นอยู่กับชนิดของโปรตีนที่เป็นปัญหา อย่างไรก็ตามอาจกล่าวได้ว่าหน้าที่หลักของมันคือการรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเซลล์และในแง่ที่กว้างขึ้นของโครงสร้างร่างกาย

เท่าที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนโครงสร้างของร่างกายตัวอย่างเช่นเคราตินมีหน้าที่ในการป้องกันและครอบคลุมในการป้องกันการเคลื่อนไหวและอื่น ๆ

ผิวหนังชั้นนอกของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสัตว์อื่น ๆ มีเส้นใยจำนวนมากที่ประกอบด้วยเคราติน ชั้นนี้มีหน้าที่ในการป้องกันร่างกายจากความเครียดหรือปัจจัยที่เป็นอันตรายประเภทต่างๆ

หนามและขนนกเช่นเดียวกับเขาและจะงอยปากกรงเล็บและเล็บซึ่งเป็นเนื้อเยื่อที่มีเคราตินมีหน้าที่ทั้งในการปกป้องและป้องกันร่างกาย

โดยปกติแล้วขนสัตว์และขนของสัตว์หลายชนิดถูกนำไปใช้ในการผลิตเสื้อผ้าและเสื้อผ้าประเภทอื่น ๆ ซึ่งพวกมันมีความสำคัญเพิ่มเติมคือพูดในเชิงมนุษย์

โปรตีนโครงสร้างของเซลล์

จากมุมมองของเซลล์โปรตีนที่มีโครงสร้างมีหน้าที่ที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากมันประกอบเป็นกรอบภายในที่ทำให้เซลล์แต่ละเซลล์มีรูปร่างลักษณะ: โครงร่างโครงร่าง

ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงร่างเซลล์โปรตีนที่มีโครงสร้างเช่นแอกตินทูบูลินไมโอซินและอื่น ๆ ยังมีส่วนร่วมในการขนส่งและฟังก์ชันการสื่อสารภายในเช่นเดียวกับในเหตุการณ์การเคลื่อนที่ของเซลล์ (ในเซลล์ที่สามารถเคลื่อนไหวได้)

ตัวอย่างเช่นการมีอยู่ของซิเลียและแฟลกเจลลาขึ้นอยู่กับโปรตีนโครงสร้างที่ประกอบเป็นเส้นใยหนาและบางซึ่งประกอบด้วยแอกตินและทูบูลิน

ตัวอย่างโปรตีนโครงสร้างและลักษณะของโปรตีน

เนื่องจากโปรตีนโครงสร้างมีความหลากหลายมากจึงมีเพียงตัวอย่างของสิ่งมีชีวิตที่สำคัญที่สุดและมีอยู่มากมายในหมู่สิ่งมีชีวิตยูคาริโอตเท่านั้น

แบคทีเรียและโปรคาริโอตอื่น ๆ พร้อมกับไวรัสยังมีโปรตีนโครงสร้างที่สำคัญในร่างกายของเซลล์อย่างไรก็ตามความสนใจส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่เซลล์ยูคาริโอต

- แอคติน

แอกตินเป็นโปรตีนที่สร้างเส้นใย (แอกตินฟิลาเมนต์) ที่เรียกว่าไมโครฟิลาเมนต์ ไมโครฟิลาเมนต์เหล่านี้มีความสำคัญมากในโครงร่างของเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด

Actin filaments เป็นโพลีเมอร์แบบขดลวดสองสาย โครงสร้างที่ยืดหยุ่นเหล่านี้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 ถึง 9 นาโนเมตรและจัดเป็นคานเชิงเส้นเครือข่ายสองมิติหรือเจลสามมิติ

แอกตินกระจายไปทั่วเซลล์อย่างไรก็ตามมีความเข้มข้นเป็นพิเศษในชั้นหรือเยื่อหุ้มสมองที่ติดกับหน้าด้านในของเยื่อหุ้มพลาสมาเนื่องจากเป็นส่วนพื้นฐานของโครงร่างเซลล์

- คอลลาเจน

คอลลาเจนเป็นโปรตีนที่มีอยู่ในสัตว์และมีมากโดยเฉพาะในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมซึ่งมียีนที่แตกต่างกันอย่างน้อย 20 ยีนซึ่งเข้ารหัสรูปแบบต่างๆของโปรตีนชนิดนี้ซึ่งสามารถพบได้ในเนื้อเยื่อของพวกมัน

