Olb altumvielas ir vissvarīgākās organiskās vielas, kuru skaits dominē pār visām pārējām makromolekulām, kas atrodas dzīvā šūnā. Tie veido vairāk nekā pusi no augu un dzīvnieku organismu sausnas svara. Olb altumvielu funkcijas šūnā ir daudzveidīgas, dažas no tām zinātnei joprojām nav zināmas. Bet tomēr viņu "darba" galvenie virzieni ir labi izpētīti. Daži no tiem ir nepieciešami, lai stimulētu šūnās un audos notiekošos procesus. Citi pārnes svarīgus minerālu savienojumus cauri šūnu membrānai un caur asinsvadiem no viena orgāna uz otru. Daži aizsargā ķermeni no svešiem bieži patogēniem aģentiem. Skaidrs ir viens – neviens process mūsu organismā nenotiek bez olb altumvielām.
Proteīnu pamatfunkcijas
Olb altumvielu funkcijas organismā ir dažādas. Katrai grupai ir noteikta ķīmiska vielaēku, veic vienu specializētu "darbu". Dažos gadījumos vairāku veidu proteīni ir savstarpēji saistīti. Viņi ir atbildīgi par viena un tā paša procesa dažādiem posmiem. Vai arī tie ietekmē vairākus vienlaikus. Piemēram, proteīnu regulējošo funkciju veic fermenti un hormoni. Šo parādību var iedomāties, atceroties hormonu adrenalīnu. To ražo virsnieru medulla. Nokļūstot asinsvados, tas palielina skābekļa daudzumu asinīs. Paaugstinās arī asinsspiediens, palielinās cukura saturs. Tas stimulē vielmaiņas procesus. Adrenalīns ir arī neirotransmiters zivīm, abiniekiem un rāpuļiem.
Enzīmu funkcija
Daudzas bioķīmiskas reakcijas, kas notiek dzīvo organismu šūnās, tiek veiktas augstā temperatūrā un ar neitrālu pH vērtību. Šādos apstākļos to caurlaidības ātrums ir pārāk zems, tāpēc ir nepieciešami specializēti katalizatori, ko sauc par fermentiem. Visa to daudzveidība ir apvienota 6 klasēs, kas atšķiras ar darbības specifiku. Fermenti tiek sintezēti uz ribosomām šūnās. Enzimoloģijas zinātne nodarbojas ar to izpēti.
Neapšaubāmi, proteīnu regulējošā funkcija nav iespējama bez fermentiem. Viņiem ir augsta darbības selektivitāte. To darbību var regulēt ar inhibitoriem un aktivatoriem. Turklāt fermenti parasti uzrāda substrāta specifiskumu. Arī fermentatīvā aktivitāte ir atkarīga no apstākļiem organismā un jo īpaši šūnās. To plūsmu ietekmē spiediens, skābais pH, temperatūra, šķīduma jonu stiprums, tas irsāls koncentrācija citoplazmā.
Proteīna transportēšanas funkcija
Šūnai pastāvīgi jāsaņem organismam nepieciešamās minerālās un organiskās vielas. Tie ir nepieciešami kā būvmateriāli un enerģijas avoti šūnās. Bet to saņemšanas mehānisms ir diezgan sarežģīts. Šūnu sienas sastāv ne tikai no olb altumvielām. Bioloģiskās membrānas ir veidotas pēc dubultā lipīdu slāņa principa. Starp tiem ir iestrādāti dažādi proteīni. Ir ļoti svarīgi, lai hidrofīlie apgabali atrastos uz membrānas virsmas, bet hidrofobie apgabali atrodas tās biezumā. Tādējādi šāda struktūra padara apvalku necaurlaidīgu. Viņi nevar iziet cauri paši, bez "palīdzības", tādiem svarīgiem komponentiem kā cukuri, metola joni un aminoskābes. Tie tiek transportēti caur citoplazmas membrānu uz citoplazmu, izmantojot specializētus proteīnus, kas ir iestrādāti lipīdu slāņos.
