Các protein dạng sợi , còn được gọi là scleroprotein, là một loại protein là thành phần cấu trúc quan trọng của bất kỳ tế bào sống nào. Collagen, elastin, keratin hoặc fibroin là những ví dụ về loại protein này.
Chúng thực hiện các chức năng rất đa dạng và phức tạp. Điều quan trọng nhất là những thứ bảo vệ (chẳng hạn như gai của nhím) hoặc hỗ trợ (chẳng hạn như thứ cung cấp cho nhện mạng mà chúng tự dệt và giúp chúng bị treo lơ lửng).
Cấu trúc lặp đi lặp lại của tơ fibroin, một protein dạng sợi (Nguồn: Sponk qua Wikimedia Commons)
Các protein dạng sợi được cấu tạo bởi các chuỗi polypeptit kéo dài hoàn toàn, được tổ chức thành một loại "sợi" hoặc "dây" có sức đề kháng lớn. Những protein này rất mạnh về mặt cơ học và không hòa tan trong nước.
Phần lớn, các thành phần của protein dạng sợi là các polyme của các axit amin được lặp lại liên tiếp.
Nhân loại đã cố gắng tái tạo các đặc tính của protein dạng sợi bằng cách sử dụng các công cụ công nghệ sinh học khác nhau, tuy nhiên, việc làm sáng tỏ sự sắp xếp của từng axit amin trong chuỗi polypeptide không phải là một việc dễ dàng.
Kết cấu
Protein dạng sợi có thành phần cấu trúc tương đối đơn giản. Chúng thường được tạo thành từ ba hoặc bốn axit amin kết hợp với nhau, được lặp lại nhiều lần.
Đó là, nếu một protein được tạo thành từ các axit amin như lysine, arginine và tryptophan, thì axit amin tiếp theo để liên kết với tryptophan sẽ lại là lysine, tiếp theo là arginine và một phân tử tryptophan khác, v.v.
Có những protein dạng sợi có mô típ axit amin cách nhau hai hoặc ba axit amin khác nhau ngoài những mô típ lặp đi lặp lại của trình tự của chúng và trong những protein khác, trình tự axit amin có thể rất thay đổi, 10 hoặc 15 axit amin khác nhau.
Cấu trúc của nhiều protein dạng sợi đã được đặc trưng bởi kỹ thuật tinh thể học tia X và bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân. Nhờ đó, các protein có hình dạng sợi, hình ống, thành lớp, xoắn ốc, hình dạng như một cái "phễu", v.v. đã được chi tiết hóa.
Mỗi polypeptit lặp lại duy nhất tạo thành một sợi và mỗi sợi là một trong hàng trăm đơn vị tạo nên siêu cấu trúc của "protein dạng sợi". Nói chung, mỗi sợi được sắp xếp theo hình xoắn ốc tương đối với nhau.
Đặc trưng
Do mạng lưới các sợi tạo nên protein dạng sợi, chức năng chính của chúng bao gồm đóng vai trò là vật liệu cấu trúc để hỗ trợ, đề kháng và bảo vệ các mô của các sinh vật sống khác nhau.
Cấu trúc bảo vệ được tạo thành từ các protein dạng sợi có thể bảo vệ các cơ quan quan trọng của động vật có xương sống trước những cú sốc cơ học, điều kiện thời tiết bất lợi hoặc sự tấn công của những kẻ săn mồi.
Mức độ chuyên hóa của các protein dạng sợi là duy nhất trong giới động vật. Ví dụ, mạng nhện là một loại vải hỗ trợ cần thiết cho con đường sống của nhện. Vật liệu này có sức mạnh và tính linh hoạt độc đáo.
Nhiều đến mức ngày nay nhiều vật liệu tổng hợp cố gắng tái tạo tính linh hoạt và khả năng chống chịu của mạng nhện, thậm chí sử dụng các sinh vật chuyển gen để tổng hợp vật liệu này bằng các công cụ công nghệ sinh học. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng vẫn chưa đạt được thành công như mong đợi.
Một đặc tính quan trọng mà protein dạng sợi có là chúng cho phép kết nối giữa các mô khác nhau của động vật có xương sống.
Ngoài ra, các đặc tính linh hoạt của các protein này cho phép các sinh vật sống tạo ra vật liệu kết hợp sức mạnh và tính linh hoạt. Trong nhiều trường hợp, đây là yếu tố tạo nên các thành phần thiết yếu cho sự chuyển động của các cơ ở động vật có xương sống.
