Proteini, čija će se biološka uloga danas razmatrati, su makromolekularni spojevi izgrađeni od aminokiselina. Među svim ostalim organskim spojevima, po svojoj strukturi spadaju među najsloženije. Po elementarnom sastavu bjelančevine se razlikuju od masti i ugljikohidrata: osim kisika, vodika i ugljika sadrže i dušik. Osim toga, sumpor je neizostavan sastojak najvažnijih proteina, a neki sadrže jod, željezo i fosfor.
Biološka uloga proteina je vrlo visoka. Upravo ti spojevi čine većinu mase protoplazme, kao i jezgre živih stanica. Proteini se nalaze u svim životinjskim i biljnim organizmima.
Jedna ili više funkcija
Biološka uloga i funkcije njihovih različitih spojeva su različite. Kao tvar sa specifičnom kemijskom strukturom, svaki protein obavlja visoko specijaliziranu funkciju. Samo u nekim slučajevima može izvesti nekoliko međusobno povezanih odjednom. Na primjer, adrenalin, koji se proizvodi u medulinadbubrežne žlijezde, ulazeći u krvotok, povećava krvni tlak i potrošnju kisika, šećera u krvi. Osim toga, stimulans je metabolizma, a kod hladnokrvnih životinja je i posrednik živčanog sustava. Kao što možete vidjeti, obavlja mnogo funkcija odjednom.
Enzimatska (katalitička) funkcija
Različite biokemijske reakcije koje se događaju u živim organizmima odvijaju se u blagim uvjetima, u kojima je temperatura blizu 40°C, a pH vrijednosti su gotovo neutralne. U tim uvjetima, brzine protoka mnogih od njih su zanemarive. Stoga su za njihovo ostvarenje potrebni enzimi – posebni biološki katalizatori. Gotovo sve reakcije, osim fotolize vode, u živim organizmima kataliziraju enzimi. Ovi elementi su ili proteini ili kompleksi proteina s kofaktorom (organska molekula ili metalni ion). Enzimi djeluju vrlo selektivno, pokrećući potreban proces. Dakle, katalitička funkcija o kojoj smo gore govorili jedna je od onih koje obavljaju proteini. Biološka uloga ovih spojeva, međutim, nije ograničena na njihovu primjenu. Postoji mnogo više značajki koje ćemo pogledati u nastavku.
Funkcija prijevoza
Za postojanje stanice potrebno je da u nju uđu mnoge tvari koje joj daju energiju i građevinski materijal. Sve biološke membrane izgrađene su u zajedničkomnačelo. Ovo je dvostruki sloj lipida, proteini su uronjeni u njega. Istodobno, hidrofilna područja makromolekula koncentrirana su na površini membrana, a hidrofobni "repovi" koncentrirani su u njihovoj debljini. Ova struktura ostaje nepropusna za važne komponente: aminokiseline, šećere, ione alkalnih metala. Prodor ovih elemenata u stanicu događa se uz pomoć transportnih proteina koji su ugrađeni u staničnu membranu. Bakterije, na primjer, imaju poseban protein koji prenosi laktozu (mliječni šećer) preko vanjske membrane.
Višestanični organizmi imaju sustav za prijenos različitih tvari iz jednog organa u drugi. Prije svega govorimo o hemoglobinu (na slici gore). Osim toga, serumski albumin (transportni protein) je stalno prisutan u krvnoj plazmi. Ima sposobnost stvaranja jakih kompleksa s masnim kiselinama koje nastaju tijekom probave masti, kao i s nizom hidrofobnih aminokiselina (npr. s triptofanom) i s mnogim lijekovima (neki penicilini, sulfonamidi, aspirin). Transferin, koji posreduje u transportu iona željeza u tijelu, je još jedan primjer. Možemo spomenuti i ceruplazmin koji nosi ione bakra. Dakle, razmotrili smo transportnu funkciju koju obavljaju proteini. Njihova biološka uloga također je vrlo značajna s ove točke gledišta.