Vielu pārvadāšana no viena orgāna uz otru
Bet proteīnu transporta funkcija tiek veikta ne tikai starp starpšūnu vielu un šūnu. Dažas fizioloģiskiem procesiem svarīgas vielas ir jānogādā no viena ķermeņa uz otru. Piemēram, transporta proteīns asinīs ir seruma albumīns. Tas ir apveltīts ar unikālu spēju veidot savienojumus ar taukskābēm, kas parādās tauku sagremošanas laikā, ar zālēm, kā arī ar steroīdiem hormoniem. Svarīgi nesējproteīni ir hemoglobīns (piegādā skābekļa molekulas), transferīns (savienojas ar dzelzs joniem) un ceruplazmīns (veido kompleksus arvarš).
Olb altumvielu signāla funkcija
Receptoru proteīniem ir liela nozīme fizioloģisko procesu norisē daudzšūnu kompleksos organismos. Tie ir iestrādāti plazmas membrānā. Tie kalpo, lai uztvertu un atšifrētu dažāda veida signālus, kas nepārtrauktā plūsmā nonāk šūnās ne tikai no blakus audiem, bet arī no ārējās vides. Pašlaik, iespējams, visvairāk pētītais receptoru proteīns ir acetilholīns. Tas atrodas vairākos starpneironu savienojumos uz šūnu membrānas.
Bet proteīnu signalizācijas funkcija tiek veikta ne tikai šūnu iekšienē. Daudzi hormoni saistās ar specifiskiem receptoriem uz to virsmas. Šāds izveidots savienojums ir signāls, kas aktivizē fizioloģiskos procesus šūnās. Šādu proteīnu piemērs ir insulīns, kas darbojas adenilāta ciklāzes sistēmā.
Aizsardzības funkcija
Proteīnu funkcijas šūnā ir dažādas. Daži no tiem ir iesaistīti imūnreakcijās. Tas pasargā ķermeni no infekcijām. Imūnsistēma spēj reaģēt uz identificētajiem svešzemju aģentiem ar milzīgu limfocītu skaita sintēzi. Šīs vielas var selektīvi bojāt šos aģentus, tās var būt organismam svešas, piemēram, baktērijas, supramolekulāras daļiņas, vai arī tās var būt vēža šūnas.
Viena no grupām - "beta"-limfocīti - ražo olb altumvielas, kas nonāk asinsritē. Viņiem ir ļoti interesanta funkcija. Šīm olb altumvielām ir jāatpazīst svešas šūnas un makromolekulas. Tad viņi savienojas ar viņiem,veidojot kompleksu, kas ir jāiznīcina. Šos proteīnus sauc par imūnglobulīniem. Paši svešie komponenti ir antigēni. Un tiem atbilstošie imūnglobulīni ir antivielas.
Strukturālā funkcija
Organismā papildus augsti specializētajiem ir arī strukturālie proteīni. Tie ir nepieciešami, lai nodrošinātu mehānisko izturību. Šīs olb altumvielu funkcijas šūnā ir svarīgas ķermeņa formas un jaunības saglabāšanai. Visslavenākais ir kolagēns. Tas ir saistaudu ekstracelulārās matricas galvenais proteīns. Augstākiem zīdītājiem tas ir līdz 1/4 no kopējās olb altumvielu masas. Kolagēns tiek sintezēts fibroblastos, kas ir galvenās saistaudu šūnas.
Šādām olb altumvielu funkcijām šūnā ir liela nozīme. Papildus kolagēnam ir zināms vēl viens strukturāls proteīns - elastīns. Tā ir arī ārpusšūnu matricas sastāvdaļa. Elastīns spēj dot audiem spēju noteiktās robežās izstiepties un viegli atgriezties sākotnējā formā. Vēl viens strukturāla proteīna piemērs ir fibroīns, kas atrodams zīdtārpiņu kāpurēs. Tā ir galvenā zīda pavedienu sastāvdaļa.
Motorproteīni
Proteīnu lomu šūnā nevar pārvērtēt. Viņi piedalās arī muskuļu darbā. Muskuļu kontrakcija ir svarīgs fizioloģisks process. Rezultātā makromolekulu veidā uzkrātais ATP tiek pārvērsts ķīmiskajā enerģijā. Tiešie procesa dalībnieki ir divi proteīni – aktīns un miozīns.
