חלבונים סיביים , הידוע גם בשם scleroproteins, הם מחלקה של חלבונים כי הם רכיבים מבניים חשובים של כל תא חי. קולגן, אלסטין, קרטין או פיברואין הם דוגמאות לסוג חלבון זה.
הם ממלאים פונקציות מגוונות ומורכבות מאוד. החשובים ביותר הם אלה של הגנה (כמו עמוד שדרה של דורבן) או תמיכה (כמו זה שמספק לעכבישים את הרשת שהם עצמם אורגים וששומר עליהם על תליה).
מבנה חוזר ונשנה של פיברוי משי, חלבון סיבי (מקור: ספונק באמצעות ויקימדיה Commons)
חלבונים סיבים מורכבים משרשראות פוליפפטיד מורחבות לחלוטין, המאורגנות למעין "סיבים" או "חבל" בעלי עמידות רבה. חלבונים אלה חזקים מאוד מכנית והם אינם מסיסים במים.
לרוב, מרכיבי החלבונים הסיביים הם פולימרים של חומצות אמינו חוזרות ונשנות.
האנושות ניסתה לשחזר את תכונותיהם של חלבונים סיבים בעזרת כלים ביוטכנולוגיים שונים, עם זאת, להבהיר בדייקנות כזו את הסידור של כל חומצת אמינו בשרשרת הפוליפפטיד אינה משימה קלה.
מִבְנֶה
לחלבונים סיבים יש הרכב פשוט יחסית במבנה שלהם. בדרך כלל הן מורכבות משלוש או ארבע חומצות אמינו המחוברות זו לזו, החוזרות על עצמן פעמים רבות.
כלומר, אם חלבון מורכב מחומצות אמינו כמו ליזין, ארגינין וטריפטופן, חומצת האמינו הבאה שתקשר לטריפטופן תהיה שוב ליזין, אחריה ארגינין ומולקולת טריפטופן אחרת וכן הלאה.
ישנם חלבונים סיביים שיש להם מוטיבים של חומצות אמינו המרווחים בין שתיים לשלוש חומצות אמינו שונות מלבד המוטיבים החוזרים על עצמם ברצפים שלהם, ובחלבונים אחרים, רצף חומצות האמינו יכול להיות משתנה מאוד, עם 10 או 15 חומצות אמינו שונות.
המבנים של רבים מהחלבונים הסיביים התאפיינו בטכניקות קריסטלוגרפיה של רנטגן ובשיטות תהודה מגנטית גרעינית. הודות לכך, פורטו חלבונים בצורת סיבים, צינוריים, למינריים, ספירלה, בצורת "משפך" וכו '.
כל פוליפפטיד דפוס חוזר ייחודי יוצר גדיל וכל גדיל הוא אחת ממאות היחידות המרכיבות את האולטרה-תשתית של "חלבון סיבי". באופן כללי, כל נימה מסודרת בצורה סלילית יחסית זה לזה.
מאפיינים
בשל רשת הסיבים המרכיבים חלבונים סיביים, תפקידיהם העיקריים מורכבים משמשים כחומר מבני לתמיכה, עמידות והגנה לרקמות של יצורים חיים שונים.
מבני מגן המורכבים מחלבונים סיביים יכולים להגן על האיברים החיוניים של בעלי חוליות מפני זעזועים מכניים, תנאי מזג אוויר קשים או התקפה של טורפים.
רמת ההתמחות של חלבונים סיבים היא ייחודית בממלכת בעלי החיים. רשת עכבישים, למשל, היא מארג תמיכה חיוני לאורח החיים של עכבישים להוביל. לחומר זה חוזק וגמישות ייחודיים.
עד כדי כך, שבימינו חומרים סינטטיים רבים מנסים ליצור מחדש את הגמישות והעמידות של רשת העכביש, אפילו באמצעות אורגניזמים טרנסגניים כדי לסנתז חומר זה באמצעות כלים ביוטכנולוגיים. עם זאת, יש לציין כי ההצלחה הצפויה טרם הושגה.
מאפיין חשוב שיש לחלבונים סיבים הוא שהם מאפשרים חיבור בין הרקמות השונות של בעלי החוליות.
בנוסף, התכונות המגוונות של חלבונים אלה מאפשרות לאורגניזמים חיים ליצור חומרים המשלבים חוזק וגמישות. זה, במקרים רבים, זה המרכיב את המרכיבים החיוניים לתנועת השרירים בחוליות.
