เส้นใยโปรตีนที่เรียกว่าเป็น scleroproteins มีระดับของโปรตีนที่มีส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญของเซลล์ที่มีชีวิตใด ๆ คอลลาเจนอีลาสตินเคราตินหรือไฟโบรอินเป็นตัวอย่างของโปรตีนชนิดนี้
พวกเขาตอบสนองฟังก์ชันที่หลากหลายและซับซ้อนมาก สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการป้องกัน (เช่นกระดูกสันหลังของเม่น) หรือการพยุง (เช่นสิ่งที่ให้แมงมุมด้วยใยที่พวกมันสานเองและทำให้พวกมันถูกแขวนไว้)
โครงสร้างซ้ำ ๆ ของไหมไฟโบรอินโปรตีนเส้นใย (ที่มา: Sponk ผ่าน Wikimedia Commons)
โปรตีนเส้นใยประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์ที่ขยายเต็มที่ซึ่งจัดเป็น "เส้นใย" หรือ "เชือก" ที่มีความต้านทานสูง โปรตีนเหล่านี้มีความแข็งแรงทางกลไกมากและไม่ละลายในน้ำ
ส่วนใหญ่ส่วนประกอบของโปรตีนเส้นใยคือโพลีเมอร์ของกรดอะมิโนที่ทำซ้ำติดต่อกัน
มนุษยชาติได้พยายามสร้างคุณสมบัติของโปรตีนเส้นใยขึ้นมาใหม่โดยใช้เครื่องมือทางเทคโนโลยีชีวภาพที่แตกต่างกันอย่างไรก็ตามการอธิบายด้วยความถูกต้องเช่นนี้การจัดเรียงของกรดอะมิโนแต่ละตัวในห่วงโซ่โพลีเปปไทด์ไม่ใช่เรื่องง่าย
โครงสร้าง
โปรตีนเส้นใยมีองค์ประกอบที่ค่อนข้างเรียบง่ายในโครงสร้าง โดยทั่วไปแล้วประกอบด้วยกรดอะมิโนสามหรือสี่ตัวรวมกันซึ่งทำซ้ำหลาย ๆ ครั้ง
นั่นคือถ้าโปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโนเช่นไลซีนอาร์จินีนและทริปโตเฟนกรดอะมิโนตัวต่อไปที่จับกับทริปโตเฟนจะเป็นไลซีนอีกครั้งตามด้วยอาร์จินีนและโมเลกุลทริปโตเฟนอื่นเป็นต้น
มีโปรตีนเส้นใยที่มีลวดลายของกรดอะมิโนโดยเว้นระยะห่างของกรดอะมิโนที่แตกต่างกันสองหรือสามชนิดนอกเหนือจากรูปแบบซ้ำ ๆ ของลำดับของพวกมันและในโปรตีนอื่น ๆ ลำดับกรดอะมิโนสามารถเปลี่ยนแปลงได้สูงกรดอะมิโน 10 หรือ 15 ชนิด
โครงสร้างของโปรตีนเส้นใยจำนวนมากมีลักษณะเฉพาะด้วยเทคนิคการตกผลึกของรังสีเอ็กซ์และด้วยวิธีการเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ ด้วยเหตุนี้จึงมีรายละเอียดโปรตีนรูปเส้นใยท่อลามินาร์เกลียวรูปร่างคล้าย "กรวย" ฯลฯ
โพลีเปปไทด์รูปแบบการทำซ้ำที่ไม่ซ้ำกันแต่ละแบบจะสร้างเกลียวและแต่ละเส้นเป็นหนึ่งในหลายร้อยหน่วยที่ประกอบเป็นโครงสร้างพิเศษของ "เส้นใยโปรตีน" โดยทั่วไปแล้วเส้นใยแต่ละเส้นจะเรียงตัวกันอย่างสัมพันธ์กัน
คุณสมบัติ
เนื่องจากเครือข่ายของเส้นใยที่ประกอบขึ้นเป็นโปรตีนเส้นใยหน้าที่หลักของมันจึงประกอบด้วยการทำหน้าที่เป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับการสนับสนุนความต้านทานและการปกป้องเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกัน
