Proteini, katerih biološka vloga bo obravnavana danes, so makromolekularne spojine, zgrajene iz aminokislin. Med vsemi drugimi organskimi spojinami so po svoji strukturi med najbolj zapletenimi. Po elementarni sestavi se beljakovine razlikujejo od maščob in ogljikovih hidratov: poleg kisika, vodika in ogljika vsebujejo tudi dušik. Poleg tega je žveplo nepogrešljiva sestavina najpomembnejših beljakovin, nekatere pa vsebujejo jod, železo in fosfor.
Biološka vloga beljakovin je zelo velika. Prav te spojine sestavljajo večino mase protoplazme, pa tudi jedra živih celic. Beljakovine najdemo v vseh živalskih in rastlinskih organizmih.
Ena ali več funkcij
Biološka vloga in funkcije njihovih različnih spojin so različni. Kot snov s specifično kemično strukturo vsak protein opravlja visoko specializirano funkcijo. Le v nekaterih primerih lahko izvaja več med seboj povezanih naenkrat. Na primer adrenalin, ki se proizvaja v medulinadledvične žleze, ki vstopijo v krvni obtok, poveča krvni tlak in porabo kisika, sladkorja v krvi. Poleg tega je spodbujevalec presnove, pri hladnokrvnih živalih pa je tudi posrednik živčnega sistema. Kot lahko vidite, opravlja veliko funkcij hkrati.
Encimska (katalitična) funkcija
Različne biokemične reakcije, ki se pojavljajo v živih organizmih, potekajo v blagih pogojih, pri katerih je temperatura blizu 40°C, pH vrednosti pa so skoraj nevtralne. Pod temi pogoji so pretoki mnogih od njih zanemarljivi. Zato so za njihovo uresničitev potrebni encimi - posebni biološki katalizatorji. Skoraj vse reakcije, razen fotolize vode, v živih organizmih katalizirajo encimi. Ti elementi so bodisi beljakovine ali kompleksi beljakovin s kofaktorjem (organska molekula ali kovinski ion). Encimi delujejo zelo selektivno in sprožijo potreben proces. Torej je zgoraj obravnavana katalitična funkcija ena tistih, ki jo opravljajo beljakovine. Biološka vloga teh spojin pa ni omejena na njihovo izvajanje. Obstaja veliko drugih funkcij, ki si jih bomo ogledali spodaj.
transportna funkcija
Za obstoj celice je potrebno, da vanjo vstopi veliko snovi, ki ji zagotavljajo energijo in gradbeni material. Vse biološke membrane so zgrajene v skupnemnačelo. To je dvojna plast lipidov, vanj so potopljene beljakovine. Hkrati so hidrofilna področja makromolekul koncentrirana na površini membran, hidrofobni "repi" pa so koncentrirani v njihovi debelini. Ta struktura ostaja neprepustna za pomembne sestavine: aminokisline, sladkorje, ione alkalijskih kovin. Prodor teh elementov v celico poteka s pomočjo transportnih proteinov, ki so vgrajeni v celično membrano. Bakterije imajo na primer posebno beljakovino, ki prenaša laktozo (mlečni sladkor) čez zunanjo membrano.
Večcelični organizmi imajo sistem za prenos različnih snovi iz enega organa v drugega. Govorimo predvsem o hemoglobinu (slika zgoraj). Poleg tega je serumski albumin (transportna beljakovina) nenehno prisoten v krvni plazmi. Ima sposobnost tvorbe močnih kompleksov z maščobnimi kislinami, ki nastanejo med prebavo maščob, pa tudi s številnimi hidrofobnimi aminokislinami (na primer s triptofanom) in s številnimi zdravili (nekateri penicilini, sulfonamidi, aspirin). Transferin, ki posreduje pri transportu železovih ionov v telesu, je še en primer. Omenimo lahko tudi ceruplazmin, ki prenaša bakrove ione. Torej, upoštevali smo transportno funkcijo, ki jo opravljajo beljakovine. Njihova biološka vloga je tudi s tega vidika zelo pomembna.
funkcija receptorja
Receptorske beljakovine so velikega pomena, zlasti za vzdrževanje življenja večceličnih organizmov. Vgrajeni sov plazemsko celično membrano in služijo za zaznavanje in nadaljnjo transformacijo signalov, ki vstopajo v celico. V tem primeru so lahko signali tako iz drugih celic kot iz okolja. Trenutno so najbolj raziskani acetilholinski receptorji. Nahajajo se v številnih mednevronskih stikih na celični membrani, vključno z živčno-mišičnimi stiki, v možganski skorji. Te beljakovine medsebojno delujejo z acetilholinom in prenašajo signal v celico.
