البروتين الهيكلي

البروتينات الهيكلية تعمل في المقام الأول كمواد بناء الشد في الخلايا والأنسجة. عادة لا يكون لديهم وظيفة إنزيمية ، لذلك لا يتداخلون عادة مع عمليات التمثيل الغذائي. عادة ما تشكل البروتينات الهيكلية ألياف طويلة وتعطي z. ب- الأربطة والأوتار والعظام قوتها وحركتها وحركتها. تشكل عدة أنواع مختلفة من البروتينات الهيكلية حوالي 30٪ من جميع البروتينات التي تحدث في البشر.

ما هو البروتين الهيكلي؟

يتم تلخيص البروتينات ، التي تعطي الأنسجة بشكل أساسي هيكلها ومقاومتها للتمزق ، تحت مصطلح البروتينات الهيكلية. تتميز البروتينات الهيكلية بحقيقة أنها عادة لا تشارك في عمليات التمثيل الغذائي الأنزيمية التحفيزية.

عادةً ما تشكل البروتينات الصلبة ، التي تُحسب ضمن البروتينات الهيكلية ، جزيئات طويلة السلسلة في شكل أحماض أمينية متشابكة معًا ، يرتبط كل منها ببعضها البعض عبر روابط الببتيد. غالبًا ما تحتوي البروتينات الهيكلية على تسلسلات متكررة من الأحماض الأمينية ، والتي تسمح للجزيئات ببنى خاصة ثانوية وثالثية مثل الحلزونات المزدوجة أو الثلاثية ، مما يؤدي إلى قوة ميكانيكية معينة. البروتينات الهيكلية الهامة والمعروفة هي z. ب- الكيراتين والكولاجين والإيلاستين. الكيراتين هو أحد البروتينات الهيكلية المكونة للألياف والتي تعطي بنية للجلد (البشرة) وكذلك الشعر والأظافر.

مع وجود أكثر من 24 ٪ من جميع البروتينات في جسم الإنسان ، تشكل الكولاجين أكبر مجموعة من البروتينات الهيكلية. ما يلفت النظر حول الكولاجين هو أن كل حمض أميني ثالث هو الجلايسين ويتراكم تسلسل الجلايسين-البرولين-هيدروكسي برولين. الكولاجين المقاوم للتمزق هو أهم مكونات العظام والأسنان والأربطة والأوتار (النسيج الضام). على عكس الكولاجين ، الذي يصعب تمدده ، يمنح الإيلاستين أنسجة معينة القدرة على التمدد. ولذلك فإن الإيلاستين عنصر مهم في الرئتين وجدران الأوعية الدموية والجلد.

الوظيفة والتأثير والمهام

تندرج فئات مختلفة من البروتينات تحت مصطلح البروتين الهيكلي. ما تشترك فيه جميع البروتينات الهيكلية هو أن وظيفتها الرئيسية هي إعطاء البنية والقوة للأنسجة التي توجد فيها. مطلوب مجموعة واسعة من الخصائص الهيكلية اللازمة. الكولاجين ، الذي يشكل البروتين الهيكلي في الأربطة والأوتار ، من بين أشياء أخرى ، شديد المقاومة للتمزق ، حيث تتعرض الأربطة والأوتار لضغوط عالية من حيث مقاومة التمزق.

كمكون في العظام والأسنان ، يجب أن تكون الكولاجين أيضًا قادرة على تكوين هياكل مقاومة للكسر. بالإضافة إلى مقاومة التمزق ، تتطلب أنسجة الجسم الأخرى مرونة خاصة من أجل التكيف مع الظروف المعنية. تقوم البروتينات الهيكلية ، التي تنتمي إلى مجموعة الإيلاستين ، بهذه المهمة. يمكن شدها ويمكن مقارنتها إلى حد ما بالألياف المرنة في القماش. تتيح الإيلاستين تعديلات سريعة في الحجم في الأوعية الدموية والرئتين والجلود والأغشية المختلفة التي تغلف الأعضاء ويتعين عليها التعامل مع أحجام الأعضاء المتغيرة. في جلد الإنسان أيضًا ، تكمل الكولاجين والإيلاستين بعضهما البعض لضمان المتانة والقدرة على تحريك الجلد.

