Οι πρωτεΐνες είναι οι πιο σημαντικές οργανικές ουσίες, ο αριθμός των οποίων υπερισχύει όλων των άλλων μακρομορίων που υπάρχουν σε ένα ζωντανό κύτταρο. Αποτελούν περισσότερο από το μισό του βάρους ξηράς ουσίας τόσο των φυτικών όσο και των ζωικών οργανισμών. Οι λειτουργίες των πρωτεϊνών στο κύτταρο είναι ποικίλες, μερικές από αυτές είναι ακόμα άγνωστες στην επιστήμη. Ωστόσο, οι κύριες κατευθύνσεις του «έργου» τους είναι καλά μελετημένες. Μερικά χρειάζονται για την τόνωση των διεργασιών που συμβαίνουν στα κύτταρα και τους ιστούς. Άλλα μεταφέρουν σημαντικές μεταλλικές ενώσεις κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης και μέσω των αιμοφόρων αγγείων από το ένα όργανο στο άλλο. Μερικοί προστατεύουν το σώμα από ξένους συχνά παθογόνους παράγοντες. Ένα πράγμα είναι ξεκάθαρο - καμία διαδικασία στο σώμα μας δεν λαμβάνει χώρα χωρίς πρωτεΐνες.
Βασικές λειτουργίες των πρωτεϊνών
Οι λειτουργίες των πρωτεϊνών στο σώμα είναι ποικίλες. Κάθε ομάδα έχει μια συγκεκριμένη χημική ουσίακτίριο, εκτελεί μία εξειδικευμένη «εργασία». Σε ορισμένες περιπτώσεις, αρκετοί τύποι πρωτεϊνών διασυνδέονται μεταξύ τους. Είναι υπεύθυνοι για διαφορετικά στάδια της ίδιας διαδικασίας. Ή επηρεάζουν πολλά ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, η ρυθμιστική λειτουργία των πρωτεϊνών πραγματοποιείται από ένζυμα και ορμόνες. Αυτό το φαινόμενο μπορούμε να το φανταστούμε με την ανάμνηση της ορμόνης αδρεναλίνης. Παράγεται από τον μυελό των επινεφριδίων. Εισχωρώντας στα αιμοφόρα αγγεία, αυξάνει την ποσότητα οξυγόνου στο αίμα. Η αρτηριακή πίεση αυξάνεται επίσης, η περιεκτικότητα σε ζάχαρη αυξάνεται. Αυτό διεγείρει τις μεταβολικές διεργασίες. Η αδρεναλίνη είναι επίσης ένας νευροδιαβιβαστής στα ψάρια, τα αμφίβια και τα ερπετά.
Ενζυματική λειτουργία
Πολλές βιοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών πραγματοποιούνται σε υψηλές θερμοκρασίες και με ουδέτερη τιμή pH. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, ο ρυθμός διέλευσης τους είναι πολύ χαμηλός, επομένως χρειάζονται εξειδικευμένοι καταλύτες που ονομάζονται ένζυμα. Όλη η ποικιλομορφία τους συνδυάζεται σε 6 κατηγορίες, οι οποίες διαφέρουν ως προς την ιδιαιτερότητα της δράσης. Τα ένζυμα συντίθενται στα ριβοσώματα των κυττάρων. Η επιστήμη της ενζυμολογίας ασχολείται με τη μελέτη τους.
Αναμφίβολα, η ρυθμιστική λειτουργία των πρωτεϊνών είναι αδύνατη χωρίς ένζυμα. Έχουν υψηλή επιλεκτικότητα δράσης. Η δραστηριότητά τους μπορεί να ρυθμιστεί από αναστολείς και ενεργοποιητές. Επιπλέον, τα ένζυμα συνήθως παρουσιάζουν ειδικότητα υποστρώματος. Επίσης, η ενζυματική δραστηριότητα εξαρτάται από τις συνθήκες στο σώμα και στα κύτταρα ειδικότερα. Η ροή τους επηρεάζεται από την πίεση, το όξινο pH, τη θερμοκρασία, την ιοντική ισχύ του διαλύματος, δηλαδήσυγκέντρωση άλατος στο κυτταρόπλασμα.
