Beljakovine so najpomembnejše organske snovi, katerih število prevladuje nad vsemi drugimi makromolekulami, ki so prisotne v živi celici. Predstavljajo več kot polovico mase suhe snovi tako rastlinskih kot živalskih organizmov. Funkcije beljakovin v celici so raznolike, nekatere od njih znanosti še niso poznane. Še vedno pa so glavne smeri njihovega "dela" dobro preučene. Nekateri so potrebni za spodbujanje procesov, ki se pojavljajo v celicah in tkivih. Drugi prenašajo pomembne mineralne spojine po celični membrani in po krvnih žilah iz enega organa v drugega. Nekateri ščitijo telo pred tujimi pogosto patogenimi povzročitelji. Ena stvar je jasna - noben proces v našem telesu ne poteka brez beljakovin.
Osnovne funkcije beljakovin
Funkcije beljakovin v telesu so raznolike. Vsaka skupina ima določeno kemikalijostavbe, opravlja eno specializirano »delo«. V nekaterih primerih je več vrst beljakovin med seboj povezanih. Odgovorni so za različne faze istega procesa. Ali pa vplivajo na več naenkrat. Na primer, regulacijsko funkcijo beljakovin izvajajo encimi in hormoni. Ta pojav si lahko predstavljamo, če se spomnimo hormona adrenalina. Proizvaja ga medulla nadledvične žleze. Ko vstopi v krvne žile, poveča količino kisika v krvi. Poveča se tudi krvni tlak, poveča se vsebnost sladkorja. To spodbuja presnovne procese. Adrenalin je tudi nevrotransmiter pri ribah, dvoživkah in plazilcih.
Encimska funkcija
Številne biokemične reakcije, ki se pojavljajo v celicah živih organizmov, potekajo pri visokih temperaturah in z nevtralno pH vrednostjo. V takih pogojih je hitrost njihovega prehoda prenizka, zato so potrebni specializirani katalizatorji, imenovani encimi. Vsa njihova raznolikost je združena v 6 razredov, ki se razlikujejo po specifičnosti delovanja. Encimi se sintetizirajo na ribosomih v celicah. Z njihovim preučevanjem se ukvarja encimološka znanost.
Nedvomno je regulacijska funkcija beljakovin nemogoča brez encimov. Imajo visoko selektivnost delovanja. Njihovo delovanje lahko uravnavamo z zaviralci in aktivatorji. Poleg tega encimi običajno kažejo specifičnost substrata. Encimska aktivnost je odvisna tudi od razmer v telesu in zlasti v celicah. Na njihov pretok vplivajo tlak, kisli pH, temperatura, ionska jakost raztopine, tjkoncentracija soli v citoplazmi.
funkcija transporta beljakovin
Celica mora nenehno prejemati potrebne mineralne in organske snovi za telo. Potrebni so kot gradbeni materiali in viri energije v celicah. Toda mehanizem njihovega prejema je precej zapleten. Celične stene so sestavljene iz več kot le beljakovin. Biološke membrane so zgrajene na principu dvojne plasti lipidov. Med njimi so vgrajene različne beljakovine. Zelo pomembno je, da se hidrofilna področja nahajajo na površini membrane, hidrofobna pa v njeni debelini. Tako taka struktura naredi lupino neprepustno. Skozi njo ne morejo sami, brez »pomoči«, tako pomembnih sestavin, kot so sladkorji, ioni metola in aminokisline. Prenesejo se skozi citoplazemsko membrano v citoplazmo s specializiranimi proteini, ki so vgrajeni v lipidne plasti.
Prevoz snovi iz enega organa v drugega
Toda transportna funkcija beljakovin se ne izvaja samo med medcelično snovjo in celico. Nekatere snovi, pomembne za fiziološke procese, je treba dostaviti iz enega telesa v drugega. Na primer, transportni protein v krvi je serumski albumin. Obdarjen je z edinstveno sposobnostjo tvorbe spojin z maščobnimi kislinami, ki se pojavijo med prebavo maščob, z zdravili, pa tudi s steroidnimi hormoni. Pomembni nosilni proteini so hemoglobin (dostavlja molekule kisika), transferin (v kombinaciji z železovimi ioni) in ceruplazmin (tvori komplekse zbaker).
Signalna funkcija beljakovin
Receptorski proteini so velikega pomena v poteku fizioloških procesov v večceličnih kompleksnih organizmih. Vgrajeni so v plazemsko membrano. Služijo za zaznavanje in dešifriranje različnih vrst signalov, ki v neprekinjenem toku vstopajo v celice ne le iz sosednjih tkiv, temveč tudi iz zunanjega okolja. Trenutno je morda najbolj raziskan receptorski protein acetilholin. Nahaja se v številnih internevronskih stičiščih na celični membrani.
Toda signalna funkcija beljakovin se ne izvaja samo znotraj celic. Veliko hormonov se veže na specifične receptorje na njihovi površini. Tako nastala spojina je signal, ki aktivira fiziološke procese v celicah. Primer takšnih beljakovin je insulin, ki deluje v sistemu adenilat ciklaze.
Zaščitna funkcija
Funkcije beljakovin v celici so različne. Nekateri od njih so vključeni v imunske odzive. To ščiti telo pred okužbami. Imunski sistem se je sposoben odzvati na ugotovljene tuje povzročitelje s sintezo ogromnega števila limfocitov. Te snovi lahko selektivno poškodujejo te povzročitelje, lahko so telesu tuje, kot so bakterije, supramolekularni delci, ali pa so rakave celice.