Funkcija receptora
Receptorski proteini su od velike važnosti, posebno za održavanje života višestaničnih organizama. Ugrađeni suu membranu plazma stanice i služe za percepciju i daljnju transformaciju signala koji ulaze u stanicu. U ovom slučaju signali mogu biti i iz drugih stanica i iz okoline. Acetilkolinski receptori su trenutno najviše proučavani. Nalaze se u brojnim interneuronskim kontaktima na staničnoj membrani, uključujući živčano-mišićne spojeve, u moždanoj kori. Ovi proteini stupaju u interakciju s acetilkolinom i prenose signal u stanicu.
Neurotransmiter koji prima signal i pretvara ga mora se ukloniti kako bi se stanica imala priliku pripremiti za percepciju daljnjih signala. Za to se koristi acetilkolinesteraza - poseban enzim koji katalizira hidrolizu acetilkolina u kolin i acetat. Nije li istina da je funkcija receptora koju obavljaju proteini također vrlo važna? Biološka uloga sljedeće, zaštitne funkcije za tijelo je ogromna. Čovjek se jednostavno ne može ne složiti s ovim.
Zaštitna funkcija
U tijelu, imunološki sustav reagira na pojavu stranih čestica u njemu stvaranjem velikog broja limfocita. Oni mogu selektivno oštetiti elemente. Takve strane čestice mogu biti stanice raka, patogene bakterije, supramolekularne čestice (makromolekule, virusi itd.). B-limfociti su skupina limfocita koji proizvode posebne proteine. Ovi proteini se oslobađaju u krvožilni sustav. Oni prepoznaju strane čestice, dok tvore vrlo specifičan kompleks u fazi uništenja. Ti se proteini nazivaju imunoglobulini. Strane tvari nazivaju se antigeni.koji pokreću odgovor imunološkog sustava.
strukturna funkcija
Osim proteina koji obavljaju visoko specijalizirane funkcije, postoje i oni čiji je značaj uglavnom strukturni. Zahvaljujući njima, osigurava se mehanička čvrstoća, kao i druga svojstva tkiva živih organizama. Ti proteini uključuju, prije svega, kolagen. Kolagen (na slici ispod) kod sisavaca čini oko četvrtinu mase proteina. Sintetizira se u glavnim stanicama koje čine vezivno tkivo (zvane fibroblasti).
U početku se kolagen formira kao prokolagen - njegov prethodnik, koji prolazi kemijsku obradu u fibroblastima. Zatim se formira u obliku tri polipeptidna lanca uvijena u spiralu. Oni se već izvan fibroblasta spajaju u kolagene fibrile promjera nekoliko stotina nanometara. Potonji tvore kolagene niti, koje se već mogu vidjeti pod mikroskopom. U elastičnim tkivima (stijene pluća, krvne žile, koža) izvanstanični matriks, osim kolagena, sadrži i protein elastin. Može se protegnuti u prilično širokom rasponu, a zatim se vratiti u prvobitno stanje. Još jedan primjer strukturnog proteina koji se ovdje može navesti je fibroin svile. Izolira se tijekom formiranja kukuljice gusjenice svilene bube. To je glavna komponenta svilenih niti. Prijeđimo na opis motornih proteina.
Motorni proteini
A u provođenju motoričkih procesa biološka uloga proteina je velika. Razgovarajmo ukratko o ovoj funkciji. Kontrakcija mišića je proces tijekom kojeg se kemijska energija pretvara u mehanički rad. Njegovi izravni sudionici su dva proteina - miozin i aktin. Miozin ima vrlo neobičnu strukturu. Sastoji se od dvije kuglaste glave i repa (dugi nitasti dio). Oko 1600 nm je duljina jedne molekule. Glave čine otprilike 200 nm.
