STRUCTURELE EIWITTEN: FUNCTIES, VOORBEELDEN EN KENMERKEN - BIOLOGIE - 2026

De structurele eiwitten zijn een belangrijk eiwit dat aanwezig is in alle eukaryote cellen, dwz cellen zijn zowel dierlijk als plantaardig. Deze maken deel uit van zeer diverse biologische structuren zoals huid, haar, spinnenweb, zijde, bindweefsel, plantencelwanden etc.

Hoewel de term "structureel eiwit" gewoonlijk wordt gebruikt om te verwijzen naar eiwitten zoals collageen, keratine en elastine, zijn er ook belangrijke intracellulaire structurele eiwitten die bijdragen aan het behoud van de interne structuur van cellen.

Foto van type I collageenvezels, een klasse van structureel eiwit (Bron: Louisa Howard via Wikimedia Commons)

Deze eiwitten, die tot het cytoskelet behoren, controleren ook de subcellulaire locatie van de organellen en zorgen voor de transport- en communicatiemachines tussen hen.

Sommige structurele eiwitten zijn in detail bestudeerd en hebben een beter begrip van de algemene eiwitstructuur mogelijk gemaakt. Voorbeelden hiervan zijn zijdefibroïne, collageen en andere.

Zo werd uit de studie van zijdefibroïne de secundaire eiwitstructuur van de β-gevouwen vellen beschreven en uit de eerste studies met collageen de secundaire structuur van de triple helix.

Daarom zijn structurele eiwitten essentieel, zowel in individuele cellen als in de weefsels die ze vormen.

Kenmerken

De functies van structurele eiwitten zijn behoorlijk divers, en vooral afhankelijk van het type eiwit in kwestie. Men zou echter kunnen zeggen dat de belangrijkste functie ervan is om de structurele integriteit van cellen en, in bredere zin, van de lichaamsstructuur te behouden.

Wat de structurele eiwitten van het lichaam betreft, heeft keratine bijvoorbeeld functies bij bescherming en bedekking, bij verdediging, bij beweging, onder andere.

De epidermis van de huid van zoogdieren en andere dieren heeft een groot aantal filamenten die uit keratine bestaan. Deze laag heeft functies bij de bescherming van het lichaam tegen verschillende soorten stressoren of schadelijke factoren.

Doornen en stekels, maar ook hoorns en snavels, klauwen en nagels, die verhoornde weefsels zijn, hebben functies bij zowel de bescherming als de verdediging van het lichaam.

Industrieel wordt de wol en het haar van veel dieren geëxploiteerd voor de fabricage van kleding en andere soorten kleding, waarvoor ze antropocentrisch gezien een extra belang hebben.

Cellulaire structurele eiwitten

Vanuit cellulair oogpunt hebben structurele eiwitten transcendentale functies, aangezien ze het interne raamwerk vormen dat elke cel zijn karakteristieke vorm geeft: het cytoskelet.

Als onderdeel van het cytoskelet nemen structurele eiwitten zoals actine, tubuline, myosine en andere ook deel aan transport- en interne communicatiefuncties, evenals aan cellulaire mobiliteitsgebeurtenissen (in cellen die kunnen bewegen).

Het bestaan ​​van cilia en flagella is bijvoorbeeld sterk afhankelijk van structurele eiwitten die de dikke en dunne filamenten vormen, bestaande uit actine en tubuline.

Voorbeelden van structurele eiwitten en hun kenmerken

Aangezien er een grote diversiteit aan structurele eiwitten is, zullen hieronder alleen voorbeelden worden gegeven van de belangrijkste en meest voorkomende onder eukaryote organismen.

Bacteriën en andere prokaryoten bezitten, samen met virussen, ook belangrijke structurele eiwitten in hun cellichamen, maar de meeste aandacht gaat uit naar eukaryote cellen.

-Actin

Actine is een eiwit dat filamenten (actinefilamenten) vormt die bekend staan ​​als microfilamenten. Deze microfilamenten zijn erg belangrijk in het cytoskelet van alle eukaryote cellen.

Actinefilamenten zijn spiraalvormige polymeren met twee ketens. Deze flexibele structuren hebben een diameter van 5 tot 9 nm en zijn georganiseerd als lineaire bundels, tweedimensionale netwerken of driedimensionale gels.

Actine wordt door de cel verdeeld, maar is vooral geconcentreerd in een laag of cortex die aan de binnenkant van het plasmamembraan is bevestigd, aangezien het een fundamenteel onderdeel is van het cytoskelet.

-Collageen

Collageen is een eiwit dat aanwezig is in dieren en vooral overvloedig aanwezig is bij zoogdieren, die minstens 20 verschillende genen hebben die coderen voor de verschillende vormen van dit eiwit die in hun weefsels voorkomen.

Het wordt voornamelijk aangetroffen in botten, pezen en huid, waar het meer dan 20% van de totale eiwitmassa van zoogdieren uitmaakt (hoger dan het percentage van enig ander eiwit).

In het bindweefsel waar het wordt aangetroffen, vormt collageen een belangrijk onderdeel van het vezelige deel van de extracellulaire matrix (dat ook is samengesteld uit een fundamentele stof), waar het elastische vezels vormt die grote trekkrachten ondersteunen.

