Proteini (polipeptidi, proteini) su makromolekularne tvari, koje uključuju alfa-amino kiseline povezane peptidnom vezom. Sastav proteina u živim organizmima određen je genetskim kodom. U pravilu se za sintezu koristi skup od 20 standardnih aminokiselina.
Klasifikacija proteina
Razdvajanje proteina se provodi prema različitim kriterijima:
- Oblik molekule.
- Sastav.
- Funkcije.
Prema posljednjem kriteriju, proteini se klasificiraju:
- Na strukturnom.
- Hranljiva i rezervna.
- prijevoz.
- Izvođači.
Strukturni proteini
To uključuje elastin, kolagen, keratin, fibroin. Strukturni polipeptidi sudjeluju u stvaranju staničnih membrana. Mogu stvarati kanale ili obavljati druge funkcije u njima.
Hranljivi proteini za pohranu
Hranljivi polipeptid je kazein. Zbog toga se organizam u rastu opskrbljuje kalcijem, fosforom iaminokiseline.
Rezervni proteini su sjemenke kultiviranih biljaka, bjelanjak. Oni se konzumiraju u fazi razvoja embrija. U ljudskom tijelu, kao i kod životinja, proteini se ne pohranjuju u rezervi. Moraju se redovito unositi hranom, inače je vjerojatan razvoj distrofije.
Transport polipeptida
Hemoglobin je klasičan primjer takvih proteina. Drugi polipeptidi uključeni u kretanje hormona, lipida i drugih tvari također se nalaze u krvi.
Stanične membrane sadrže proteine koji imaju sposobnost transporta iona, aminokiselina, glukoze i drugih spojeva kroz staničnu membranu.
kontraktilni proteini
Funkcije ovih polipeptida povezane su s radom mišićnih vlakana. Osim toga, osiguravaju kretanje cilija i flagela u protozoama. Kontraktilni proteini obavljaju funkciju transporta organela unutar stanice. Zbog njihove prisutnosti osigurana je promjena staničnih oblika.
Primjeri kontraktilnih proteina su miozin i aktin. Vrijedno je reći da se ovi polipeptidi nalaze ne samo u stanicama mišićnih vlakana. Kontraktilni proteini obavljaju svoje zadatke u gotovo svim životinjskim tkivima.
Značajke
Pojedinačni polipeptid, tropomiozin, nalazi se u stanicama. Kontraktilni mišićni protein miozin je njegov polimer. Tvori kompleks s aktinom.
Proteini kontraktilnih mišića ne otapaju se u vodi.
Brzina sinteze polipeptida
Nju reguliraju štitnjača isteroidni hormoni. Prodirući u stanicu, vežu se na specifične receptore. Formirani kompleks prodire u staničnu jezgru i veže se na kromatin. Ovo povećava stopu sinteze polipeptida na razini gena.
Aktivni geni osiguravaju povećanu sintezu određene RNA. Napušta jezgru, odlazi u ribosome i aktivira sintezu novih strukturnih ili kontraktilnih proteina, enzima ili hormona. Ovo je anabolički učinak gena.
U međuvremenu, sinteza proteina u stanicama je prilično spor proces. Zahtijeva visoke troškove energije i plastični materijal. Sukladno tome, hormoni nisu u stanju brzo kontrolirati metabolizam. Njihova ključna zadaća je reguliranje rasta, diferencijacije i razvoja stanica u tijelu.
kontrakcija mišića
To je vrhunski primjer kontraktilne funkcije proteina. Tijekom istraživanja ustanovljeno je da je osnova mišićne kontrakcije promjena fizičkih svojstava polipeptida.
Kontraktilnu funkciju obavlja protein aktomiozin, koji je u interakciji s adenozin trifosfornom kiselinom. Ova veza je popraćena kontrakcijom miofibrila. Takva se interakcija može promatrati izvan tijela.
Na primjer, ako su natopljena vodom (macerirana) mišićna vlakna, lišena ekscitabilnosti, izložena otopini adenozin trifosfata, počet će njihova oštra kontrakcija, slično kontrakciji živih mišića. Ovo iskustvo je od velike praktične važnosti. On dokazuje činjenicu dakontrakcija mišića zahtijeva kemijsku reakciju kontraktilnih proteina s tvari bogatom energijom.
Djelovanje vitamina E
S jedne strane, to je glavni unutarstanični antioksidans. Vitamin E štiti masti i druge lako oksidirajuće spojeve od oksidacije. Istodobno djeluje kao prijenosnik elektrona i sudjeluje u redoks reakcijama koje su povezane sa skladištenjem oslobođene energije.
Manjak vitamina E uzrokuje atrofiju mišićnog tkiva: sadržaj kontraktilnog proteina miozina je naglo smanjen, a zamjenjuje ga kolagen, inertni polipeptid.
Specifičnost miozina
Smatra se jednim od ključnih kontraktilnih proteina. On čini oko 55% ukupnog sadržaja polipeptida u mišićnom tkivu.
Filamenti (debeli filamenti) miofibrila izrađeni su od miozina. Molekula sadrži dugi fibrilarni dio, koji ima strukturu dvostruke spirale, i glave (globularne strukture). Miozin sadrži 6 podjedinica: 2 teška i 4 laka lanca smještena u globularnom dijelu.
Glavni zadatak fibrilarne regije je sposobnost formiranja snopova miozinskih filamenata ili debelih protofibrila.
