PROTEÏNES ESTRUCTURALS: FUNCIONS, EXEMPLES I CARACTERÍSTIQUES - BIOLOGIA - 2025

Les proteïnes estructurals són unes importants proteïnes presents en totes les cèl·lules eucariotes, és a dir, que estan tant en les cèl·lules animals com en les vegetals. Aquestes són part d'estructures biològiques summament diverses com la pell, els cabells, la teranyina, la seda, el teixit connectiu, les parets cel·lulars de les plantes, etc.

Tot i que el terme "proteïna estructural" és utilitzat comunament per referir-se a proteïnes com el col·lagen, la queratina i l'elastina, també hi ha importants proteïnes estructurals intracel·lulars que contribueixen a el manteniment de l'estructura interna de les cèl·lules.

Fotografia de fibres de col·lagen tipus I, una classe de proteïna estructural (Font: Louisa Howard via Wikimedia Commons)

Aquestes proteïnes, pertanyents a l'citoesquelet, controlen també la ubicació subcel·lular dels orgànuls i subministren la maquinària de transport i comunicació entre ells.

Algunes proteïnes estructurals han estat estudiades en gran detall i han permès comprendre amb més profunditat l'estructura proteica general. Exemple d'aquestes són la fibroïna de seda, el col·lagen i altres.

A partir d'l'estudi de la fibroïna de seda, per exemple, es va descriure l'estructura proteica secundària de les làmines β-plegades i, a partir dels primers estudis realitzats amb el col·lagen es va deduir l'estructura secundària de triple hèlix.

Per tant, les proteïnes estructurals són essencials tant a l'interior de les cèl·lules individuals com en els teixits que aquestes conformen.

funcions

Les funcions de les proteïnes estructurals són força diverses, i depenen, sobretot, de l'tipus de proteïna de què es tracti. Tot i això, podria dir-se que la seva funció principal és la de el manteniment de la integritat estructural de les cèl·lules i, en un sentit més ampli, de l'estructura corporal.

Pel que fa a proteïnes estructurals corporals es refereix, la queratina, per exemple, té funcions en la protecció i cobertura, en la defensa, en el moviment, entre altres.

L'epidermis de la pell dels mamífers i altres animals té gran nombre de filaments constituïts per queratina. Aquesta capa té funcions en la protecció de l'organisme contra diferents tipus de factors estressants o nocius.

Les espines i les pues, així com les banyes i els pics, les urpes i les ungles, que són teixits queratinizados, exerceixen funcions tant en la protecció com en la defensa de el cos.

Industrialment, la llana i el pèl de molts animals són explotats per a la manufactura de peces de vestir i altres tipus d'indumentària, de manera que tenen una importància addicional, antropocéntricamente parlant.

Proteïnes estructurals cel·lulars

Des del punt de vista cel·lular, les proteïnes estructurals tenen funcions transcendentals, ja que conformen la carcassa intern que li confereix la forma característica a cada cèl·lula: el citoesquelet.

Com a part de l'citoesquelet, les proteïnes estructurals com l'actina, la tubulina, la miosina i altres participen també en funcions de transport i de comunicació interna, així com en els esdeveniments de mobilitat cel·lular (en les cèl·lules capaces de desplaçar-se).

L'existència de cilis i flagels, per exemple, depenen en gran mesura de proteïnes estructurals que conformen els filaments gruixuts i prims, compostos per actina i tubulina.

Exemples de proteïnes estructurals i les seves característiques

Ja que hi ha una gran diversitat de proteïnes estructurals, a continuació només es donaran exemples de les més importants i abundants entre els organismes eucariotes.

Els bacteris i altres procariotes, juntament amb els virus, també posseeixen importants proteïnes estructurals en els seus cossos cel·lulars, però, la major atenció s'enfoca a les cèl·lules eucariotes.

-Actina

L'actina és una proteïna que forma filaments (els filaments d'actina) coneguts com microfilaments. Aquests microfilaments són molt importants en el citosquelet de totes les cèl·lules eucariotes.

Els filaments d'actina són polímers helicoïdals de dues cadenes. Aquestes estructures flexibles tenen de 5 a 9 nm de diàmetre i s'organitzen com fas lineals, xarxes bidimensionals o gels tridimensionals.

L'actina està distribuïda en tota la cèdula, però, es concentra particularment en una capa o escorça adossada a la cara interna de la membrana plasmàtica ja que és part fonamental de l'citoesquelet.

-Colágeno

El col·lagen és una proteïna present en els animals i és particularment abundant en els mamífers, els que tenen al menys 20 gens diferents que codifiquen les diverses formes d'aquesta proteïna que es poden trobar en els seus teixits.

Es troba primordialment en els ossos, els tendons i la pell, on constitueix més de l'20% de la massa proteica total dels mamífers (més gran que el percentatge de qualsevol altra proteïna).

En els teixits connectius on es troba, el col·lagen constitueix part important de la porció fibrosa de la matriu extracel·lular (que es compon, a més, de substància fonamental), on forma fibres elàstiques que suporten grans forces de tensió.

Estructura de les fibres de col·lagen

Les fibres de col·lagen estan compostes per subunitats uniformes de molècules de tropocolágeno, que tenen 280 nm de llarg i 1.5nm de diàmetre. Cada molècula d'tropocolágeno està conformada per tres cadenes polipeptídiques conegudes com cadenes alfa, que s'associen entre si com una hèlix triple.

