Proteīni, kuru bioloģiskā loma šodien tiks aplūkota, ir lielmolekulārie savienojumi, kas veidoti no aminoskābēm. Starp visiem citiem organiskajiem savienojumiem tie ir vieni no vissarežģītākajiem savā struktūrā. Pēc elementārā sastāva olb altumvielas atšķiras no taukiem un ogļhidrātiem: bez skābekļa, ūdeņraža un oglekļa tie satur arī slāpekli. Turklāt sērs ir neaizstājama svarīgāko olb altumvielu sastāvdaļa, un daži satur jodu, dzelzi un fosforu.
Olb altumvielu bioloģiskā loma ir ļoti augsta. Tieši šie savienojumi veido lielāko daļu protoplazmas masas, kā arī dzīvo šūnu kodolus. Olb altumvielas ir atrodamas visos dzīvnieku un augu organismos.
Viena vai vairākas funkcijas
To dažādo savienojumu bioloģiskā loma un funkcijas ir atšķirīgas. Katrs proteīns kā viela ar noteiktu ķīmisko struktūru veic ļoti specializētu funkciju. Tikai dažos gadījumos tas var veikt vairākus savstarpēji savienotus vienlaikus. Piemēram, adrenalīns, kas veidojas smadzenēsvirsnieru dziedzeri, nonākot asinsritē, paaugstina asinsspiedienu un skābekļa patēriņu, cukura līmeni asinīs. Turklāt tas ir vielmaiņas stimulators, un aukstasiņu dzīvniekiem tas ir arī nervu sistēmas starpnieks. Kā redzat, tas vienlaikus veic daudzas funkcijas.
Enzimātiskā (katalītiskā) funkcija
Dažādas bioķīmiskās reakcijas, kas notiek dzīvos organismos, tiek veiktas vieglos apstākļos, kuros temperatūra ir tuvu 40°C, un pH vērtības ir gandrīz neitrālas. Šādos apstākļos daudzu no tiem plūsmas ātrumi ir niecīgi. Tāpēc, lai tie tiktu realizēti, nepieciešami fermenti – speciāli bioloģiskie katalizatori. Gandrīz visas reakcijas, izņemot ūdens fotolīzi, dzīvajos organismos katalizē fermenti. Šie elementi ir vai nu olb altumvielas, vai proteīnu kompleksi ar kofaktoru (organisko molekulu vai metāla jonu). Fermenti darbojas ļoti selektīvi, uzsākot nepieciešamo procesu. Tātad iepriekš apspriestā katalītiskā funkcija ir viena no tām, ko veic proteīni. Tomēr šo savienojumu bioloģiskā loma neaprobežojas tikai ar tās ieviešanu. Ir vēl daudzas citas funkcijas, kuras apskatīsim tālāk.
Transporta funkcija
Šūnas pastāvēšanai nepieciešams, lai tajā iekļūtu daudzas vielas, kas nodrošina to ar enerģiju un būvmateriālu. Visas bioloģiskās membrānas ir iebūvētas kopīgāprincipu. Tas ir dubults lipīdu slānis, tajā ir iegremdēti proteīni. Tajā pašā laikā uz membrānu virsmas ir koncentrēti makromolekulu hidrofilie reģioni, un to biezumā ir koncentrētas hidrofobās "astes". Šī struktūra paliek necaurlaidīga svarīgām sastāvdaļām: aminoskābēm, cukuriem, sārmu metālu joniem. Šo elementu iekļūšana šūnā notiek ar transporta proteīnu palīdzību, kas ir iestrādāti šūnas membrānā. Piemēram, baktērijām ir īpašs proteīns, kas transportē laktozi (piena cukuru) pa ārējo membrānu.
Daudzšūnu organismiem ir sistēma dažādu vielu transportēšanai no viena orgāna uz otru. Mēs galvenokārt runājam par hemoglobīnu (attēlā iepriekš). Turklāt seruma albumīns (transporta proteīns) pastāvīgi atrodas asins plazmā. Tam ir spēja veidot spēcīgus kompleksus ar taukskābēm, kas veidojas tauku sagremošanas laikā, kā arī ar vairākām hidrofobām aminoskābēm (piemēram, ar triptofānu) un ar daudzām zālēm (dažiem penicilīniem, sulfonamīdiem, aspirīnu). Transferrīns, kas veicina dzelzs jonu transportēšanu organismā, ir vēl viens piemērs. Var minēt arī ceruplazmīnu, kas nes vara jonus. Tātad, mēs esam apsvēruši transportēšanas funkciju, ko veic proteīni. Arī to bioloģiskā loma no šī viedokļa ir ļoti nozīmīga.
