Proteini (polipeptidi, proteini) so makromolekularne snovi, ki vključujejo alfa-aminokisline, povezane s peptidno vezjo. Sestavo beljakovin v živih organizmih določa genetska koda. Praviloma se pri sintezi uporablja nabor 20 standardnih aminokislin.
Razvrstitev beljakovin
Ločevanje beljakovin poteka po različnih kriterijih:
- Oblika molekule.
- Sestava.
- Funkcije.
Po zadnjem kriteriju so beljakovine razvrščene:
- Na strukturnem.
- Hranljiva in rezervna.
- Prevoz.
- izvajalci.
Strukturne beljakovine
Ti vključujejo elastin, kolagen, keratin, fibroin. Strukturni polipeptidi sodelujejo pri tvorbi celičnih membran. Lahko ustvarjajo kanale ali izvajajo druge funkcije v njih.
hranljive beljakovine za shranjevanje
Hranilni polipeptid je kazein. Zaradi tega je rastoči organizem oskrbljen s kalcijem, fosforjem inaminokisline.
Rezervni proteini so semena gojenih rastlin, jajčni beljak. Zaužijejo se v fazi razvoja zarodkov. V človeškem telesu, tako kot pri živalih, beljakovine niso shranjene v rezervi. Redno jih je treba zaužiti s hrano, sicer je verjeten razvoj distrofije.
transportni polipeptidi
Hemoglobin je klasičen primer takšnih beljakovin. V krvi najdemo tudi druge polipeptide, ki sodelujejo pri gibanju hormonov, lipidov in drugih snovi.
Celične membrane vsebujejo beljakovine, ki lahko prenašajo ione, aminokisline, glukozo in druge spojine skozi celično membrano.
kontraktilne beljakovine
Funkcije teh polipeptidov so povezane z delom mišičnih vlaken. Poleg tega zagotavljajo gibanje cilij in flagel v protozojih. Kontraktilni proteini opravljajo funkcijo transporta organelov znotraj celice. Zaradi njihove prisotnosti je zagotovljena sprememba celičnih oblik.
Primera kontraktilnih beljakovin sta miozin in aktin. Vredno je reči, da se ti polipeptidi nahajajo ne le v celicah mišičnih vlaken. Kontraktilne beljakovine opravljajo svoje naloge v skoraj vseh živalskih tkivih.
Funkcije
Posamezni polipeptid, tropomiozin, najdemo v celicah. Kontraktilni mišični protein miozin je njegov polimer. Z aktinom tvori kompleks.
Proteini kontraktilnih mišic se ne raztopijo v vodi.
Hitrost sinteze polipeptidov
Uravnavajo ga ščitnica insteroidni hormoni. Ko prodrejo v celico, se vežejo na specifične receptorje. Nastali kompleks prodre v celično jedro in se veže na kromatin. To poveča hitrost sinteze polipeptidov na genski ravni.
Aktivni geni zagotavljajo povečano sintezo določene RNA. Zapusti jedro, gre v ribosome in aktivira sintezo novih strukturnih ali kontraktilnih beljakovin, encimov ali hormonov. To je anabolični učinek genov.
Medtem je sinteza beljakovin v celicah precej počasen proces. Zahteva visoke stroške energije in plastični material. V skladu s tem hormoni ne morejo hitro nadzorovati metabolizma. Njihova ključna naloga je uravnavanje rasti, diferenciacije in razvoja celic v telesu.
krčenje mišic
Je odličen primer kontraktilne funkcije beljakovin. Med raziskavo je bilo ugotovljeno, da je osnova krčenja mišic sprememba fizikalnih lastnosti polipeptida.
Kraktilno funkcijo opravlja protein aktomiozin, ki je v interakciji z adenozin trifosforno kislino. To povezavo spremlja krčenje miofibril. Takšno interakcijo lahko opazimo zunaj telesa.
Če so na primer namočena v vodo (macerirana) mišična vlakna, brez razdražljivosti, izpostavljena raztopini adenozin trifosfata, se bo začelo njihovo ostro krčenje, podobno kot krčenje živih mišic. Ta izkušnja je velikega praktičnega pomena. Dokazuje dejstvo, daza krčenje mišic je potrebna kemična reakcija kontraktilnih beljakovin z energijsko bogato snovjo.
Delovanje vitamina E
Po eni strani je glavni znotrajcelični antioksidant. Vitamin E ščiti maščobe in druge lahko oksidirane spojine pred oksidacijo. Hkrati deluje kot nosilec elektronov in sodeluje pri redoks reakcijah, ki so povezane s shranjevanjem sproščene energije.
Pomanjkanje vitamina E povzroči atrofijo mišičnega tkiva: vsebnost kontraktilnega proteina miozina se močno zmanjša in ga nadomesti kolagen, inertni polipeptid.
Specifičnost miozina
Velja za enega ključnih kontraktilnih proteinov. Predstavlja približno 55 % celotne vsebnosti polipeptidov v mišičnem tkivu.
Filamenti (debeli filamenti) miofibril so narejeni iz miozina. Molekula vsebuje dolg fibrilarni del, ki ima strukturo dvojne vijačnice, in glave (kroglaste strukture). Miozin vsebuje 6 podenot: 2 težki in 4 lahke verige, ki se nahajajo v globularnem delu.
Glavna naloga fibrilarne regije je sposobnost oblikovanja snopov miozinskih filamentov ali debelih protofibril.