Nevrotransmiter za sprejem signala in njegovo pretvorbo je treba odstraniti, tako da ima celica možnost, da se pripravi na zaznavanje nadaljnjih signalov. Za to se uporablja acetilholinesteraza - poseben encim, ki katalizira hidrolizo acetilholina v holin in acetat. Ali ni res, da je zelo pomembna tudi receptorska funkcija, ki jo opravljajo beljakovine? Biološka vloga naslednje, zaščitne funkcije telesa je ogromna. S tem se preprosto ne moremo strinjati.
Zaščitna funkcija
V telesu se imunski sistem odzove na pojav tujih delcev v njem s tvorbo velikega števila limfocitov. Lahko selektivno poškodujejo elemente. Takšni tuji delci so lahko rakave celice, patogene bakterije, supramolekularni delci (makromolekule, virusi itd.). B-limfociti so skupina limfocitov, ki proizvajajo posebne beljakovine. Te beljakovine se sproščajo v cirkulacijski sistem. Prepoznajo tuje delce, medtem ko v fazi uničenja tvorijo zelo specifičen kompleks. Te beljakovine se imenujejo imunoglobulini. Tuje snovi imenujemo antigeni.ki sprožijo odziv imunskega sistema.
Strukturna funkcija
Poleg beljakovin, ki opravljajo visoko specializirane funkcije, obstajajo tudi tisti, katerih pomen je predvsem strukturni. Zahvaljujoč jim je zagotovljena mehanska trdnost, pa tudi druge lastnosti tkiv živih organizmov. Te beljakovine vključujejo predvsem kolagen. Kolagen (slika spodaj) pri sesalcih predstavlja približno četrtino mase beljakovin. Sintetizira se v glavnih celicah, ki sestavljajo vezivno tkivo (imenovane fibroblasti).
Na začetku se kolagen oblikuje kot prokolagen - njegov predhodnik, ki je podvržen kemični obdelavi v fibroblastih. Nato se oblikuje v obliki treh polipeptidnih verig, zvite v spiralo. Že zunaj fibroblastov se združujejo v kolagenske fibrile s premerom nekaj sto nanometrov. Slednji tvorijo kolagenske filamente, ki jih lahko vidimo že pod mikroskopom. V elastičnih tkivih (stene pljuč, krvne žile, koža) zunajcelični matriks poleg kolagena vsebuje tudi protein elastin. Lahko se raztegne v precej širokem razponu in se nato vrne v prvotno stanje. Drug primer strukturnega proteina, ki ga lahko navedemo tukaj, je fibroin svile. Izoliran je med nastajanjem pupe gosenice sviloprejke. Je glavna sestavina svilenih niti. Pojdimo k opisu motoričnih beljakovin.
Motorni proteini
In pri izvajanju motoričnih procesov je biološka vloga beljakovin velika. Na kratko se pogovorimo o tej funkciji. Krčenje mišic je proces, med katerim se kemična energija pretvori v mehansko delo. Njeni neposredni udeleženci sta dve beljakovini - miozin in aktin. Miozin ima zelo nenavadno strukturo. Sestavljen je iz dveh kroglastih glav in repa (dolg nitasti del). Približno 1600 nm je dolžina ene molekule. Glave predstavljajo približno 200 nm.