ส่วนใหญ่พบในกระดูกเส้นเอ็นและผิวหนังซึ่งประกอบด้วยมากกว่า 20% ของมวลโปรตีนทั้งหมดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (สูงกว่าเปอร์เซ็นต์ของโปรตีนอื่น ๆ )

ในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่พบคอลลาเจนถือเป็นส่วนสำคัญของส่วนที่เป็นเส้นใยของเมทริกซ์นอกเซลล์ (ซึ่งประกอบด้วยสารพื้นฐานด้วย) ซึ่งสร้างเส้นใยยืดหยุ่นที่รองรับแรงดึงขนาดใหญ่

โครงสร้างของเส้นใยคอลลาเจน

เส้นใยคอลลาเจนประกอบด้วยหน่วยย่อยที่สม่ำเสมอของโมเลกุลของโทรโปคอลลาเจนซึ่งมีความยาว 280 นาโนเมตรและมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 นาโนเมตร โมเลกุลของโทรโปคอลลาเจนแต่ละโมเลกุลประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์สามสายที่เรียกว่าโซ่อัลฟาซึ่งเชื่อมโยงซึ่งกันและกันเหมือนเกลียวสามเกลียว

แต่ละโซ่อัลฟามีกรดอะมิโนตกค้างประมาณ 1,000 ชนิดโดยที่ไกลซีนโพรลีนไฮดรอกซีโพรลีนและไฮดรอกซีไลซีนมีอยู่มาก (ซึ่งเป็นจริงสำหรับโปรตีนโครงสร้างอื่น ๆ เช่นเคราติน)

ขึ้นอยู่กับชนิดของเส้นใยคอลลาเจนที่พิจารณาพบในสถานที่ต่างๆและมีคุณสมบัติและหน้าที่แตกต่างกัน บางชนิดมีความจำเพาะต่อกระดูกและเนื้อฟันในขณะที่บางชนิดเป็นส่วนหนึ่งของกระดูกอ่อนเป็นต้น

- เคราติน

Keratin เป็นโปรตีนโครงสร้างที่สำคัญที่สุดของ Keratinocytes ซึ่งเป็นเซลล์ที่มีอยู่มากที่สุดชนิดหนึ่งในผิวหนังชั้นนอก เป็นโปรตีนเส้นใยที่ไม่ละลายน้ำซึ่งพบในเซลล์และอวัยวะของสัตว์หลายชนิด

หลังจากคอลลาเจนเคราตินเป็นโปรตีนที่มีมากเป็นอันดับสองในร่างกายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นอกเหนือจากการเป็นส่วนสำคัญของชั้นนอกสุดของผิวหนังแล้วนี่ยังเป็นโปรตีนโครงสร้างหลักของผมและขนสัตว์เล็บกรงเล็บและกีบขนและเขา

ในธรรมชาติมีเคราตินหลายประเภท (คล้ายกับคอลลาเจนประเภทต่างๆ) ซึ่งมีหน้าที่แตกต่างกัน อัลฟ่าและเบต้าเคราตินเป็นที่รู้จักกันดีที่สุด ในอดีตมีลักษณะเป็นเล็บเขาขนนกและหนังกำพร้าของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในขณะที่ชนิดหลังมีอยู่มากมายในจะงอยปากเกล็ดและขนของสัตว์เลื้อยคลานและนก

- อีลาสติน

อีลาสตินซึ่งเป็นโปรตีนจากสัตว์อีกชนิดหนึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเมทริกซ์นอกเซลล์และมีบทบาทสำคัญในความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นของเนื้อเยื่อจำนวนมากในสัตว์มีกระดูกสันหลัง

เนื้อเยื่อเหล่านี้ ได้แก่ หลอดเลือดแดงปอดเอ็นและเส้นเอ็นผิวหนังและกระดูกอ่อนยืดหยุ่น

อีลาสตินประกอบด้วยเส้นใยยืดหยุ่นมากกว่า 80% ที่มีอยู่ในเมทริกซ์นอกเซลล์และล้อมรอบด้วยไมโครไฟเบอร์ที่ประกอบด้วยโมเลกุลขนาดต่างๆ โครงสร้างของเมทริกซ์ที่ประกอบด้วยเส้นใยเหล่านี้แตกต่างกันไปตามเนื้อเยื่อต่างๆ

ในหลอดเลือดแดงเส้นใยยืดหยุ่นเหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นวงแหวนศูนย์กลางรอบ ๆ หลอดเลือดแดง ในปอดเส้นใยอีลาสตินก่อตัวเป็นเครือข่ายบาง ๆ ทั่วอวัยวะโดยมุ่งเน้นไปที่บริเวณต่างๆเช่นช่องเปิดของถุงลม