Ví dụ về protein dạng sợi
Collagen
Nó là một loại protein có nguồn gốc động vật và có lẽ là một trong những loại protein dồi dào nhất trong cơ thể của động vật có xương sống, vì nó tạo nên hầu hết các mô liên kết. Collagen nổi bật với đặc tính mạnh, có thể kéo dài, không hòa tan và trơ về mặt hóa học.
Cấu trúc phân tử của collagen, một loại protein dạng sợi có nguồn gốc động vật (Nguồn: Nevit Dilmen qua Wikimedia Commons)
Nó chủ yếu được tạo thành từ da, giác mạc, đĩa đệm, gân và mạch máu. Một sợi collagen được tạo thành từ một chuỗi xoắn ba song song gần như chỉ bằng một phần ba axit amin glycine.
Protein này tạo thành cấu trúc được gọi là "sợi nhỏ collagen", bao gồm sự liên kết của một số chuỗi xoắn ba collagen với nhau.
Elastin
Giống như collagen, elastin là một loại protein là một phần của mô liên kết. Tuy nhiên, không giống như loại đầu tiên, nó cung cấp độ đàn hồi cho các mô, thay vì sức đề kháng.
Sợi elastin được tạo thành từ các axit amin valine, proline và glycine. Các axit amin này rất kỵ nước và người ta đã xác định được rằng tính đàn hồi của protein dạng sợi này là do tương tác tĩnh điện trong cấu trúc của nó.
Elastin có nhiều trong các mô chịu nhiều tác động của chu kỳ giãn và giãn. Ở động vật có xương sống, nó được tìm thấy trong động mạch, dây chằng, phổi và da.
Keratin
Keratin là một loại protein được tìm thấy chủ yếu trong lớp biểu bì của động vật có xương sống. Protein này tạo thành các cấu trúc quan trọng như tóc, móng tay, gai, lông, sừng, trong số những cấu trúc khác.
Keratin có thể bao gồm α-keratin hoặc β-keratin. Α-keratin cứng hơn nhiều so với β-keratin. Điều này là do α-keratin được tạo thành từ các xoắn α, rất giàu axit amin cysteine, có khả năng tạo cầu nối disulfua với các axit amin tương đương khác.
Mặt khác, trong β-keratin, nó được cấu tạo với tỷ lệ lớn hơn các axit amin phân cực và không phân cực, có thể hình thành các liên kết hydro và được tổ chức thành các tấm β gấp lại. Điều này có nghĩa là cấu trúc của nó có khả năng chống chịu kém hơn.
Fibroin
Đây là protein tạo nên mạng nhện và các sợi tơ do tằm tạo ra. Các chủ đề này được cấu tạo chủ yếu từ các axit amin glycine, serine và alanin.
Cấu trúc của các protein này là các tấm β có tổ chức đối xứng với định hướng của sợi. Đặc tính này mang lại cho nó sức đề kháng, tính linh hoạt và khả năng kéo dãn ít.
Fibroin hòa tan kém trong nước và có tính linh hoạt cao với độ cứng tuyệt vời được cung cấp bởi sự liên kết của các axit amin trong cấu trúc chính của nó và các cầu Vander Waals, được hình thành giữa các nhóm axit amin thứ cấp.
Người giới thiệu
- Bailey, K. (1948). Protein dạng sợi như thành phần của hệ thống sinh học. Bản tin y tế của Anh, 5 (4-5), 338-341.
- Huggins, ML (1943). Cấu trúc của protein dạng sợi. Nhận xét Hóa học, 32 (2), 195-218.
- Kaplan, DL (1998). Các protein-tơ dạng sợi như một hệ thống mô hình. Tính ổn định và thoái hóa polyme, 59 (1-3), 25-32.
- Parry, DA, & Creamer, LK (1979). Protein dạng sợi, các khía cạnh khoa học, công nghiệp và y tế. Trong Hội nghị Quốc tế về Protein dạng sợi 1979: Đại học Massey). Báo chí Học thuật.
- Parry, DA, & Squire, JM (2005). Protein dạng sợi: các khía cạnh cấu trúc và chức năng mới được tiết lộ. Trong Những tiến bộ trong hóa học protein (Tập 70, trang 1-10). Báo chí Học thuật.
- Schmitt, FO (1968). Protein dạng sợi - bào quan thần kinh. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, 60 (4), 1092.
- Wang, X., Kim, HJ, Wong, C., Vepari, C., Matsumoto, A., & Kaplan, DL (2006). Protein dạng sợi và kỹ thuật mô. Tư liệu hôm nay, 9 (12), 44-53.