דוגמא לחלבון סיבי
קולגן
זהו חלבון שמקורו מן החי והוא אולי אחד השופעים ביותר בגופם של בעלי חוליות, מכיוון שהוא מהווה את רוב רקמות החיבור. קולגן בולט בתכונותיו החזקות, הניתנות להרחבה, בלתי מסיסים וכימיים אינרטיים.
מבנה מולקולרי של קולגן, חלבון סיבי ממוצא מן החי (מקור: Nevit Dilmen באמצעות Wikimedia Commons)
זה מורכב ברובו מהעור, הקרנית, הדיסקים הבין חולייתיים, הגידים וכלי הדם. סיבי קולגן מורכבים מסליל משולש מקביל המהווה כמעט שליש מחומצת האמינו גליצין.
חלבון זה יוצר מבנים המכונים "מיקרו-פיברילים קולגן", המורכבים מאיחוד של מספר מסייעים משולשים קולגן יחד.
אלסטין
בדומה לקולגן, אלסטין הוא חלבון שהוא חלק מרקמת חיבור. עם זאת, בניגוד לראשון, הוא מספק גמישות לרקמות, במקום התנגדות.
סיבי האלסטין מורכבים מחומצות האמינו וולין, פרולין וגליצין. חומצות אמינו אלו הינן הידרופוביות מאוד ונקבע כי גמישותו של חלבון סיבי זה נובעת מאינטראקציות אלקטרוסטטיות במבנהו.
האלסטין נמצא בשפע ברקמות הנתונות באופן אינטנסיבי למחזורי הארכה והרפיה. אצל בעלי חוליות זה נמצא בעורקים, ברצועות, בריאות ובעור.
קרטין
קרטין הוא חלבון שנמצא בעיקר בשכבה האקטודרמית של בעלי חוליות. חלבון זה יוצר מבנים חשובים כמו שיער, ציפורניים, קוצים, נוצות, קרניים, בין היתר.
קרטין יכול להיות מורכב מ- α- קרטין או β- קרטין. Α-קרטין הרבה יותר נוקשה מאשר β- קרטין. הסיבה לכך היא ש- α- קרטין מורכב מאל-helices העשירים בחומצה האמינית ציסטאין, שיש לה יכולת ליצור גשרים דיסולפידים עם חומצות אמינו שוות אחרות.
לעומת זאת ב- ß-keratin, הוא מורכב בחלק גדול יותר של חומצות אמינו קוטביות ואפולולריות, שיכולות ליצור קשרי מימן ומאורגנות ביריעות β מקופלות. המשמעות היא שהמבנה שלו פחות עמיד.
פיברוין
זהו החלבון המרכיב את רשת העכביש והחוטים המיוצרים על ידי תולעי משי. חוטים אלה מורכבים ברובם מחומצות האמינו גליצין, סרין ואלנין.
המבנים של חלבונים אלה הם יריעות β-מאורגנות אנטי-פראלליות לכיוון הניקיון. מאפיין זה מקנה לו התנגדות, גמישות ויכולת מתיחה מועטה.
פיברואין אינו מסיס במיוחד במים וחייב את גמישותו הרבה לקשיחות הגדולה שמעניקה לו איחוד חומצות האמינו במבנה הראשוני שלה ובגשרי וונדר וואלס, הנוצרים בין הקבוצות המשניות של חומצות האמינו.
הפניות
- ביילי, ק '(1948). חלבונים סיבים כמרכיבים של מערכות ביולוגיות. עלון רפואי בריטי, 5 (4-5), 338-341.
- Huggins, ML (1943). מבנה חלבונים סיבים. ביקורות כימיות, 32 (2), 195-218.
- קפלן, DL (1998). חלבונים סיבים-משי כמערכת מודל. השפלה פולימרית ויציבות, 59 (1-3), 25-32.
- Parry, DA, & Creamer, LK (1979). חלבונים סיבים, היבטים מדעיים, תעשייתיים ורפואיים. בכנס בינלאומי לחלבונים סיבים 1979: אוניברסיטת מאסי). עיתונות אקדמית.
- Parry, DA, & Squire, JM (2005). חלבונים סיבים: היבטים מבניים ופונקציונליים חדשים שנחשפו. בהתקדמות בכימיה של חלבון (כרך 70, עמ '1-10). עיתונות אקדמית.
- שמיט, FO (1968). חלבונים סיבים - איברונים עצביים. הליכי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית, 60 (4), 1092.
- וואנג, X., Kim, HJ, Wong, C., Vepari, C., Matsumoto, A., & Kaplan, DL (2006). חלבונים סיבים והנדסת רקמות. חומרים היום, 9 (12), 44-53.