Aktin (na slici iznad) je globularni protein s molekularnom težinom od 42 000. Može se polimerizirati kako bi formirao dugu strukturu i u tom obliku stupio u interakciju s glavom miozina. Važna značajka ovog procesa je njegova ovisnost o prisutnosti ATP-a. Ako je njegova koncentracija dovoljno visoka, kompleks koji čine miozin i aktin se uništava, a zatim se ponovno obnavlja nakon što se dogodi hidroliza ATP-a kao posljedica djelovanja miozinske ATPaze. Taj se proces može promatrati, na primjer, u otopini u kojoj su prisutna oba proteina. Postaje viskozan kao rezultat stvaranja kompleksa visoke molekularne težine u odsutnosti ATP-a. Kada se doda, viskoznost se naglo smanjuje zbog uništenja stvorenog kompleksa, nakon čega se postupno počinje oporavljati kao rezultat hidrolize ATP-a. U procesu kontrakcije mišića, ove interakcije igraju vrlo važnu ulogu.
Antibiotici
Nastavljamo otkrivati temu "Biološka uloga proteina u tijelu." Vrlo velika i vrlo važna skupinaprirodni spojevi čine tvari koje se nazivaju antibiotici. Oni su mikrobnog porijekla. Ove tvari luče posebne vrste mikroorganizama. Biološka uloga aminokiselina i proteina je neosporna, ali antibiotici imaju posebnu, vrlo važnu funkciju. Oni inhibiraju rast mikroorganizama koji im se natječu. U 1940-ima, otkriće i korištenje antibiotika revolucionirali su liječenje zaraznih bolesti uzrokovanih bakterijama. Treba napomenuti da u većini slučajeva antibiotici ne djeluju na viruse, pa je njihova upotreba kao antivirusnih lijekova neučinkovita.
Primjeri antibiotika
Penicilinska skupina prva je uvedena u praksu. Primjeri ove skupine su ampicilin i benzilpenicilin. Antibiotici su raznoliki po mehanizmu djelovanja i kemijskoj prirodi. Neki od onih koji se danas široko koriste u interakciji su s ljudskim ribosomima, dok je sinteza proteina inhibirana u bakterijskim ribosomima. U isto vrijeme, oni gotovo ne komuniciraju s eukariotskim ribosomima. Stoga su destruktivni za bakterijske stanice, a blago otrovni za životinje i ljude. Ovi antibiotici uključuju streptomicin i levomicetin (kloramfenikol).
Biološka uloga biosinteze proteina je vrlo važna, a sam taj proces ima nekoliko faza. Razgovarat ćemo o tome samo općenito.
Proces i biološka uloga biosinteze proteina
Ovaj proces je u više koraka i vrlo je složen. Javlja se u ribosomima -posebne organele. Stanica sadrži mnogo ribosoma. E. coli, na primjer, ima ih oko 20 tisuća.
"Opišite proces biosinteze proteina i njegovu biološku ulogu" - takav zadatak su mnogi od nas dobili u školi. I mnogima je to bilo teško. Pa, pokušajmo to zajedno shvatiti.
Proteinske molekule su polipeptidni lanci. Sastoje se, kao što već znate, od pojedinačnih aminokiselina. Međutim, potonji nisu dovoljno aktivni. Da bi se spojile i formirale proteinske molekule, potrebna im je aktivacija. Nastaje kao posljedica djelovanja posebnih enzima. Svaka aminokiselina ima svoj enzim koji je posebno prilagođen njoj. Izvor energije za ovaj proces je ATP (adenozin trifosfat). Kao rezultat aktivacije, aminokiselina postaje labilnija i veže se pod djelovanjem tog enzima na t-RNA koja je prenosi na ribosom (zbog toga se ova RNA naziva transport). Tako aktivirane aminokiseline povezane s tRNA ulaze u ribosom. Ribosom je svojevrsni transporter za sastavljanje proteinskih lanaca od ulaznih aminokiselina.
Uloga sinteze proteina teško je precijeniti, budući da sintetizirani spojevi obavljaju vrlo važne funkcije. Gotovo sve stanične strukture sastoje se od njih.
Dakle, općenito smo opisali proces biosinteze proteina i njegovu biološku ulogu. Ovime završavamo naše upoznavanje s proteinima. Nadamo se da imate želju nastaviti.