ในเส้นเอ็นเส้นใยอีลาสตินจะวางแนวขนานกับเนื้อเยื่อและในกระดูกอ่อนยืดหยุ่นจะจัดเรียงในรูปแบบสามมิติคล้ายกับรังผึ้ง

-Extensines

ผนังเซลล์ของพืชส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลลูโลสอย่างไรก็ตามโปรตีนบางชนิดที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างนี้ก็มีความเกี่ยวข้องกับหน้าที่และโครงสร้างเช่นกัน

Extensins เป็นหนึ่งในโปรตีนผนังที่รู้จักกันดีที่สุดและมีลักษณะตามลำดับเพนทาเพทิดซ้ำ Ser- (Hyp) 4. พวกมันอุดมไปด้วยสารตกค้างพื้นฐานเช่นไลซีนซึ่งก่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์กับส่วนประกอบอื่น ๆ ในผนังเซลล์

หน้าที่ของมันเกี่ยวข้องกับการชุบแข็งหรือเสริมความแข็งแรงของผนัง เช่นเดียวกับโปรตีนที่มีโครงสร้างอื่น ๆ ในสัตว์ในพืชมีเอกซ์เทนซินหลายประเภทซึ่งแสดงออกโดยเซลล์ประเภทต่าง ๆ (ไม่ใช่ทุกเซลล์ที่ผลิตส่วนขยาย)

ตัวอย่างเช่นในถั่วเหลืองเอ็กเทนซินผลิตโดยเซลล์ sclerenchyma ในขณะที่ในต้นยาสูบพบว่ารากด้านข้างมีเซลล์สองชั้นที่แสดงโปรตีนเหล่านี้

-แผ่น

ออร์แกเนลล์ของเซลล์ยังมีโปรตีนโครงสร้างของตัวเองซึ่งมีหน้าที่ในการรักษารูปร่างการเคลื่อนไหวและกระบวนการทางสรีรวิทยาและการเผาผลาญอื่น ๆ โดยธรรมชาติ

บริเวณด้านในของเยื่อหุ้มเซลล์นิวเคลียร์มีความเกี่ยวข้องกับโครงสร้างที่เรียกว่าแผ่นนิวเคลียร์และทั้งสองมีองค์ประกอบของโปรตีนที่พิเศษมาก ในบรรดาโปรตีนที่ประกอบเป็นลามินานิวเคลียร์คือโปรตีนที่เรียกว่าลามินา

laminae อยู่ในกลุ่มของเส้นใยกลางประเภท V และมีหลายประเภทที่รู้จักกันดีคือ A และ B โปรตีนเหล่านี้สามารถทำปฏิกิริยากันหรือกับองค์ประกอบภายในอื่น ๆ ของนิวเคลียสเช่นโปรตีนเมทริกซ์ โครมาตินและเยื่อหุ้มนิวเคลียร์ด้านใน

อ้างอิง

1. Alberts, B. , Dennis, B. , Hopkin, K. , Johnson, A. , Lewis, J. , Raff, M. , … Walter, P. (2004). ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group
2. Gartner, L. และ Hiatt, J. (2002). Text Atlas of Histology (2nd ed.) เม็กซิโก DF: McGraw-Hill Interamericana Editores
3. Gruenbaum, Y. , Wilson, KL, Harel, A. , Goldberg, M. , & Cohen, M. (2000) รีวิว: Nuclear Lamins - โปรตีนโครงสร้างที่มีฟังก์ชันพื้นฐาน วารสารชีววิทยาโครงสร้าง, 129, 313–323
4. เคลเลอร์, บี. (1993). โปรตีนโครงสร้างผนังเซลล์ สรีรวิทยาของพืช, 101, 1127-1130
5. Mithieux, BSM และ Weiss, AS (2006) อีลาสติน. ความก้าวหน้าทางเคมีโปรตีน, 70, 437-461
6. Sun, T. , Shih, C. , & Green, H. (1979). Keratin cytoskeletons ในเซลล์เยื่อบุผิวของอวัยวะภายใน Proc. Natl. Acad. วิทย์, 76 (6), 2813–2817
7. Wang, B. , Yang, W. , McKittrick, J. , & Meyers, MA (2016). Keratin: โครงสร้างคุณสมบัติเชิงกลการเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตทางชีวภาพและความพยายามในการดูดซึมทางชีวภาพ ความก้าวหน้าด้านวัสดุศาสตร์