Cadascuna de les cadenes alfa té al voltant de 1000 residus d'aminoàcids, on la glicina, la prolina, la hidroxiprolina i la hidroxilisina són molt abundants (el que també és cert per a altres proteïnes estructurals com la queratina).

Depenent de l'tipus de fibra de col·lagen que es consideri, aquestes es troben en llocs diferents i tenen propietats i funcions diferents. Unes són específiques d'os i dentina, mentre que altres formen part de l'cartílag i així successivament.

-Queratina

La queratina és la proteïna estructural més important dels queratinòcits, un dels tipus de cèl·lules més abundants de l'epidermis. És una proteïna fibrosa insoluble que també es troba en les cèl·lules i els integumentos de molts animals.

Després de l'col·lagen, la queratina és la segona proteïna més abundant de el cos dels mamífers. A més de ser part substancial de la capa més externa de la pell, aquesta és la principal proteïna estructural de els cabells i la llana, de les ungles, urpes i peülles, de les plomes i les banyes.

A la natura hi ha diferents tipus de queratines (de forma anàloga als diferents tipus de col·lagen), que tenen funcions diferents. Les queratines alfa i les beta són les més conegudes. Les primeres formen ungles, banyes, pues i epidermis de mamífers, mentre que les segones són abundants en pics, escates i plomes de rèptils i aus.

-Elastina

L'elastina, una altra proteïna d'origen animal, és un component clau de la matriu extracel·lular i té importants funcions en l'elasticitat i resiliència de molts teixits en els animals vertebrats.

Entre aquests teixits s'inclouen les artèries, els pulmons, els lligaments i els tendons, la pell i el cartílag elàstic.

La elastina comprèn més de l'80% de les fibres elàstiques presents en la matriu extracel·lular i està envoltada per microfibril·les compostes per diverses macromolècules. L'estructura de les matrius compostes per aquestes fibres varia entre els diferents teixits.

A les artèries, aquestes fibres elàstiques s'organitzen en anells concèntrics al voltant de l'lumen arterial; en els pulmons, les fibres d'elastina formen un entramat prim per tot l'orgue, concentrant-se en àrees com les obertures dels alvèols.

En els tendons, les fibres d'elastina estan paral·lelament orientades respecte a l'organització de el teixit i, en els cartílags elàstics, aquestes s'organitzen en una configuració tridimensional semblant a un rusc d'abelles.

-Extensinas

Les parets cel·lulars de les plantes estan compostes principalment per cel·lulosa, però, algunes de les proteïnes que s'associen amb aquesta estructura també tenen rellevància funcional i estructural.

Les extensinas són una de les proteïnes de paret millor conegudes i es caracteritzen per la seqüència pentapétida repetida Ser- (Hyp) 4. Són riques en residus bàsics com la lisina, la qual cosa contribueix a la seva interacció amb els altres components en la paret cel·lular.

La seva funció té a veure amb l'enduriment o enfortiment de les parets. Així com altres proteïnes estructurals en els animals, a les plantes hi ha diferents tipus de extensinas, que són expressats per diferents tipus de cèl·lules (no totes les cèl·lules produeixen extensinas).

A la soja, per exemple, les extensinas són produïdes per les cèl·lules de l'esclerènquima, mentre que en plantes de tabac s'ha demostrat que les arrels laterals posseeixen dues capes de cèl·lules que expressen aquestes proteïnes.

-Lámina

Els orgànuls cel·lulars també tenen les seves pròpies proteïnes estructurals, que són les responsables de l'manteniment de la seva forma, del seu motilitat i de molts altres processos fisiològics i metabòlics inherents als mateixos.

La regió interna de la membrana nuclear està associada amb una estructura coneguda com la làmina nuclear, i ambdues posseeixen una composició proteica molt especial. Entre les proteïnes que conformen la làmina nuclear es troben les proteïnes denominades làmines.

Les làmines pertanyen a el grup dels filaments intermedis de tipus V i n'hi ha de diversos tipus, els més coneguts són l'A i el B. Aquestes proteïnes poden interactuar entre si o amb altres elements interns de l'nucli com les proteïnes de la matriu, la cromatina i la membrana nuclear interna.

referències

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Essential Cell Biology. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Text Atles d'Histologia (2nd ed.). Mèxic DF: McGraw-Hill Interamericana Editors.
3. Gruenbaum, I., Wilson, KL, Harel, A., Goldberg, M., & Cohen, M. (2000). Review: Nuclear Lamins - Structural Proteins with Fonamental Functions. Journal of Structural Biology, 129, 313-323.
4. Keller, B. (1993). Structural Cell Wall Proteins. Plant Physiology, 101, 1127-1130.
5. Mithieux, BSM, & Weiss, AS (2006). Elastin. Advances in Protein Chemistry, 70, 437-461.
6. Sun, T., Shih, C., & Green, H. (1979). Keratin cytoskeletons in Epithelial cells of internal organs. Proc. Natl. Acad. Sci., 76 (6), 2813-2817.
7. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratin: Structure, mechanical properties, occurrence in biological organisms, and efforts at Bioinspiration. Progress in Materials Science.