Receptoru funkcija
Receptoru proteīniem ir liela nozīme, īpaši daudzšūnu organismu dzīvības uzturēšanai. Tie ir iebūvētiplazmas šūnu membrānā un kalpo, lai uztvertu un tālāk pārveidotu signālus, kas nonāk šūnā. Šajā gadījumā signāli var būt gan no citām šūnām, gan no vides. Acetilholīna receptori pašlaik ir visvairāk pētīti. Tie atrodas vairākos starpneironālos kontaktos uz šūnu membrānas, tostarp neiromuskulāros savienojumos, smadzeņu garozā. Šie proteīni mijiedarbojas ar acetilholīnu un pārraida signālu šūnā.
Neirotransmiters signāla uztveršanai un pārveidošanai ir jānoņem, lai šūnai būtu iespēja sagatavoties turpmāko signālu uztveršanai. Šim nolūkam tiek izmantota acetilholīnesterāze - īpašs enzīms, kas katalizē acetilholīna hidrolīzi par holīnu un acetātu. Vai nav taisnība, ka ļoti svarīga ir arī proteīnu veiktā receptoru funkcija? Nākamās, ķermeņa aizsargfunkcijas, bioloģiskā loma ir milzīga. Tam vienkārši nevar nepiekrist.
Aizsardzības funkcija
Ķermenī imūnsistēma reaģē uz svešu daļiņu parādīšanos tajā, ražojot lielu skaitu limfocītu. Viņi spēj selektīvi bojāt elementus. Šādas svešas daļiņas var būt vēža šūnas, patogēnas baktērijas, supramolekulāras daļiņas (makromolekulas, vīrusi utt.). B-limfocīti ir limfocītu grupa, kas ražo īpašus proteīnus. Šīs olb altumvielas izdalās asinsrites sistēmā. Viņi atpazīst svešas daļiņas, veidojot ļoti specifisku kompleksu iznīcināšanas stadijā. Šos proteīnus sauc par imūnglobulīniem. Svešas vielas sauc par antigēniem.kas izraisa imūnsistēmas reakciju.
Strukturālā funkcija
Bez proteīniem, kas veic ļoti specializētas funkcijas, ir arī tādi, kuru nozīme galvenokārt ir strukturāla. Pateicoties tiem, tiek nodrošināta mehāniskā izturība, kā arī citas dzīvo organismu audu īpašības. Šie proteīni ietver, pirmkārt, kolagēnu. Kolagēns (attēlā zemāk) zīdītājiem veido apmēram ceturto daļu no olb altumvielu masas. Tas tiek sintezēts galvenajās šūnās, kas veido saistaudus (sauktas par fibroblastiem).
Sākotnēji kolagēns veidojas kā prokolagēns – tā prekursors, kas tiek ķīmiski apstrādāts fibroblastos. Pēc tam tas veidojas trīs polipeptīdu ķēžu veidā, kas savīti spirālē. Tie apvienojas jau ārpus fibroblastiem vairāku simtu nanometru diametrā kolagēna fibrilās. Pēdējie veido kolagēna pavedienus, kurus jau var redzēt mikroskopā. Elastīgajos audos (plaušu sieniņās, asinsvados, ādā) ārpusšūnu matricā papildus kolagēnam ir arī proteīns elastīns. Tas var izstiepties diezgan plašā diapazonā un pēc tam atgriezties sākotnējā stāvoklī. Vēl viens strukturālā proteīna piemērs, ko var sniegt šeit, ir zīda fibroīns. To izolē zīdtārpiņa kāpura kūniņas veidošanās laikā. Tā ir galvenā zīda pavedienu sastāvdaļa. Pāriesim pie motoro proteīnu apraksta.
Motorproteīni
Un motorisko procesu īstenošanā proteīnu bioloģiskā loma ir liela. Īsi parunāsim par šo funkciju. Muskuļu kontrakcija ir process, kura laikā ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta mehāniskā darbā. Tās tiešie dalībnieki ir divi proteīni - miozīns un aktīns. Miozīnam ir ļoti neparasta struktūra. Tas veidojas no divām lodveida galvām un astes (garas pavedienveida daļas). Apmēram 1600 nm ir vienas molekulas garums. Galvas veido aptuveni 200 nm.
