Proteini, čija će biološka uloga danas biti razmatrana, su makromolekularna jedinjenja izgrađena od aminokiselina. Među svim ostalim organskim jedinjenjima, po svojoj strukturi spadaju među najsloženije. Po elementarnom sastavu bjelančevine se razlikuju od masti i ugljikohidrata: osim kisika, vodonika i ugljika, sadrže i dušik. Osim toga, sumpor je neizostavan sastojak najvažnijih proteina, a neki sadrže jod, željezo i fosfor.
Biološka uloga proteina je veoma visoka. Upravo ta jedinjenja čine većinu mase protoplazme, kao i jezgra živih ćelija. Proteini se nalaze u svim životinjskim i biljnim organizmima.
Jedna ili više funkcija
Biološka uloga i funkcije njihovih različitih jedinjenja su različite. Kao supstanca sa specifičnom hemijskom strukturom, svaki protein obavlja visoko specijalizovanu funkciju. Samo u nekim slučajevima može izvršiti 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 nervnog sistema. Kao što vidite, obavlja mnogo funkcija odjednom.
Enzimatska (katalitička) funkcija
Različite biohemijske reakcije koje se dešavaju u živim organizmima odvijaju se u blagim uslovima, u kojima je temperatura blizu 40°C, a pH vrednosti su skoro neutralne. U ovim uslovima, brzine protoka mnogih od njih su zanemarljive. Dakle, da bi se oni realizovali, potrebni su enzimi - posebni biološki katalizatori. Gotovo sve reakcije, osim fotolize vode, u živim organizmima kataliziraju enzimi. Ovi elementi su ili proteini ili kompleksi proteina sa kofaktorom (organski molekul ili metalni jon). Enzimi djeluju vrlo selektivno, pokrećući potreban proces. Dakle, katalitička funkcija o kojoj smo gore govorili je jedna od onih koje obavljaju proteini. Biološka uloga ovih jedinjenja, međutim, nije ograničena na njihovu implementaciju. Postoji mnogo više funkcija koje ćemo pogledati u nastavku.
Transportna funkcija
Za postojanje ćelije potrebno je da u nju uđu mnoge supstance koje joj obezbeđuju energiju i građevinski materijal. Sve biološke membrane su izgrađene u zajedničkomprincip. Ovo je dvostruki sloj lipida, proteini su uronjeni u njega. Istovremeno, hidrofilni dijelovi makromolekula koncentrirani su na površini membrane, a hidrofobni "repovi" koncentrirani su u njihovoj debljini. Ova struktura ostaje nepropusna za važne komponente: aminokiseline, šećere, ione alkalnih metala. Do prodiranja ovih elemenata u ćeliju dolazi uz pomoć transportnih proteina koji su ugrađeni u ćelijsku membranu. Bakterije, na primjer, imaju poseban protein koji prenosi laktozu (mliječni šećer) preko vanjske membrane.
Višećelijski organizmi imaju sistem za transport različitih supstanci od jednog organa do drugog. Prije svega govorimo o hemoglobinu (na slici iznad). Osim toga, serumski albumin (transportni protein) je stalno prisutan u krvnoj plazmi. Ima sposobnost formiranja jakih kompleksa sa masnim kiselinama koje nastaju tokom varenja masti, kao i sa nizom hidrofobnih aminokiselina (npr. sa triptofanom) i sa mnogim lekovima (neki penicilini, sulfonamidi, aspirin). Transferin, koji posreduje u transportu jona 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 je također vrlo značajna sa ove tačke gledišta.
funkcija receptora
Receptorski proteini su od velike važnosti, posebno za održavanje života višećelijskih organizama. Ugrađeni suu membranu plazma ćelije i služe za percepciju i daljnju transformaciju signala koji ulaze u ćeliju. U ovom slučaju signali mogu biti i iz drugih ćelija i iz okoline. Acetilkolinski receptori su trenutno najviše proučavani. Nalaze se u brojnim interneuronskim kontaktima na ćelijskoj membrani, uključujući neuromišićne spojeve, u moždanoj kori. Ovi proteini stupaju u interakciju sa acetilkolinom i prenose signal u ćeliju.
Neurotransmiter koji prima signal i pretvara ga mora se ukloniti kako bi ćelija imala priliku da se pripremi za percepciju daljih signala. Za to se koristi acetilkolinesteraza - poseban enzim koji katalizira hidrolizu acetilholina u holin 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.
Funkcija zaštite
U tijelu, imunološki sistem reaguje na pojavu stranih čestica u njemu tako što proizvodi veliki broj limfocita. Oni mogu selektivno oštetiti elemente. Takve strane čestice mogu biti ćelije raka, patogene bakterije, supramolekularne čestice (makromolekule, virusi, itd.). B-limfociti su grupa limfocita koji proizvode posebne proteine. Ovi proteini se oslobađaju u cirkulatorni sistem. Oni prepoznaju strane čestice, dok formiraju vrlo specifičan kompleks u fazi uništenja. Ovi proteini se nazivaju imunoglobulini. Strane supstance se nazivaju antigeni.koji izazivaju odgovor imunološkog sistema.