Ena od skupin - "beta"-limfociti - proizvaja beljakovine, ki vstopijo v krvni obtok. Imajo zelo zanimivo funkcijo. Te beljakovine morajo prepoznati tuje celice in makromolekule. Nato se povežejo z njimi,tvorijo kompleks, ki ga je treba uničiti. Te beljakovine se imenujejo imunoglobulini. Tuje sestavine so same po sebi antigeni. In imunoglobulini, ki jim ustrezajo, so protitelesa.
Strukturna funkcija
V telesu so poleg visoko specializiranih tudi strukturne beljakovine. Potrebni so za zagotavljanje mehanske trdnosti. Te funkcije beljakovin v celici so pomembne za ohranjanje oblike in mladosti telesa. Najbolj znan je kolagen. Je glavna beljakovina zunajceličnega matriksa vezivnega tkiva. Pri višjih sesalcih je do 1/4 celotne mase beljakovin. Kolagen se sintetizira v fibroblastih, ki so glavne celice vezivnega tkiva.
Takšne funkcije beljakovin v celici so velikega pomena. Poleg kolagena je znan še en strukturni protein – elastin. Je tudi sestavni del zunajceličnega matriksa. Elastin je sposoben dati tkivom možnost, da se raztegnejo v določenih mejah in se zlahka vrnejo v prvotno obliko. Drug primer strukturne beljakovine je fibroin, ki ga najdemo v gosenicah sviloprejke. Je glavna sestavina svilenih niti.
Motorni proteini
Vloge beljakovin v celici ni mogoče preceniti. Sodelujejo tudi pri delu mišic. Krčenje mišic je pomemben fiziološki proces. Posledično se ATP, shranjen v obliki makromolekul, pretvori v kemično energijo. Neposredna udeleženca v procesu sta dve beljakovini - aktin in miozin.
Ti motorični proteiniso nitaste molekule, ki delujejo v kontraktilnem sistemu skeletnih mišic. Najdemo jih tudi v nemišičnih tkivih v evkariontskih celicah. Drug primer motoričnih beljakovin je tubulin. Iz njega so zgrajene mikrotubule, ki so pomemben element bičkov in cilijev. Mikrotubule, ki vsebujejo tubulin, najdemo tudi v celicah živčnega tkiva živali.
Antibiotiki
Zaščitna vloga beljakovin v celici je ogromna. Del tega je dodeljen skupini, ki se običajno imenuje antibiotiki. To so snovi naravnega izvora, ki se sintetizirajo praviloma v bakterijah, mikroskopskih glivah in drugih mikroorganizmih. Namenjeni so zatiranju fizioloških procesov drugih konkurenčnih organizmov. Antibiotike beljakovinskega izvora so odkrili v 40. letih. Revolucionirali so medicino in ji dali močan zagon za razvoj.
Po svoji kemični naravi so antibiotiki zelo raznolika skupina. Razlikujejo se tudi po mehanizmu delovanja. Nekateri preprečujejo sintezo beljakovin v celicah, drugi blokirajo proizvodnjo pomembnih encimov, tretji zavirajo rast, tretji zavirajo razmnoževanje. Na primer, dobro znani streptomicin sodeluje z ribosomi bakterijskih celic. Tako močno upočasnijo sintezo beljakovin. Hkrati ti antibiotiki ne vplivajo na evkariontske ribosome človeškega telesa. To pomeni, da te snovi niso strupene za višje sesalce.
To niso vse funkcije beljakovin v celici. Tabelaantibiotikov vam omogoča, da določite druga visoko specializirana delovanja, ki jih te specifične naravne spojine lahko izvajajo na bakterije in ne samo. Trenutno se preučujejo antibiotiki beljakovinskega izvora, ki pri interakciji z DNK motijo procese, povezane z utelešenjem dednih informacij. Toda doslej se takšne snovi uporabljajo le pri kemoterapiji onkoloških bolezni. Primer takšne antibiotične snovi je daktinomicin, ki ga sintetizirajo aktinomiceti.
toksini
Beljakovine v celici opravljajo zelo specifično in celo izjemno funkcijo. Številni živi organizmi proizvajajo strupene snovi - toksine. Po svoji naravi so to beljakovine in kompleksne organske spojine z nizko molekulsko maso. Primer je strupena kaša glive bledice.
Rezerva in živilske beljakovine
Nekatere beljakovine opravljajo funkcijo prehranjevanja zarodkov živali in rastlin. Takih primerov je veliko. Pomen beljakovin v celici žitnih semen je prav v tem. Nahranili bodo nastajajoči kalček rastline v prvih fazah njenega razvoja. Pri živalih sta prehranska beljakovina jajčni albumin in mlečni kazein.
Neraziskane lastnosti beljakovin
Zgornji primeri so le del, ki je že dovolj raziskan. Toda v naravi je veliko skrivnosti. Beljakovine v celici številnih bioloških vrst so edinstvene in jih trenutno celo razvrščajotežko. Na primer, monelin je beljakovina, odkrita in izolirana iz afriške rastline. Ima sladek okus, vendar ni predebel in nestrupen. V prihodnosti bo morda odličen nadomestek za sladkor. Drug primer je beljakovina, ki jo najdemo v nekaterih arktičnih ribah, ki preprečuje zmrzovanje krvi, saj deluje kot antifriz v dobesednem pomenu primerjave. Pri številnih žuželkah so v sklepih kril našli beljakovino resilin, ki ima edinstveno, skoraj popolno elastičnost. In to niso vsi primeri snovi, ki jih je treba še preučiti in razvrstiti.