โครงสร้างป้องกันที่ประกอบด้วยโปรตีนเส้นใยสามารถป้องกันอวัยวะสำคัญของสัตว์มีกระดูกสันหลังจากแรงกระแทกทางกลสภาพอากาศไม่เอื้ออำนวยหรือการโจมตีโดยสัตว์นักล่า
ระดับความเชี่ยวชาญพิเศษของโปรตีนเส้นใยมีลักษณะเฉพาะในอาณาจักรสัตว์ ตัวอย่างเช่นใยแมงมุมเป็นสิ่งสนับสนุนที่จำเป็นสำหรับวิถีชีวิตของแมงมุม วัสดุนี้มีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่เป็นเอกลักษณ์
ปัจจุบันวัสดุสังเคราะห์จำนวนมากพยายามสร้างความยืดหยุ่นและความต้านทานของใยแมงมุมขึ้นมาใหม่แม้กระทั่งการใช้สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อสังเคราะห์วัสดุนี้โดยใช้เครื่องมือทางเทคโนโลยีชีวภาพ อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่ายังไม่บรรลุความสำเร็จที่คาดหวังไว้
คุณสมบัติที่สำคัญของโปรตีนที่มีเส้นใยคือทำให้สามารถเชื่อมต่อระหว่างเนื้อเยื่อต่างๆของสัตว์มีกระดูกสันหลังได้
นอกจากนี้คุณสมบัติที่หลากหลายของโปรตีนเหล่านี้ช่วยให้สิ่งมีชีวิตสามารถสร้างวัสดุที่รวมความแข็งแรงและความยืดหยุ่น ในหลาย ๆ กรณีเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อในสัตว์มีกระดูกสันหลัง
ตัวอย่างโปรตีนเส้นใย
คอลลาเจน
เป็นโปรตีนจากสัตว์และอาจเป็นหนึ่งในสัตว์ที่มีกระดูกสันหลังมากที่สุดเนื่องจากเป็นเนื้อเยื่อเกี่ยวพันส่วนใหญ่ คอลลาเจนมีความโดดเด่นในเรื่องคุณสมบัติที่แข็งแรงขยายได้ไม่ละลายน้ำและเฉื่อยทางเคมี
โครงสร้างโมเลกุลของคอลลาเจนซึ่งเป็นโปรตีนเส้นใยจากสัตว์ (ที่มา: Nevit Dilmen จาก Wikimedia Commons)
ส่วนใหญ่ประกอบด้วยผิวหนังกระจกตาแผ่นกระดูกสันหลังเส้นเอ็นและหลอดเลือด เส้นใยคอลลาเจนประกอบด้วยเกลียวสามเส้นคู่ขนานซึ่งเกือบหนึ่งในสามของกรดอะมิโนไกลซีน
โปรตีนนี้ก่อตัวเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า "คอลลาเจนไมโครไฟเบอร์" ซึ่งประกอบด้วยการรวมกันของคอลลาเจนทริปเปิลเฮลิกส์หลายตัวเข้าด้วยกัน
อีลาสติน
เช่นเดียวกับคอลลาเจนอีลาสตินเป็นโปรตีนที่เป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน อย่างไรก็ตามแตกต่างจากแบบแรกคือให้ความยืดหยุ่นแก่เนื้อเยื่อแทนที่จะต้านทาน
เส้นใยอีลาสตินประกอบด้วยกรดอะมิโนวาลีนโพรลีนและไกลซีน กรดอะมิโนเหล่านี้มีความไม่ชอบน้ำสูงและได้รับการพิจารณาแล้วว่าความยืดหยุ่นของโปรตีนเส้นใยนี้เกิดจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตภายในโครงสร้างของมัน