Šie motora proteīniir pavedienveida molekulas, kas darbojas skeleta muskuļu kontraktilajā sistēmā. Tie ir atrodami arī eikariotu šūnu audos, kas nav muskuļi. Vēl viens motoro proteīnu piemērs ir tubulīns. No tā tiek veidotas mikrotubulas, kas ir svarīgs flagellas un skropstu elements. Tubulīnu saturoši mikrotubuli ir atrodami arī dzīvnieku nervu audu šūnās.
Antibiotikas
Proteīnu aizsargājošā loma šūnā ir milzīga. Daļa no tā ir piešķirta grupai, ko parasti sauc par antibiotikām. Tās ir dabiskas izcelsmes vielas, kuras, kā likums, sintezējas baktērijās, mikroskopiskās sēnēs un citos mikroorganismos. Tie ir vērsti uz citu konkurējošo organismu fizioloģisko procesu nomākšanu. Olb altumvielu izcelsmes antibiotikas tika atklātas 40. gados. Viņi radīja revolūciju medicīnā, dodot tai spēcīgu impulsu attīstībai.
Pēc to ķīmiskās būtības antibiotikas ir ļoti daudzveidīga grupa. Tie atšķiras arī pēc to darbības mehānisma. Daži kavē olb altumvielu sintēzi šūnās, citi bloķē svarīgu enzīmu ražošanu, citi kavē augšanu, bet citi kavē reprodukciju. Piemēram, labi zināmais streptomicīns mijiedarbojas ar baktēriju šūnu ribosomām. Tādējādi tie ievērojami palēnina olb altumvielu sintēzi. Tajā pašā laikā šīs antibiotikas nesadarbojas ar cilvēka ķermeņa eikariotu ribosomām. Tas nozīmē, ka šīs vielas nav toksiskas augstākiem zīdītājiem.
Šīs nav visas šūnas proteīnu funkcijas. Tabulaantibiotikas vielas ļauj noteikt citas ļoti specializētas iedarbības, ko šie specifiskie dabīgie savienojumi spēj iedarboties uz baktērijām un ne tikai. Pašlaik tiek pētītas proteīna izcelsmes antibiotikas, kas, mijiedarbojoties ar DNS, izjauc procesus, kas saistīti ar iedzimtas informācijas iemiesojumu. Bet līdz šim šādas vielas izmanto tikai onkoloģisko slimību ķīmijterapijā. Šādas antibiotikas vielas piemērs ir daktinomicīns, ko sintezē aktinomicīti.
Toksīni
Proteīni šūnā pilda ļoti specifisku un pat neparastu funkciju. Vairāki dzīvi organismi ražo toksiskas vielas – toksīnus. Pēc savas būtības tie ir olb altumvielas un sarežģīti zemas molekulmasas organiskie savienojumi. Kā piemēru var minēt sēnītes gaišo grebe indīgo mīkstumu.
Rezerves un pārtikas olb altumvielas
Daži proteīni pilda dzīvnieku un augu embriju barošanas funkciju. Tādu piemēru ir daudz. Olb altumvielu nozīme labības sēklu šūnā ir tieši tajā. Tie pabaros auga topošos dīgļus tā attīstības pirmajos posmos. Dzīvniekiem uztura olb altumvielas ir olu albumīns un piena kazeīns.
Neizpētītas proteīnu īpašības
Iepriekš minētie piemēri ir tikai tā daļa, kas jau ir pietiekami izpētīta. Bet dabā ir daudz noslēpumu. Daudzu bioloģisko sugu šūnās esošie proteīni ir unikāli un pašlaik tos pat klasificēgrūti. Piemēram, monellīns ir proteīns, kas atklāts un izolēts no Āfrikas auga. Tas garšo saldi, bet nav aptaukojies un nav toksisks. Nākotnē tas var būt lielisks cukura aizstājējs. Vēl viens piemērs ir proteīns, kas atrodams dažās arktiskajās zivīs, kas neļauj asinīm sasalst, darbojoties kā antifrīzs salīdzinājuma burtiskā nozīmē. Vairākiem kukaiņiem spārnu locītavās tika atrasts resilīna proteīns, kuram ir unikāla, gandrīz ideāla elastība. Un šie nav visi tādu vielu piemēri, kuras vēl ir jāizpēta un jāklasificē.
