Proteínas estructurales: funciones, ejemplos y características
Las proteínas estructurales son unas importantes proteínas presentes en todas las células eucariotas, es decir, que están tanto en las células animales como en las vegetales. Estas son parte de estructuras biológicas sumamente diversas como la piel, el pelo, la tela de araña, la seda, el tejido conectivo, las paredes celulares de las plantas, etc.
A pesar de que el término “proteína estructural” es utilizado comúnmente para referirse a proteínas como el colágeno, la queratina y la elastina, también existen importantes proteínas estructurales intracelulares que contribuyen al mantenimiento de la estructura interna de las células.
Estas proteínas, pertenecientes al citoesqueleto, controlan también la ubicación subcelular de los orgánulos y suministran la maquinaria de transporte y comunicación entre ellos.
Algunas proteínas estructurales han sido estudiadas en gran detalle y han permitido comprender con mayor profundidad la estructura proteica general. Ejemplo de estas son la fibroína de seda, el colágeno y otras.
A partir del estudio de la fibroína de seda, por ejemplo, se describió la estructura proteica secundaria de las láminas β-plegadas y, a partir de los primeros estudios realizados con el colágeno se dedujo la estructura secundaria de triple hélice.
Por lo tanto, las proteínas estructurales son esenciales tanto en el interior de las células individuales como en los tejidos que estas conforman.
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Las funciones de las proteínas estructurales son bastante diversas, y dependen, sobre todo, del tipo de proteína de que se trate. No obstante, podría decirse que su función principal es la del mantenimiento de la integridad estructural de las células y, en un sentido más amplio, de la estructura corporal.
En cuanto a proteínas estructurales corporales se refiere, la queratina, por ejemplo, tiene funciones en la protección y cobertura, en la defensa, en el movimiento, entre otros.
La epidermis de la piel de los mamíferos y otros animales tiene gran número de filamentos constituidos por queratina. Esta capa tiene funciones en la protección del organismo contra distintos tipos de factores estresantes o dañinos.
Las espinas y las púas, así como los cuernos y los picos, las garras y las uñas, que son tejidos queratinizados, ejercen funciones tanto en la protección como en la defensa del cuerpo.
Industrialmente, la lana y el pelo de muchos animales son explotados para la manufactura de prendas de vestir y otros tipos de indumentaria, por lo que tienen una importancia adicional, antropocéntricamente hablando.
Desde el punto de vista celular, las proteínas estructurales tienen funciones trascendentales, puesto que conforman el armazón interno que le confiere la forma característica a cada célula: el citoesqueleto.
Como parte del citoesqueleto, las proteínas estructurales como la actina, la tubulina, la miosina y otras participan también en funciones de transporte y de comunicación interna, así como en los eventos de movilidad celular (en las células capaces de desplazarse).
La existencia de cilios y flagelos, por ejemplo, dependen en gran medida de proteínas estructurales que conforman los filamentos gruesos y delgados, compuestos por actina y tubulina.
Puesto que existe una gran diversidad de proteínas estructurales, a continuación solo se darán ejemplos de las más importantes y abundantes entre los organismos eucariotas.
Las bacterias y otros procariotas, junto con los virus, también poseen importantes proteínas estructurales en sus cuerpos celulares, no obstante, la mayor atención se enfoca a las células eucariotas.
La actina es una proteína que forma filamentos (los filamentos de actina) conocidos como microfilamentos. Estos microfilamentos son muy importantes en el citoesqueleto de todas las células eucariotas.
Los filamentos de actina son polímeros helicoidales de dos cadenas. Estas estructuras flexibles tienen de 5 a 9 nm de diámetro y se organizan como haces lineales, redes bidimensionales o geles tridimensionales.
La actina está distribuida en toda la cédula, no obstante, se concentra particularmente en una capa o corteza adosada a la cara interna de la membrana plasmática ya que es parte fundamental del citoesqueleto.
El colágeno es una proteína presente en los animales y es particularmente abundante en los mamíferos, quienes tienen al menos 20 genes diferentes que codifican las diversas formas de esta proteína que se pueden encontrar en sus tejidos.
Se encuentra primordialmente en los huesos, los tendones y la piel, donde constituye más del 20% de la masa proteica total de los mamíferos (mayor que el porcentaje de cualquier otra proteína).
En los tejidos conectivos donde se encuentra, el colágeno constituye parte importante de la porción fibrosa de la matriz extracelular (que se compone, además, de sustancia fundamental), donde forma fibras elásticas que soportan grandes fuerzas de tensión.
