PROTEIN CẤU TRÚC: CHỨC NĂNG, VÍ DỤ VÀ ĐẶC ĐIỂM - SINH HỌC - 2025

Các protein cấu trúc là một protein chủ yếu trình bày trong tất cả các tế bào nhân chuẩn, tế bào tức là cả động vật và thực vật. Đây là một phần của các cấu trúc sinh học rất đa dạng như da, tóc, mạng nhện, tơ, mô liên kết, thành tế bào thực vật, v.v.

Mặc dù thuật ngữ "protein cấu trúc" thường được sử dụng để chỉ các protein như collagen, keratin và elastin, nhưng cũng có những protein cấu trúc nội bào quan trọng góp phần duy trì cấu trúc bên trong của tế bào.

Ảnh chụp sợi collagen loại I, một loại protein cấu trúc (Nguồn: Louisa Howard qua Wikimedia Commons)

Những protein này, thuộc bộ xương tế bào, cũng kiểm soát vị trí dưới tế bào của các bào quan và cung cấp bộ máy vận chuyển và liên lạc giữa chúng.

Một số protein cấu trúc đã được nghiên cứu rất chi tiết và cho phép hiểu rõ hơn về cấu trúc chung của protein. Ví dụ trong số này là sợi tơ tằm, collagen và những loại khác.

Ví dụ, từ nghiên cứu tơ fibroin, cấu trúc protein thứ cấp của các tấm gấp β đã được mô tả và từ những nghiên cứu đầu tiên được thực hiện với collagen, cấu trúc thứ cấp của chuỗi xoắn ba đã được suy ra.

Do đó, protein cấu trúc rất cần thiết cả trong các tế bào riêng lẻ và trong các mô mà chúng tạo nên.

Đặc trưng

Chức năng của các protein cấu trúc khá đa dạng, và phụ thuộc vào loại protein được đề cập. Tuy nhiên, có thể nói rằng chức năng chính của nó là duy trì sự toàn vẹn về cấu trúc của tế bào và theo nghĩa rộng hơn là của cấu trúc cơ thể.

Liên quan đến các protein cấu trúc cơ thể, ví dụ, keratin có các chức năng trong việc bảo vệ và bao phủ, phòng thủ, vận động, trong số những chức năng khác.

Lớp biểu bì của da động vật có vú và các động vật khác có một số lượng lớn các sợi tơ được tạo thành từ keratin. Lớp này có chức năng bảo vệ cơ thể chống lại các loại tác nhân gây căng thẳng hoặc các yếu tố có hại.

Gai và bút lông, cũng như sừng và mỏ, móng vuốt và móng tay, là những mô đã được sừng hóa, có chức năng vừa bảo vệ vừa bảo vệ cơ thể.

Về mặt công nghiệp, lông cừu và lông của nhiều loài động vật được khai thác để sản xuất quần áo và các loại quần áo khác, mà chúng có một tầm quan trọng bổ sung, nói một cách nhân học.

Protein cấu trúc tế bào

Từ quan điểm tế bào, các protein cấu trúc có các chức năng siêu việt, vì chúng tạo nên khung bên trong tạo nên hình dạng đặc trưng của mỗi tế bào: bộ xương tế bào.

Là một phần của bộ xương tế bào, các protein cấu trúc như actin, tubulin, myosin và các protein khác cũng tham gia vào các chức năng vận chuyển và giao tiếp bên trong, cũng như trong các sự kiện di động của tế bào (trong các tế bào có khả năng di chuyển).

Ví dụ, sự tồn tại của lông mao và lông roi phụ thuộc nhiều vào các protein cấu trúc tạo nên các sợi dày và mỏng, được tạo thành từ actin và tubulin.

Ví dụ về protein cấu trúc và đặc điểm của chúng

Vì có sự đa dạng lớn về protein cấu trúc nên dưới đây chỉ đưa ra các ví dụ về loại protein quan trọng và phong phú nhất trong số các sinh vật nhân thực.

Vi khuẩn và các sinh vật nhân sơ khác, cùng với virus, cũng sở hữu các protein cấu trúc quan trọng trong cơ thể tế bào của chúng, tuy nhiên, phần lớn sự chú ý tập trung vào các tế bào nhân thực.

-Actin

Actin là một loại protein tạo thành các sợi nhỏ (actin filaments) được gọi là vi sợi. Những vi sợi này rất quan trọng trong bộ xương tế bào của tất cả các tế bào nhân thực.

Sợi actin là polyme xoắn hai chuỗi. Các cấu trúc mềm dẻo này có đường kính từ 5 đến 9 nm và được tổ chức dưới dạng chùm tuyến tính, mạng hai chiều hoặc gel ba chiều.

Actin được phân bố khắp tế bào, tuy nhiên, nó đặc biệt tập trung trong một lớp hoặc vỏ não gắn vào mặt trong của màng sinh chất vì nó là một phần cơ bản của bộ xương tế bào.

-Collagen

Collagen là một loại protein có trong động vật và đặc biệt có nhiều ở động vật có vú, chúng có ít nhất 20 gen khác nhau mã hóa các dạng khác nhau của protein này có thể được tìm thấy trong mô của chúng.

Nó được tìm thấy chủ yếu trong xương, gân và da, nơi nó chiếm hơn 20% tổng khối lượng protein của động vật có vú (cao hơn phần trăm của bất kỳ loại protein nào khác).

Trong các mô liên kết nơi nó được tìm thấy, collagen tạo thành một phần quan trọng của phần sợi của chất nền ngoại bào (cũng bao gồm một chất cơ bản), nơi nó tạo thành các sợi đàn hồi hỗ trợ lực kéo lớn.