Aktin (na sliki zgoraj) je globularni protein z molekulsko maso 42 000. Lahko polimerizira, da tvori dolgo strukturo in v tej obliki deluje z miozinsko glavo. Pomembna značilnost tega procesa je njegova odvisnost od prisotnosti ATP. Če je njegova koncentracija dovolj visoka, se kompleks, ki ga tvorita miozin in aktin, uniči, nato pa se ponovno obnovi, ko pride do hidrolize ATP kot posledica delovanja miozinske ATPaze. Ta proces lahko opazimo na primer v raztopini, v kateri sta prisotna oba proteina. Postane viskozen zaradi tvorbe kompleksa z visoko molekulsko maso v odsotnosti ATP. Ko ga dodamo, se viskoznost močno zmanjša zaradi uničenja ustvarjenega kompleksa, po katerem se postopoma začne obnavljati kot posledica hidrolize ATP. V procesu krčenja mišic imajo te interakcije zelo pomembno vlogo.
Antibiotiki
Še naprej razkrivamo temo "Biološka vloga beljakovin v telesu." Zelo velika in zelo pomembna skupinanaravne spojine sestavljajo snovi, imenovane antibiotiki. So mikrobnega izvora. Te snovi izločajo posebne vrste mikroorganizmov. Biološka vloga aminokislin in beljakovin je nesporna, vendar antibiotiki opravljajo posebno, zelo pomembno funkcijo. Zavirajo rast mikroorganizmov, ki jim tekmujejo. V štiridesetih letih prejšnjega stoletja sta odkritje in uporaba antibiotikov spremenila zdravljenje nalezljivih bolezni, ki jih povzročajo bakterije. Treba je opozoriti, da v večini primerov antibiotiki ne delujejo na viruse, zato je njihova uporaba kot protivirusna zdravila neučinkovita.
Primeri antibiotikov
Penicilinska skupina je bila prva v praksi. Primera te skupine sta ampicilin in benzilpenicilin. Antibiotiki so raznoliki po mehanizmu delovanja in kemični naravi. Nekateri od tistih, ki se danes pogosto uporabljajo, delujejo s človeškimi ribosomi, medtem ko je sinteza beljakovin zavirana v bakterijskih ribosomih. Hkrati pa skoraj ne sodelujejo z evkariontskimi ribosomi. Zato so uničujoče za bakterijske celice in rahlo strupene za živali in ljudi. Ti antibiotiki vključujejo streptomicin in levomicetin (kloramfenikol).
Biološka vloga biosinteze beljakovin je zelo pomembna in ta proces ima več stopenj. O tem bomo govorili le na splošno.
Proces in biološka vloga biosinteze beljakovin
Ta postopek je večstopenjski in zelo zapleten. Pojavlja se v ribosomih -posebne organele. Celica vsebuje veliko ribosomov. E. coli jih ima na primer približno 20 tisoč.
"Opišite proces biosinteze beljakovin in njegovo biološko vlogo" - takšno nalogo smo mnogi od nas prejeli v šoli. In za mnoge je bilo težko. No, poskusimo skupaj ugotoviti.
Proteinske molekule so polipeptidne verige. Sestavljene so, kot že veste, iz posameznih aminokislin. Vendar slednji niso dovolj aktivni. Da se združijo in tvorijo beljakovinsko molekulo, potrebujejo aktivacijo. Pojavi se kot posledica delovanja posebnih encimov. Vsaka aminokislina ima svoj encim, ki je posebej prilagojen njej. Vir energije za ta proces je ATP (adenozin trifosfat). Zaradi aktivacije postane aminokislina bolj labilna in se pod delovanjem tega encima veže na t-RNA, ki jo prenese na ribosom (zaradi tega se ta RNA imenuje transport). Tako aktivirane aminokisline, povezane s tRNA, vstopijo v ribosom. Ribosom je nekakšen transporter za sestavljanje beljakovinskih verig iz vhodnih aminokislin.
Vlogo sinteze beljakovin je težko preceniti, saj sintetizirane spojine opravljajo zelo pomembne funkcije. Skoraj vse celične strukture so sestavljene iz njih.
Torej smo na splošno opisali proces biosinteze beljakovin in njegovo biološko vlogo. S tem zaključujemo naš uvod v beljakovine. Upamo, da imate željo nadaljevati.