Λειτουργία μεταφοράς πρωτεΐνης
Το κύτταρο πρέπει να λαμβάνει συνεχώς τα απαραίτητα μεταλλικά και οργανικά συστατικά για τον οργανισμό. Χρειάζονται ως δομικά υλικά και πηγές ενέργειας στα κύτταρα. Όμως ο μηχανισμός παραλαβής τους είναι αρκετά περίπλοκος. Τα κυτταρικά τοιχώματα αποτελούνται από περισσότερα από πρωτεΐνες. Οι βιολογικές μεμβράνες χτίζονται με βάση την αρχή της διπλής στρώσης λιπιδίων. Ανάμεσά τους είναι ενσωματωμένες διάφορες πρωτεΐνες. Είναι πολύ σημαντικό οι υδρόφιλες περιοχές να βρίσκονται στην επιφάνεια της μεμβράνης, ενώ οι υδρόφοβες περιοχές στο πάχος της. Έτσι, μια τέτοια δομή καθιστά το κέλυφος αδιαπέραστο. Δεν μπορούν να περάσουν από μόνοι τους, χωρίς «βοήθεια», τόσο σημαντικά συστατικά όπως τα σάκχαρα, τα ιόντα μετόλης και τα αμινοξέα. Μεταφέρονται μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης στο κυτταρόπλασμα από εξειδικευμένες πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες σε λιπιδικές στοιβάδες.
Μεταφορά ουσιών από το ένα όργανο στο άλλο
Αλλά η λειτουργία μεταφοράς των πρωτεϊνών δεν πραγματοποιείται μόνο μεταξύ της μεσοκυτταρικής ουσίας και του κυττάρου. Ορισμένες ουσίες σημαντικές για τις φυσιολογικές διεργασίες πρέπει να παραδοθούν από το ένα σώμα στο άλλο. Για παράδειγμα, η πρωτεΐνη μεταφοράς στο αίμα είναι η λευκωματίνη ορού. Είναι προικισμένο με μια μοναδική ικανότητα να σχηματίζει ενώσεις με λιπαρά οξέα που εμφανίζονται κατά την πέψη των λιπών, με φάρμακα, καθώς και με στεροειδείς ορμόνες. Σημαντικές πρωτεΐνες φορείς είναι η αιμοσφαιρίνη (που παρέχει μόρια οξυγόνου), η τρανσφερίνη (συνδυάζεται με ιόντα σιδήρου) και η σερουπλασμίνη (που σχηματίζει σύμπλοκα μεχαλκός).
Σηματοδοτική λειτουργία πρωτεϊνών
Οι πρωτεΐνες υποδοχέων έχουν μεγάλη σημασία στην πορεία των φυσιολογικών διεργασιών σε πολυκύτταρους πολύπλοκους οργανισμούς. Είναι ενσωματωμένα στην πλασματική μεμβράνη. Χρησιμεύουν για την αντίληψη και την αποκρυπτογράφηση διαφόρων ειδών σημάτων που εισέρχονται στα κύτταρα σε συνεχή ροή όχι μόνο από γειτονικούς ιστούς, αλλά και από το εξωτερικό περιβάλλον. Επί του παρόντος, ίσως η πιο μελετημένη πρωτεΐνη υποδοχέα είναι η ακετυλοχολίνη. Βρίσκεται σε έναν αριθμό ενδονευρωνικών συνδέσεων στην κυτταρική μεμβράνη.
Αλλά η σηματοδοτική λειτουργία των πρωτεϊνών δεν πραγματοποιείται μόνο μέσα στα κύτταρα. Πολλές ορμόνες συνδέονται με συγκεκριμένους υποδοχείς στην επιφάνειά τους. Μια τέτοια σχηματιζόμενη ένωση είναι ένα σήμα που ενεργοποιεί τις φυσιολογικές διεργασίες στα κύτταρα. Ένα παράδειγμα τέτοιων πρωτεϊνών είναι η ινσουλίνη, η οποία δρα στο σύστημα αδενυλικής κυκλάσης.
Λειτουργία προστασίας
Οι λειτουργίες των πρωτεϊνών σε ένα κύτταρο είναι διαφορετικές. Μερικά από αυτά εμπλέκονται σε ανοσολογικές αποκρίσεις. Αυτό προστατεύει το σώμα από μολύνσεις. Το ανοσοποιητικό σύστημα είναι σε θέση να ανταποκριθεί στους αναγνωρισμένους ξένους παράγοντες με τη σύνθεση ενός τεράστιου αριθμού λεμφοκυττάρων. Αυτές οι ουσίες μπορούν επιλεκτικά να βλάψουν αυτούς τους παράγοντες, μπορεί να είναι ξένοι στο σώμα, όπως βακτήρια, υπερμοριακά σωματίδια ή μπορεί να είναι καρκινικά κύτταρα.
Μία από τις ομάδες - τα "βήτα"-λεμφοκύτταρα - παράγει πρωτεΐνες που εισέρχονται στην κυκλοφορία του αίματος. Έχουν μια πολύ ενδιαφέρουσα λειτουργία. Αυτές οι πρωτεΐνες πρέπει να αναγνωρίζουν ξένα κύτταρα και μακρομόρια. Μετά συνδέονται μαζί τους,σχηματίζοντας ένα σύμπλεγμα που πρόκειται να καταστραφεί. Αυτές οι πρωτεΐνες ονομάζονται ανοσοσφαιρίνες. Τα ίδια τα ξένα συστατικά είναι αντιγόνα. Και οι ανοσοσφαιρίνες που αντιστοιχούν σε αυτές είναι αντισώματα.
