Veliki broj organskih tvari koje čine živu stanicu karakteriziraju velike molekularne veličine i predstavljaju biopolimeri. To uključuje proteine, koji čine od 50 do 80% suhe mase cijele stanice. Proteinski monomeri su aminokiseline koje su međusobno povezane peptidnim vezama. Makromolekule proteina imaju nekoliko razina organizacije i obavljaju niz važnih funkcija u stanici: građevne, zaštitne, katalitičke, motoričke itd. U našem članku ćemo razmotriti strukturne značajke peptida, a također ćemo dati primjere globularnih i fibrilarnih proteina koji čine ljudsko tijelo.
Oblici organizacije polipeptidnih makromolekula
Ostatci aminokiselina međusobno su uzastopno povezani jakim kovalentnim vezama tzv.peptid. Oni su prilično jaki i drže primarnu strukturu proteina u stabilnom stanju, koja ima oblik lanca. Sekundarni oblik nastaje kada se polipeptidni lanac uvije u alfa spiralu. Stabilizira se dodatno nastalim vodikovim vezama. Tercijarna, ili nativna, konfiguracija je od temeljne važnosti, budući da većina globularnih proteina u živoj stanici ima upravo takvu strukturu. Spirala je pakirana u obliku kugle ili globule. Njegova stabilnost je posljedica ne samo pojave novih vodikovih veza, već i stvaranja disulfidnih mostova. Nastaju zbog interakcije atoma sumpora koji čine aminokiselinu cistein. Važnu ulogu u formiranju tercijarne strukture imaju hidrofilne i hidrofobne interakcije između skupina atoma unutar peptidne strukture. Ako se globularni protein kombinira s istim molekulama kroz ne-proteinsku komponentu, na primjer, metalni ion, tada nastaje kvartarna konfiguracija - najviši oblik organizacije polipeptida.
Fibrilarni proteini
Kontraktilnu, motoričku i građevnu funkciju u stanici obavljaju proteini čije makromolekule izgledaju kao tanke niti – fibrile. Polipeptidi koji čine vlakna kože, kose i noktiju klasificiraju se kao fibrilarne vrste. Najpoznatiji od njih su kolagen, keratin i elastin. Ne otapaju se u vodi, ali mogu nabubriti u njoj, tvoreći ljepljivu i viskoznu masu. Peptidi linearne strukture također su dio filamenata fisijskog vretena, koji tvore mitotički aparat stanice. Oni suvežu se na kromosome, skupljaju i rastežu do polova stanice. Taj se proces promatra u anafazi mitoze - diobi somatskih stanica tijela, kao iu redukcijskim i equational fazama diobe zametnih stanica - mejoze. Za razliku od globularnog proteina, fibrile se mogu brzo rastezati i skupljati. Cilije cilijata-cipela, flagele zelene euglene ili jednostanične alge - klamidomonas izgrađene su od vlakana i obavljaju funkcije kretanja u najjednostavnijim organizmima. Kontrakcija mišićnih proteina - aktina i miozina, koji su dio mišićnog tkiva, određuju različite pokrete skeletnih mišića i održavaju mišićni kostur ljudskog tijela.
Struktura globularnih proteina
Peptidi - nositelji molekula raznih tvari, zaštitni proteini - imunoglobulini, hormoni - ovo je nepotpuni popis proteina, čija tercijarna struktura ima oblik kuglice - globula. U krvi postoje određeni proteini koji na svojoj površini imaju određena područja – aktivne centre. Uz njihovu pomoć prepoznaju i za sebe vežu molekule biološki aktivnih tvari koje proizvode žlijezde mješovite i unutarnje sekrecije. Uz pomoć globularnih proteina, hormoni štitnjače i spolnih žlijezda, nadbubrežne žlijezde, timus, hipofiza se isporučuju u određene stanice ljudskog tijela, opremljene posebnim receptorima za njihovo prepoznavanje.
Membranski polipeptidi
Fluidno-mozaični model strukture staničnih membrana najbolje je prilagođen njihovim važnim funkcijama: barijera,receptor i transport. Proteini uključeni u njega provode transport iona i čestica određenih tvari, kao što su glukoza, aminokiseline itd. Svojstva globularnih proteina nosača mogu se proučavati na primjeru natrij-kalijeve pumpe. Obavlja prijelaz iona iz stanice u međustanični prostor i obrnuto. Natrijevi ioni neprestano se kreću u sredinu stanične citoplazme, a kalijevi kationi neprestano izlaze iz stanice. Kršenje željene koncentracije tih iona dovodi do smrti stanice. Kako bi se spriječila ova prijetnja, poseban protein se ugrađuje u staničnu membranu. Struktura globularnih proteina je takva da nose katione Na+ i K+protiv gradijenta koncentracije koristeći energiju adenozin trifosforne kiseline.
Struktura i funkcija inzulina
Topljivi proteini sferne strukture, koji su u tercijarnom obliku, djeluju kao regulatori metabolizma u ljudskom tijelu. Inzulin proizvode beta stanice Langerhansovih otočića i kontrolira razinu glukoze u krvi. Sastoji se od dva polipeptidna lanca (α- i β-oblika) povezanih s nekoliko disulfidnih mostova. To su kovalentne veze koje nastaju između molekula aminokiseline koja sadrži sumpor - cisteina. Hormon gušterače uglavnom se sastoji od uređenog niza aminokiselinskih jedinica organiziranih u obliku alfa spirale. Mali dio ima oblik β-strukture i aminokiselinskih ostataka bez striktne orijentacije u prostoru.
hemoglobin
Klasičan primjer globularnih peptidaProtein u krvi koji uzrokuje crvenu boju krvi je hemoglobin. Protein sadrži četiri polipeptidne regije u obliku alfa i beta spirala, koje su povezane neproteinskom komponentom – hemom. Predstavljen je ionom željeza koji veže polipeptidne lance u jednu potvrdu vezanu za kvartarni oblik. Čestice kisika se vežu na proteinsku molekulu (u ovom obliku naziva se oksihemoglobin) i zatim se transportiraju do stanica. Time se osigurava normalan tijek disimilacijskih procesa, jer za dobivanje energije stanica oksidira organske tvari koje su u nju ušle.
Uloga proteina u krvi u transportu plinova
Pored kisika, hemoglobin također može vezati ugljični dioksid. Ugljični dioksid nastaje kao nusproizvod kataboličkih staničnih reakcija i mora se ukloniti iz stanica. Ako udahnuti zrak sadrži ugljični monoksid – ugljični monoksid, sposoban je stvoriti čvrstu vezu s hemoglobinom. U tom slučaju otrovna tvar bez boje i mirisa u procesu disanja brzo prodire u stanice tijela, uzrokujući trovanje. Na visoke koncentracije ugljičnog monoksida posebno su osjetljive strukture mozga. Dolazi do paralize respiratornog centra smještenog u produženoj moždini, što dovodi do smrti od gušenja.
U našem članku ispitali smo strukturu, strukturu i svojstva peptida, a dali smo i primjere globularnih proteina koji obavljaju niz važnih funkcija u ljudskom tijelu.