Structuur van collageenvezels

Collageenvezels zijn samengesteld uit uniforme subeenheden van tropocollageenmoleculen, die 280 nm lang en 1,5 nm in diameter zijn. Elk tropocollageenmolecuul bestaat uit drie polypeptideketens die bekend staan ​​als alfaketens, die als een drievoudige helix met elkaar associëren.

Elk van de alfaketens heeft ongeveer 1000 aminozuurresiduen, waar glycine, proline, hydroxyproline en hydroxylysine zeer overvloedig aanwezig zijn (wat ook geldt voor andere structurele eiwitten zoals keratine).

Afhankelijk van het type collageenvezel dat wordt overwogen, worden ze op verschillende plaatsen aangetroffen en hebben ze verschillende eigenschappen en functies. Sommige zijn specifiek voor botten en dentine, terwijl andere deel uitmaken van kraakbeen enzovoort.

-Keratine

Keratine is het belangrijkste structurele eiwit van keratinocyten, een van de meest voorkomende celtypen in de epidermis. Het is een onoplosbaar vezelachtig eiwit dat ook in de cellen en de huid van veel dieren wordt aangetroffen.

Na collageen is keratine het tweede meest voorkomende eiwit in het zoogdierlichaam. Dit is niet alleen een substantieel onderdeel van de buitenste laag van de huid, het is ook het belangrijkste structurele eiwit van haar en wol, nagels, klauwen en hoeven, veren en hoorns.

In de natuur zijn er verschillende soorten keratine (analoog aan de verschillende soorten collageen), die verschillende functies hebben. Alfa- en bèta-keratine zijn de bekendste. De eerste vormen de nagels, hoorns, pennen en epidermis van zoogdieren, terwijl de laatste overvloedig aanwezig zijn in de snavels, schubben en veren van reptielen en vogels.

-Elastin

Elastine, een ander eiwit van dierlijke oorsprong, is een sleutelcomponent van de extracellulaire matrix en speelt een belangrijke rol bij de elasticiteit en veerkracht van veel weefsels bij gewervelde dieren.

Deze weefsels omvatten de slagaders, longen, ligamenten en pezen, huid en elastisch kraakbeen.

Elastine omvat meer dan 80% van de elastische vezels die aanwezig zijn in de extracellulaire matrix en is omgeven door microfibrillen die zijn samengesteld uit verschillende macromoleculen. De structuur van de matrices die uit deze vezels bestaan, varieert tussen verschillende weefsels.

In de slagaders organiseren deze elastische vezels zich in concentrische ringen rond het arteriële lumen; In de longen vormen de elastinevezels een dun netwerk door het hele orgaan, waarbij ze zich concentreren op gebieden zoals de openingen van de longblaasjes.

In pezen zijn elastinevezels parallel aan de weefselorganisatie georiënteerd en in elastisch kraakbeen zijn ze gerangschikt in een driedimensionale configuratie die lijkt op een honingraat.

-Extensines

Plantaardige celwanden zijn voornamelijk samengesteld uit cellulose, maar sommige van de eiwitten die met deze structuur zijn geassocieerd, hebben ook functionele en structurele relevantie.

Extensins zijn een van de bekendste wandeiwitten en worden gekenmerkt door de herhaalde pentapetidesequentie Ser- (Hyp) 4. Ze zijn rijk aan basische residuen zoals lysine, wat bijdraagt ​​aan hun interactie met de andere componenten in de celwand.

Zijn functie heeft te maken met het verharden of versterken van de muren. Net als bij andere structurele eiwitten bij dieren, zijn er in planten verschillende soorten extensines, die tot expressie worden gebracht door verschillende soorten cellen (niet alle cellen produceren extensines).

In sojabonen worden extensines bijvoorbeeld geproduceerd door sclerenchymcellen, terwijl in tabaksplanten is aangetoond dat de zijwortels twee cellagen hebben die deze eiwitten tot expressie brengen.

-Vel

Cellulaire organellen hebben ook hun eigen structurele eiwitten, die verantwoordelijk zijn voor het behoud van hun vorm, beweeglijkheid en vele andere fysiologische en metabolische processen die eraan inherent zijn.

Het binnenste gebied van het kernmembraan wordt geassocieerd met een structuur die bekend staat als de nucleaire lamina, en beide hebben een zeer speciale eiwitsamenstelling. Onder de eiwitten die de nucleaire lamina vormen, bevinden zich eiwitten die laminae worden genoemd.

De laminae behoren tot de groep van intermediaire filamenten van type V en er zijn verschillende typen, de bekendste zijn A en B. Deze eiwitten kunnen met elkaar of met andere interne elementen van de kern interageren zoals matrixeiwitten, chromatine en het binnenste kernmembraan.

Referenties

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essentiële celbiologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L., en Hiatt, J. (2002). Tekst Atlas of Histology (2e ed.). Mexico DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Review: Nuclear Lamins - Structurele eiwitten met fundamentele functies. Journal of Structural Biology, 129, 313-323.
4. Keller, B. (1993). Structurele celwandproteïnen. Plantenfysiologie, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM en Weiss, AS (2006). Elastine. Vooruitgang in eiwitchemie, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Keratine-cytoskeletten in epitheelcellen van interne organen. Proc. Natl. Acad. Sci., 76 (6), 2813-2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratine: structuur, mechanische eigenschappen, voorkomen in biologische organismen en inspanningen voor bioinspiratie. Vooruitgang in materiaalkunde.