Aktīns (attēlā iepriekš) ir lodveida proteīns, kura molekulmasa ir 42 000. Tas var polimerizēties, veidojot garu struktūru, un šajā formā mijiedarboties ar miozīna galvu. Svarīga šī procesa iezīme ir tā atkarība no ATP klātbūtnes. Ja tā koncentrācija ir pietiekami augsta, miozīna un aktīna veidotais komplekss tiek iznīcināts, un pēc tam tas atkal tiek atjaunots pēc ATP hidrolīzes miozīna ATPāzes darbības rezultātā. Šo procesu var novērot, piemēram, šķīdumā, kurā ir abi olb altumvielas. Tas kļūst viskozs, jo veidojas augstas molekulmasas komplekss, ja nav ATP. To pievienojot, viskozitāte strauji samazinās izveidotā kompleksa iznīcināšanas dēļ, pēc kura tas pamazām sāk atgūties ATP hidrolīzes rezultātā. Muskuļu kontrakcijas procesā šīm mijiedarbībām ir ļoti svarīga loma.
Antibiotikas
Turpinām atklāt tēmu "Olb altumvielu bioloģiskā loma organismā." Ļoti liela un ļoti svarīga grupadabiskie savienojumi veido vielas, ko sauc par antibiotikām. Tie ir mikrobu izcelsmes. Šīs vielas izdala īpaša veida mikroorganismi. Aminoskābju un olb altumvielu bioloģiskā loma ir neapstrīdama, taču antibiotikas pilda īpašu, ļoti svarīgu funkciju. Tie kavē mikroorganismu augšanu, kas ar tiem konkurē. 1940. gados antibiotiku atklāšana un lietošana radīja revolūciju baktēriju izraisīto infekcijas slimību ārstēšanā. Jāņem vērā, ka vairumā gadījumu antibiotikas neiedarbojas uz vīrusiem, tāpēc to lietošana kā pretvīrusu zāles ir neefektīva.
Antibiotiku piemēri
Penicilīna grupa bija pirmā, kas tika ieviesta praksē. Šīs grupas piemēri ir ampicilīns un benzilpenicilīns. Antibiotikas ir dažādas pēc to darbības mehānisma un ķīmiskā rakstura. Daži no tiem, kas mūsdienās tiek plaši izmantoti, mijiedarbojas ar cilvēka ribosomām, savukārt olb altumvielu sintēze tiek kavēta baktēriju ribosomās. Tajā pašā laikā tie gandrīz nesadarbojas ar eikariotu ribosomām. Tāpēc tie ir destruktīvi baktēriju šūnām un nedaudz toksiski dzīvniekiem un cilvēkiem. Šīs antibiotikas ietver streptomicīnu un levomicetīnu (hloramfenikolu).
Olb altumvielu biosintēzes bioloģiskā loma ir ļoti svarīga, un pašam šim procesam ir vairāki posmi. Mēs par to runāsim tikai vispārīgi.
Proteīnu biosintēzes process un bioloģiskā loma
Šis process ir daudzpakāpju un ļoti sarežģīts. Tas notiek ribosomās -īpašas organellas. Šūnā ir daudz ribosomu. Piemēram, E. coli ir aptuveni 20 tūkstoši to.
"Aprakstiet proteīnu biosintēzes procesu un tā bioloģisko lomu" - šādu uzdevumu daudzi no mums saņēma skolā. Un daudziem tas ir bijis grūti. Nu, mēģināsim to izdomāt kopā.
Olb altumvielu molekulas ir polipeptīdu ķēdes. Tie, kā jūs jau zināt, sastāv no atsevišķām aminoskābēm. Tomēr pēdējie nav pietiekami aktīvi. Lai apvienotu un veidotu proteīna molekulu, tiem nepieciešama aktivizēšana. Tas rodas īpašu enzīmu darbības rezultātā. Katrai aminoskābei ir savs enzīms, kas tai īpaši pielāgots. Šī procesa enerģijas avots ir ATP (adenozīntrifosfāts). Aktivizācijas rezultātā aminoskābe kļūst labilāka un šī enzīma iedarbībā saistās ar t-RNS, kas to pārnes uz ribosomu (tādēļ šo RNS sauc par transportu). Tādējādi aktivētās aminoskābes, kas saistītas ar tRNS, nonāk ribosomā. Ribosoma ir sava veida konveijers proteīnu ķēžu salikšanai no ienākošajām aminoskābēm.
Proteīnu sintēzes lomu ir grūti pārvērtēt, jo sintezētie savienojumi pilda ļoti svarīgas funkcijas. Gandrīz visas šūnu struktūras sastāv no tām.
Tātad, mēs vispārīgi esam aprakstījuši olb altumvielu biosintēzes procesu un tā bioloģisko lomu. Tas noslēdz mūsu ievadu olb altumvielās. Mēs ceram, ka jums ir vēlme to turpināt.