في حين أن الكولاجين في الأربطة والأوتار يضمن بشكل أساسي قوة الشد في اتجاه معين ، فإن الكيراتين ، التي هي جزء من أظافر اليدين والقدمين ، يجب أن تضمن قوة مسطحة (ثنائية الأبعاد). تتكون فئة أخرى من البروتينات الهيكلية مما يسمى بالبروتينات الحركية ، وهي المكون الرئيسي لخلايا العضلات. يمتلك الميوسين والبروتينات الحركية الأخرى القدرة على الانقباض استجابةً لمحفز عصبي معين ، مما يتسبب في تقصير العضلات مؤقتًا أثناء استخدام الطاقة.

التعليم والوقوع والخصائص

يتم تصنيع البروتينات الهيكلية ، مثل البروتينات الأخرى ، في الخلايا. الشرط الأساسي هو ضمان توفير الأحماض الأمينية المقابلة. أولاً ، ترتبط العديد من الأحماض الأمينية بتكوين الببتيدات وعديد الببتيدات. يتم وضع هذه الأجزاء من البروتين معًا على الشبكة الإندوبلازمية الخشنة لتشكيل أجزاء أكبر ثم تكوين جزيء بروتين كامل.

البروتينات الهيكلية التي يجب أن تؤدي وظائف خارج الخلايا في المصفوفة خارج الخلية يتم تمييزها ونقلها إلى الفضاء خارج الخلية عن طريق الإفراز الخلوي عن طريق الحويصلات الإفرازية. تغطي الخصائص المطلوبة للبروتينات الهيكلية نطاقًا واسعًا بين قوة الشد والمرونة. عادة ما تحدث البروتينات الهيكلية فقط كجزء من الأنسجة ، لذلك لا يمكن بسهولة قياس تركيزها مباشرة. لذلك لا يمكن إعطاء التركيز الأمثل.

الأمراض والاضطرابات

تؤدي المهام المعقدة التي يتعين على البروتينات الهيكلية المختلفة القيام بها إلى توقع حدوث أعطال تؤدي أيضًا إلى اضطرابات وأعراض. يمكن أن يؤدي أيضًا إلى حدوث خلل في سلسلة التخليق لأن هناك حاجة إلى عدد كبير من الإنزيمات والفيتامينات للتوليف.

تنشأ الاضطرابات الأكثر وضوحًا عندما لا يمكن تصنيع البروتينات المقابلة بسبب نقص الإمداد بالأحماض الأمينية. يمكن تصنيع غالبية الأحماض الأمينية المطلوبة من قبل الجسم نفسه ، ولكن ليس الأحماض الأمينية الأساسية التي يجب أن تؤخذ من الخارج في شكل طعام أو مكملات غذائية. حتى مع وجود إمدادات كافية من الأحماض الأمينية الأساسية ، يمكن أن يتأثر الامتصاص في الأمعاء الدقيقة بسبب الأمراض أو بسبب السموم التي يتم تناولها أو كأثر جانبي لبعض الأدوية ويسبب نقصًا. ومن الأمراض المعروفة ، وإن كانت نادرة ، في هذا السياق الحثل العضلي الدوشيني.

ينتج المرض عن خلل جيني في الكروموسوم X ، لذلك يتأثر الرجال فقط بشكل مباشر. يعني الخلل الجيني أن البروتين الهيكلي ديستروفين ، المسؤول عن تثبيت الألياف العضلية للعضلات الهيكلية ، لا يمكن تصنيعه. هذا يؤدي إلى ضمور عضلي مع مسار شديد. مرض وراثي آخر - نادر أيضًا - يؤدي إلى اعتلال الميتوكوندريا. يمكن أن تسبب العديد من العيوب الجينية المعروفة داخل الحمض النووي والحمض النووي للميتوكوندريا الميتوكوندريا. يؤدي التركيب المتغير لبعض البروتينات الهيكلية للميتوكوندريا إلى انخفاض إمدادات الطاقة للكائن الحي بأكمله.