Na glavah sta aktivno mesto ATPaze in center za vezavo aktina. To zagotavlja hidrolizo ATP in vezavo na aktinske filamente.
Sorte
Podvrste aktina in miozina so:
- Dinein bičkov in cilijprotozoa.
- Spektrin v membranah eritrocitov.
- Nevrostenin perisinaptičnih membran.
Bakterijske polipeptide, ki so odgovorni za gibanje različnih snovi v koncentracijskem gradientu, lahko pripišemo tudi sortam aktina in miozina. Ta proces se imenuje tudi kemotaksija.
Vloga adenozin trifosforne kisline
Če daš aktomiozinske filamente v kislo raztopino, dodaš kalijeve in magnezijeve ione, lahko vidiš, da so skrajšani. V tem primeru opazimo razpad ATP. Ta pojav kaže, da je razgradnja adenozin trifosforne kisline v določeni povezavi s spremembo fizikalno-kemijskih lastnosti kontraktilnega proteina in posledično z delom mišic. Ta pojav sta prvič ugotovila Szent-Gyorgyi in Engelhardt.
Sinteza in razgradnja ATP sta bistveni v procesu pretvorbe kemične energije v mehansko energijo. Med razgradnjo glikogena, ki jo spremlja proizvodnja mlečne kisline, kot pri defosforilaciji adenozin trifosforne in kreatin fosforjeve kisline, sodelovanje kisika ni potrebno. To pojasnjuje sposobnost izolirane mišice, da deluje v anaerobnih pogojih.
Mlečna kislina in produkti, ki nastanejo pri razgradnji adenozin trifosforne in kreatin-fosforne kisline, se kopičijo v mišičnih vlaknih, ki so utrujena pri delu v anaerobnem okolju. Posledično se izčrpajo zaloge snovi, med cepljenjem katerih se sprosti potrebna energija. Če utrujeno mišico postavimo v okolje, ki vsebuje kisik, boga porabi. Nekaj mlečne kisline bo začelo oksidirati. Posledično nastajata voda in ogljikov dioksid. Sproščena energija bo uporabljena za ponovno sintezo kreatin fosforne, adenozin trifosforne kisline in glikogena iz produktov razpadanja. Zaradi tega bo mišica spet pridobila sposobnost dela.
skeletne mišice
Posamezne lastnosti polipeptidov je mogoče razložiti le s primerom njihovih funkcij, torej njihovega prispevka k kompleksnim dejavnostim. Med redkimi strukturami, za katere je bila ugotovljena povezava med beljakovinami in delovanjem organov, si skeletne mišice zaslužijo posebno pozornost.
Njena celica se aktivira z živčnimi impulzi (membransko usmerjeni signali). Molekularno, krčenje temelji na kroženju navzkrižnih mostov skozi periodične interakcije med aktinom, miozinom in Mg-ATP. Beljakovine, ki vežejo kalcij, in ioni Ca delujejo kot posredniki med efektorji in živčnimi signali.
Mediacija omejuje hitrost odziva na impulze "vklop/izklop" in preprečuje spontane popadke. Hkrati pa nekatera nihanja (nihanja) mišičnih vlaken vztrajnika krilatih žuželk ne nadzorujejo ioni ali podobne nizkomolekularne spojine, temveč neposredno kontraktilne beljakovine. Zaradi tega so možni zelo hitri popadki, ki po aktivaciji potekajo sami.
Lastnosti tekočih kristalov polipeptidov
Pri skrajšanju mišičnih vlakenspremeni se obdobje mreže, ki jo tvorijo protofibrili. Ko mreža tankih filamentov vstopi v strukturo debelih elementov, se tetragonalna simetrija nadomesti s heksagonalno. Ta pojav lahko štejemo za polimorfni prehod v sistemu tekočih kristalov.
Lastnosti mehanokemičnih procesov
Zrejo se na preoblikovanje kemične energije v mehansko. Aktivnost ATP-aze mitohondrijskih celičnih membran je podobna delovanju iozinskega sistema skeletnih mišic. Skupne značilnosti so opažene tudi pri njihovih mehanokemijskih lastnostih: zmanjšajo se pod vplivom ATP.
Posledično mora biti v mitohondrijskih membranah prisoten kontraktilni protein. In res je tam. Ugotovljeno je bilo, da so kontraktilni polipeptidi vključeni v mitohondrijsko mehanokemijo. Izkazalo pa se je tudi, da ima v procesih pomembno vlogo tudi fosfatidilinozitol (membranski lipid).
dodatno
Proteinska molekula miozina ne prispeva le k krčenju različnih mišic, ampak lahko sodeluje tudi v drugih znotrajceličnih procesih. Tu gre predvsem za gibanje organelov, pritrditev aktinskih filamentov na membrane, nastanek in delovanje citoskeleta itd. Skoraj vedno molekula tako ali drugače vpliva na aktin, ki je drugi ključni kontraktil beljakovine.
Dokazano je, da lahko molekule aktomiozina spremenijo dolžino pod vplivom kemične energije, ki se sprosti, ko se ostanek fosforne kisline odcepi od ATP. Z drugimi besedami, ta procespovzroča krčenje mišic.
Sistem ATP tako deluje kot nekakšen akumulator kemične energije. Po potrebi se prek aktomiozina spremeni neposredno v mehansko. Hkrati ni vmesne stopnje, značilne za procese interakcije drugih elementov - prehoda na toplotno energijo.