Strukturalna funkcija
Pored proteina koji obavljaju visoko specijalizovane funkcije, postoje i oni čiji je značaj uglavnom strukturni. Zahvaljujući njima, osigurava se mehanička čvrstoća, kao i druga svojstva tkiva živih organizama. Ovi proteini uključuju, prije svega, kolagen. Kolagen (na slici ispod) kod sisara čini oko četvrtinu mase proteina. Sintetizuje se u glavnim ćelijama koje čine vezivno tkivo (zvane fibroblasti).
U početku se kolagen formira kao prokolagen - njegov prethodnik, koji prolazi hemijsku obradu u fibroblastima. Zatim se formira u obliku tri polipeptidna lanca uvijena u spiralu. Oni se već izvan fibroblasta kombinuju u kolagene fibrile u prečniku nekoliko stotina nanometara. Potonji formiraju kolagene filamente, koji se već mogu vidjeti pod mikroskopom. U elastičnim tkivima (zidovi pluća, krvni sudovi, koža) ekstracelularni matriks, pored 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. Izoluje se tokom formiranja kukuljice gusjenice svilene bube. To je glavna komponenta svilenih niti. Idemo dalje na opis motornih proteina.
Motorni proteini
A u realizaciji motoričkih procesa biološka uloga proteina je velika. Hajde da ukratko pričamo o ovoj funkciji. Kontrakcija mišića je proces tokom kojeg se hemijska energija pretvara u mehanički rad. Njegovi direktni učesnici su dva proteina - miozin i aktin. Miozin ima vrlo neobičnu strukturu. Sastoji se od dvije globularne glave i repa (dugi nitasti dio). Oko 1600 nm je dužina jednog molekula. Glave predstavljaju približno 200 nm.
Aktin (na slici iznad) je globularni protein s molekularnom težinom od 42 000. Može polimerizirati da formira dugačku strukturu i u tom obliku stupa u interakciju s glavom miozina. Važna karakteristika ovog procesa je njegova zavisnost od prisustva ATP-a. Ako je njegova koncentracija dovoljno visoka, kompleks koji formiraju miozin i aktin se uništava, a zatim se ponovo obnavlja nakon što dođe do hidrolize ATP-a kao rezultat djelovanja miozin ATPaze. Ovaj proces se može uočiti, na primjer, u otopini u kojoj su prisutna oba proteina. Postaje viskozan kao rezultat formiranja kompleksa visoke molekularne težine u odsustvu ATP-a. Kada se doda, viskoznost se naglo smanjuje zbog uništavanja stvorenog kompleksa, nakon čega se postepeno počinje oporavljati kao rezultat hidrolize ATP-a. U procesu kontrakcije mišića, ove interakcije igraju veoma važnu ulogu.
Antibiotici
Nastavljamo s otkrivanjem teme "Biološka uloga proteina u tijelu." Veoma velika i veoma važna grupaprirodna jedinjenja čine supstance koje se nazivaju antibiotici. Oni su mikrobnog porijekla. Ove tvari luče posebne vrste mikroorganizama. Biološka uloga aminokiselina i proteina je neosporna, ali antibiotici obavljaju posebnu, vrlo važnu funkciju. Oni inhibiraju rast mikroorganizama koji se takmiče s njima. 1940-ih, otkriće i upotreba 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 neefikasna.
Primjeri antibiotika
Penicilinska grupa je prva uvedena u praksu. Primjeri ove grupe su ampicilin i benzilpenicilin. Antibiotici su različiti po mehanizmu djelovanja i hemijskoj prirodi. Neki od onih koji se danas široko koriste stupaju u interakciju sa ljudskim ribosomima, dok je sinteza proteina inhibirana u bakterijskim ribosomima. Istovremeno, oni jedva stupaju u interakciju s eukariotskim ribozomima. Stoga su destruktivni za bakterijske stanice, a blago toksični za životinje i ljude. Ovi antibiotici uključuju streptomicin i levomicetin (hloramfenikol).
Biološka uloga biosinteze proteina je veoma važna, a sam ovaj proces ima nekoliko faza. O tome ćemo pričati samo općenito.
Proces i biološka uloga biosinteze proteina
Ovaj proces je višestepeni i veoma složen. Javlja se u ribosomima -posebne organele. Ćelija sadrži mnogo ribozoma. E. coli, na primjer, ima ih oko 20 hiljada.
"Opišite proces biosinteze proteina i njegovu biološku ulogu" - takav zadatak su mnogi od nas dobili u školi. I mnogima je to bilo teško. Pa, hajde da pokušamo to zajedno shvatiti.
Proteinski molekuli su polipeptidni lanci. Sastoje se, kao što već znate, od pojedinačnih aminokiselina. Međutim, ovi drugi nisu dovoljno aktivni. Da bi se spojili i formirali proteinski molekul, potrebna im je aktivacija. Nastaje kao rezultat 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 ovog enzima za t-RNA, koja je prenosi na ribozom (zbog toga se ova RNK naziva transport). Tako aktivirane aminokiseline povezane sa tRNA ulaze u ribozom. Ribosom je vrsta transportera za sklapanje proteinskih lanaca od ulaznih aminokiselina.
Uloga sinteze proteina je teško precijeniti, budući da sintetizirana jedinjenja obavljaju vrlo važne funkcije. Gotovo sve ćelijske strukture se sastoje od njih.
Dakle, opisali smo generalno proces biosinteze proteina i njegovu biološku ulogu. Ovim je završeno naše upoznavanje sa proteinima. Nadamo se da imate želju da to nastavite.