Estructura de las fibras de colágeno
Las fibras de colágeno están compuestas por subunidades uniformes de moléculas de tropocolágeno, que tienen 280 nm de largo y 1.5nm de diámetro. Cada molécula de tropocolágeno está conformada por tres cadenas polipeptídicas conocidas como cadenas alfa, que se asocian entre sí como una hélice triple.
Cada una de las cadenas alfa tiene alrededor de 1000 residuos de aminoácidos, donde la glicina, la prolina, la hidroxiprolina y la hidroxilisina son muy abundantes (lo que también es cierto para otras proteínas estructurales como la queratina).
Dependiendo del tipo de fibra de colágeno que se considere, estas se encuentran en lugares diferentes y tienen propiedades y funciones diferentes. Unas son específicas de hueso y dentina, mientras que otras forman parte del cartílago y así sucesivamente.
La queratina es la proteína estructural más importante de los queratinocitos, uno de los tipos de células más abundantes de la epidermis. Es una proteína fibrosa insoluble que también se encuentra en las células y los integumentos de muchos animales.
Después del colágeno, la queratina es la segunda proteína más abundante del cuerpo de los mamíferos. Además de ser parte sustancial de la capa más externa de la piel, esta es la principal proteína estructural del pelo y la lana, de las uñas, garras y pezuñas, de las plumas y los cuernos.
En la naturaleza hay distintos tipos de queratinas (de forma análoga a los distintos tipos de colágeno), que tienen funciones diferentes. Las queratinas alfa y las beta son las más conocidas. Las primeras forman uñas, cuernos, púas y epidermis de mamíferos, mientras que las segundas son abundantes en picos, escamas y plumas de reptiles y aves.
La elastina, otra proteína de origen animal, es un componente clave de la matriz extracelular y tiene importantes funciones en la elasticidad y resiliencia de muchos tejidos en los animales vertebrados.
Entre estos tejidos se incluyen las arterias, los pulmones, los ligamentos y los tendones, la piel y el cartílago elástico.
La elastina comprende más del 80% de las fibras elásticas presentes en la matriz extracelular y está rodeada por microfibrillas compuestas por diversas macromoléculas. La estructura de las matrices compuestas por estas fibras varía entre los diferentes tejidos.
En las arterias, estas fibras elásticas se organizan en anillos concéntricos alrededor del lumen arterial; en los pulmones, las fibras de elastina forman un entramado delgado por todo el órgano, concentrándose en áreas como las aberturas de los alvéolos.
En los tendones, las fibras de elastina están paralelamente orientadas respecto a la organización del tejido y, en los cartílagos elásticos, estas se organizan en una configuración tridimensional semejante a un panal de abejas.
Las paredes celulares de las plantas están compuestas principalmente por celulosa, sin embargo, algunas de las proteínas que se asocian con esta estructura también tienen relevancia funcional y estructural.
Las extensinas son una de las proteínas de pared mejor conocidas y se caracterizan por la secuencia pentapétida repetida Ser-(Hyp)4. Son ricas en residuos básicos como la lisina, lo que contribuye a su interacción con los demás componentes en la pared celular.
Su función tiene que ver con el endurecimiento o fortalecimiento de las paredes. Así como otras proteínas estructurales en los animales, en las plantas hay diferentes tipos de extensinas, que son expresados por diferentes tipos de células (no todas las células producen extensinas).
En la soya, por ejemplo, las extensinas son producidas por las células del esclerénquima, mientras que en plantas de tabaco se ha demostrado que las raíces laterales poseen dos capas de células que expresan estas proteínas.
Los orgánulos celulares también poseen sus propias proteínas estructurales, que son las responsables del mantenimiento de su forma, de su motilidad y de muchos otros procesos fisiológicos y metabólicos inherentes a los mismos.
La región interna de la membrana nuclear está asociada con una estructura conocida como la lámina nuclear, y ambas poseen una composición proteica muy especial. Entre las proteínas que conforman la lámina nuclear se encuentran las proteínas denominadas láminas.
Las láminas pertenecen al grupo de los filamentos intermedios de tipo V y las hay de varios tipos, los más conocidos son el A y el B. Estas proteínas pueden interactuar entre sí o con otros elementos internos del núcleo como las proteínas de la matriz, la cromatina y la membrana nuclear interna.
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