Cấu trúc của sợi collagen

Sợi collagen được cấu tạo bởi các tiểu đơn vị đồng nhất của các phân tử tropocollagen, dài 280 nm và đường kính 1,5 nm. Mỗi phân tử tropocollagen được tạo thành từ ba chuỗi polypeptide được gọi là chuỗi alpha, chúng liên kết với nhau giống như một chuỗi xoắn ba.

Mỗi chuỗi alpha có khoảng 1000 gốc axit amin, trong đó rất nhiều glycine, proline, hydroxyproline và hydroxylysine (điều này cũng đúng với các protein cấu trúc khác như keratin).

Tùy thuộc vào loại sợi collagen được xem xét, chúng được tìm thấy ở những nơi khác nhau và có các đặc tính và chức năng khác nhau. Một số đặc trưng cho xương và ngà răng, trong khi một số khác là một phần của sụn, v.v.

-Keratin

Keratin là protein cấu trúc quan trọng nhất của tế bào sừng, một trong những loại tế bào phong phú nhất trong lớp biểu bì. Nó là một loại protein dạng sợi không hòa tan cũng được tìm thấy trong tế bào và cơ quan của nhiều loài động vật.

Sau collagen, keratin là loại protein phong phú thứ hai trong cơ thể động vật có vú. Ngoài việc là một phần quan trọng của lớp ngoài cùng của da, đây là protein cấu trúc chính của lông và len, móng tay, móng vuốt và móng guốc, lông và sừng.

Trong tự nhiên, có nhiều loại keratins khác nhau (tương tự như các loại collagen khác nhau), có các chức năng khác nhau. Các keratins alpha và beta được biết đến nhiều nhất. Loại thứ nhất tạo thành móng, sừng, bút lông và biểu bì của động vật có vú, trong khi loại thứ hai có nhiều ở mỏ, vảy và lông của loài bò sát và chim.

-Elastin

Elastin, một loại protein khác có nguồn gốc động vật, là thành phần quan trọng của chất nền ngoại bào và có vai trò quan trọng trong tính đàn hồi và khả năng phục hồi của nhiều mô ở động vật có xương sống.

Những mô này bao gồm động mạch, phổi, dây chằng và gân, da và sụn đàn hồi.

Elastin bao gồm hơn 80% các sợi đàn hồi có trong chất nền ngoại bào và được bao quanh bởi các sợi siêu nhỏ bao gồm các đại phân tử khác nhau. Cấu trúc của ma trận được tạo thành từ các sợi này khác nhau giữa các mô khác nhau.

Trong động mạch, các sợi đàn hồi này tự tổ chức thành các vòng đồng tâm xung quanh lòng động mạch; Trong phổi, các sợi elastin tạo thành một mạng lưới mỏng khắp cơ quan, tập trung ở những khu vực như lỗ mở của phế nang.

Trong gân, các sợi elastin được định hướng song song với tổ chức mô, và trong sụn đàn hồi, chúng được sắp xếp theo cấu hình ba chiều tương tự như tổ ong.

-Extensines

Thành tế bào thực vật chủ yếu được cấu tạo bởi cellulose, tuy nhiên, một số protein liên quan đến cấu trúc này cũng có liên quan về chức năng và cấu trúc.

Phần mở rộng là một trong những protein vách được biết đến nhiều nhất và được đặc trưng bởi trình tự pentapetid lặp lại Ser- (Hyp) 4. Chúng rất giàu chất cặn cơ bản như lysine, góp phần vào sự tương tác của chúng với các thành phần khác trong thành tế bào.

Chức năng của nó liên quan đến việc làm cứng hoặc tăng cường các bức tường. Cũng như các protein cấu trúc khác ở động vật, ở thực vật có các loại chất kéo dài khác nhau, được biểu hiện bởi các loại tế bào khác nhau (không phải tế bào nào cũng tạo ra chất kéo dài).

Ví dụ, ở đậu nành, chất kéo dài được tạo ra bởi các tế bào xơ cứng, trong khi ở cây thuốc lá, người ta đã chỉ ra rằng rễ bên có hai lớp tế bào biểu hiện các protein này.

-Tấm

Các bào quan tế bào cũng có các protein cấu trúc riêng, chịu trách nhiệm duy trì hình dạng, khả năng vận động và nhiều quá trình sinh lý và trao đổi chất vốn có khác.

Vùng bên trong của màng nhân liên kết với một cấu trúc được gọi là lớp màng nhân và cả hai đều có thành phần protein rất đặc biệt. Trong số các protein tạo nên lớp màng nhân có các protein được gọi là laminae.

Các laminae thuộc nhóm sợi trung gian của loại V và có một số loại, được biết đến nhiều nhất là A và B. Các protein này có thể tương tác với nhau hoặc với các phần tử bên trong khác của nhân như protein nền, chất nhiễm sắc và màng nhân bên trong.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Sinh học Tế bào cần thiết. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L. & Hiatt, J. (2002). Văn bản Tập bản đồ Mô học (xuất bản lần thứ 2). Mexico DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
3. Gruenbaum, Y., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Xem lại: Hạt nhân Lamins - Protein cấu trúc với các chức năng cơ bản. Tạp chí Sinh học Cấu trúc, 129, 313–323.
4. Keller, B. (1993). Cấu trúc của thành tế bào Protein. Sinh lý thực vật, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM và Weiss, AS (2006). Elastin. Những tiến bộ trong Hóa học Protein, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Keratin cytoskeletons trong tế bào biểu mô của các cơ quan nội tạng. Proc. Natl. Acad. Khoa học viễn tưởng, 76 (6), 2813–2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratin: Cấu trúc, đặc tính cơ học, sự xuất hiện trong các sinh vật sinh học và nỗ lực thoát hơi nước sinh học. Tiến bộ trong Khoa học Vật liệu.