Na glavama su aktivno mjesto ATPaze i centar za vezanje aktina. To osigurava hidrolizu ATP-a i vezanje za aktinske filamente.
Varieties
Podvrste aktina i miozina su:
- Dynein flagella i cilijaprotozoa.
- Spektrin u membranama eritrocita.
- Neurostenin perisinaptičkih membrana.
Bakterijski polipeptidi odgovorni za kretanje različitih tvari u gradijentu koncentracije također se mogu pripisati varijetetima aktina i miozina. Ovaj proces se također naziva kemotaksija.
Uloga adenozin trifosforne kiseline
Ako stavite aktomiozinske filamente u kiselu otopinu, dodate ione kalija i magnezija, možete vidjeti da su skraćeni. U ovom slučaju se opaža razgradnja ATP-a. Ovaj fenomen ukazuje na to da razgradnja adenozin trifosforne kiseline ima određenu vezu s promjenom fizikalno-kemijskih svojstava kontraktilnog proteina i, posljedično, s radom mišića. Ovaj fenomen prvi su identificirali Szent-Gyorgyi i Engelhardt.
Sinteza i razgradnja ATP-a bitni su u procesu pretvaranja kemijske energije u mehaničku. Tijekom razgradnje glikogena, praćenog proizvodnjom mliječne kiseline, kao u defosforilaciji adenozin trifosforne i kreatin fosforne kiseline, sudjelovanje kisika nije potrebno. To objašnjava sposobnost izoliranog mišića da funkcionira u anaerobnim uvjetima.
Mliječna kiselina i proizvodi koji nastaju tijekom razgradnje adenozin trifosforne i kreatin fosforne kiseline nakupljaju se u mišićnim vlaknima koja su umorna pri radu u anaerobnom okruženju. Kao rezultat toga, iscrpljuju se rezerve tvari, tijekom čijeg cijepanja se oslobađa potrebna energija. Ako se umorni mišić stavi u okruženje koje sadrži kisik, to će i učinitikonzumiraj ga. Dio mliječne kiseline počet će oksidirati. Kao rezultat, nastaju voda i ugljični dioksid. Oslobođena energija će se koristiti za resintezu kreatin fosforne, adenozin trifosforne kiseline i glikogena iz produkata raspadanja. Zbog toga će mišić ponovno dobiti sposobnost rada.
Skeletni mišić
Pojedinačna svojstva polipeptida mogu se objasniti samo na primjeru njihovih funkcija, odnosno doprinosa složenim aktivnostima. Među rijetkim strukturama za koje je uspostavljena korelacija između proteina i funkcije organa, skeletni mišići zaslužuju posebnu pozornost.
Njezinu stanicu aktiviraju živčani impulsi (membranski usmjereni signali). Molekularno, kontrakcija se temelji na kruženju križnih mostova kroz periodične interakcije između aktina, miozina i Mg-ATP. Proteini koji vežu kalcij i ioni Ca djeluju kao posrednici između efektora i živčanih signala.
Posredovanje ograničava brzinu odgovora na impulse "uključeno/isključeno" i sprječava spontane kontrakcije. Istodobno, neke oscilacije (fluktuacije) mišićnih vlakana zamašnjaka krilatih kukaca ne kontroliraju ioni ili slični niskomolekularni spojevi, već izravno kontraktilni proteini. Zbog toga su moguće vrlo brze kontrakcije, koje se nakon aktivacije odvijaju same od sebe.
Svojstva tekućih kristala polipeptida
Prilikom skraćivanja mišićnih vlakanamijenja se period rešetke koju čine protofibrili. Kada rešetka tankih filamenata uđe u strukturu debelih elemenata, tetragonalna simetrija zamjenjuje se heksagonalnom. Ovaj se fenomen može smatrati polimorfnim prijelazom u sustavu tekućih kristala.
Obilježja mehanokemijskih procesa
Svode se na transformaciju kemijske energije u mehaničku energiju. Aktivnost ATP-aze mitohondrijske stanične membrane slična je djelovanju jozinskog sustava skeletnih mišića. Zajedničke značajke također su zabilježene u njihovim mehanokemijskim svojstvima: smanjuju se pod utjecajem ATP-a.
Slijedom toga, kontraktilni protein mora biti prisutan u mitohondrijskim membranama. I stvarno je tu. Utvrđeno je da su kontraktilni polipeptidi uključeni u mitohondrijsku mehanokemiju. Međutim, također se pokazalo da fosfatidilinozitol (membranski lipid) također igra značajnu ulogu u procesima.
Extra
Proteinska molekula miozina ne samo da pridonosi kontrakciji različitih mišića, već može sudjelovati i u drugim unutarstaničnim procesima. Ovdje se posebno radi o kretanju organela, vezivanju aktinskih filamenata na membrane, formiranju i funkcioniranju citoskeleta itd. Gotovo uvijek molekula na ovaj ili onaj način stupa u interakciju s aktinom, koji je drugi ključni kontraktil protein.
Dokazano je da molekule aktomiozina mogu promijeniti duljinu pod utjecajem kemijske energije koja se oslobađa kada se ostatak fosforne kiseline odcijepi od ATP-a. Drugim riječima, ovaj procesuzrokuje kontrakciju mišića.
ATP sustav tako djeluje kao svojevrsni akumulator kemijske energije. Po potrebi se preko aktomiozina izravno pretvara u mehanički. Istodobno, ne postoji međufaza karakteristična za procese interakcije drugih elemenata - prijelaz na toplinsku energiju.