อีลาสตินมีอยู่มากในเนื้อเยื่อที่อยู่ภายใต้วงจรการขยายและการผ่อนคลายอย่างเข้มข้น ในสัตว์มีกระดูกสันหลังพบได้ในหลอดเลือดแดงเอ็นปอดและผิวหนัง
เคราติน
เคราตินเป็นโปรตีนที่พบมากในชั้นนอกของสัตว์มีกระดูกสันหลัง โปรตีนนี้สร้างโครงสร้างที่สำคัญเช่นผมเล็บหนามขนนกเขาเป็นต้น
Keratin สามารถประกอบด้วยα-keratin หรือβ-keratin Α-keratin มีความแข็งกว่าβ-keratin มาก เนื่องจากα-keratin ประกอบด้วยα-helices ซึ่งอุดมไปด้วยกรดอะมิโนซีสเทอีนซึ่งมีความสามารถในการสร้างสะพานไดซัลไฟด์กับกรดอะมิโนอื่น ๆ ที่เท่าเทียมกัน
ในทางกลับกันβ-keratin นั้นประกอบด้วยกรดอะมิโนขั้วและอะโพลาร์ในสัดส่วนที่มากกว่าซึ่งสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนและจัดเรียงเป็นแผ่นพับ นั่นหมายความว่าโครงสร้างของมันมีความต้านทานน้อย
ไฟโบรอิน
นี่คือโปรตีนที่ประกอบขึ้นเป็นใยแมงมุมและเส้นไหมที่ผลิตโดยหนอนไหม เธรดเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยกรดอะมิโนไกลซีนซีรีนและอะลานีน
โครงสร้างของโปรตีนเหล่านี้คือβ-sheets ที่จัดเรียงแอนติแพกขนานกับการวางแนวของเส้นใย ลักษณะนี้ทำให้เกิดความต้านทานความยืดหยุ่นและความสามารถในการยืดตัวเพียงเล็กน้อย
ไฟโบรอินไม่ละลายในน้ำมากนักและมีความยืดหยุ่นสูงต่อความแข็งแกร่งที่ดีเยี่ยมที่การรวมตัวกันของกรดอะมิโนให้ไว้ในโครงสร้างหลักและกับสะพานแวนเดอร์วาลส์ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างกลุ่มกรดอะมิโนกลุ่มรอง
อ้างอิง
- เบลีย์, K. (2491). โปรตีนเส้นใยเป็นส่วนประกอบของระบบชีวภาพ ประกาศทางการแพทย์ของอังกฤษ, 5 (4-5), 338-341
- ฮักกินส์มล. (2486) โครงสร้างของโปรตีนเส้นใย บทวิจารณ์ทางเคมี, 32 (2), 195-218.
- Kaplan, DL (1998). โปรตีนเส้นใย - ไหมเป็นระบบแบบจำลอง การย่อยสลายและความเสถียรของโพลิเมอร์, 59 (1-3), 25-32
- Parry, DA, & Creamer, LK (1979) โปรตีนที่มีเส้นใยด้านวิทยาศาสตร์อุตสาหกรรมและการแพทย์ ในการประชุมนานาชาติเรื่อง Fibrous Proteins 1979: Massey University) สำนักพิมพ์วิชาการ.
- Parry, DA, & Squire, JM (2005). โปรตีนเส้นใย: เผยโครงสร้างและหน้าที่ใหม่ ความก้าวหน้าทางเคมีของโปรตีน (เล่ม 70, หน้า 1-10) สำนักพิมพ์วิชาการ.
- ชมิตต์, FO (2511). โปรตีนเส้นใย - ออร์แกเนลล์เซลล์ประสาท Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 60 (4), 1092.
- Wang, X. , Kim, HJ, Wong, C. , Vepari, C. , Matsumoto, A. , & Kaplan, DL (2006) โปรตีนเส้นใยและวิศวกรรมเนื้อเยื่อ วัสดุวันนี้, 9 (12), 44-53.