Δομική συνάρτηση
Στον οργανισμό, εκτός από εξαιρετικά εξειδικευμένες, υπάρχουν και δομικές πρωτεΐνες. Είναι απαραίτητα για την παροχή μηχανικής αντοχής. Αυτές οι λειτουργίες των πρωτεϊνών στο κύτταρο είναι σημαντικές για τη διατήρηση του σχήματος και της νεότητας του σώματος. Το πιο γνωστό είναι το κολλαγόνο. Είναι η κύρια πρωτεΐνη της εξωκυτταρικής μήτρας των συνδετικών ιστών. Στα ανώτερα θηλαστικά, είναι μέχρι το 1/4 της συνολικής μάζας πρωτεϊνών. Το κολλαγόνο συντίθεται στους ινοβλάστες, οι οποίοι είναι τα κύρια κύτταρα των συνδετικών ιστών.
Τέτοιες λειτουργίες πρωτεϊνών στο κύτταρο έχουν μεγάλη σημασία. Εκτός από το κολλαγόνο, μια άλλη δομική πρωτεΐνη είναι γνωστή - η ελαστίνη. Είναι επίσης συστατικό της εξωκυτταρικής μήτρας. Η ελαστίνη είναι σε θέση να δώσει στους ιστούς την ικανότητα να τεντώνονται εντός ορισμένων ορίων και να επανέρχονται εύκολα στο αρχικό τους σχήμα. Ένα άλλο παράδειγμα δομικής πρωτεΐνης είναι το ινώδες, το οποίο βρίσκεται στις κάμπιες του μεταξοσκώληκα. Είναι το κύριο συστατικό των μεταξωτών νημάτων.
Κινητικές πρωτεΐνες
Ο ρόλος των πρωτεϊνών στο κύτταρο δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί. Συμμετέχουν επίσης στην εργασία των μυών. Η μυϊκή σύσπαση είναι μια σημαντική φυσιολογική διαδικασία. Ως αποτέλεσμα, το ATP που αποθηκεύεται με τη μορφή μακρομορίων μετατρέπεται σε χημική ενέργεια. Οι άμεσοι συμμετέχοντες στη διαδικασία είναι δύο πρωτεΐνες - η ακτίνη και η μυοσίνη.
Αυτές οι κινητικές πρωτεΐνεςείναι νηματώδη μόρια που λειτουργούν στο συσταλτικό σύστημα των σκελετικών μυών. Βρίσκονται επίσης σε μη μυϊκούς ιστούς σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Ένα άλλο παράδειγμα πρωτεϊνών κινητήρα είναι η τουμπουλίνη. Από αυτό κατασκευάζονται μικροσωληνίσκοι, οι οποίοι αποτελούν σημαντικό στοιχείο των μαστιγίων και των βλεφαρίδων. Μικροσωληνίσκοι που περιέχουν τουμπουλίνη βρίσκονται επίσης στα κύτταρα του νευρικού ιστού των ζώων.
Αντιβιοτικά
Ο προστατευτικός ρόλος των πρωτεϊνών στο κύτταρο είναι τεράστιος. Μέρος του αποδίδεται σε μια ομάδα που συνήθως ονομάζεται αντιβιοτικά. Πρόκειται για ουσίες φυσικής προέλευσης, οι οποίες συντίθενται, κατά κανόνα, σε βακτήρια, μικροσκοπικούς μύκητες και άλλους μικροοργανισμούς. Αποσκοπούν στην καταστολή των φυσιολογικών διεργασιών άλλων ανταγωνιστικών οργανισμών. Αντιβιοτικά πρωτεϊνικής προέλευσης ανακαλύφθηκαν στη δεκαετία του '40. έφεραν επανάσταση στην ιατρική, δίνοντάς της μια ισχυρή ώθηση στην ανάπτυξη.
Από τη χημική τους φύση, τα αντιβιοτικά αποτελούν μια πολύ διαφορετική ομάδα. Διαφέρουν επίσης ως προς τον μηχανισμό δράσης τους. Μερικά εμποδίζουν τη σύνθεση πρωτεϊνών μέσα στα κύτταρα, άλλα εμποδίζουν την παραγωγή σημαντικών ενζύμων, άλλα αναστέλλουν την ανάπτυξη και άλλα αναστέλλουν την αναπαραγωγή. Για παράδειγμα, η γνωστή στρεπτομυκίνη αλληλεπιδρά με τα ριβοσώματα των βακτηριακών κυττάρων. Έτσι, επιβραδύνουν δραματικά τη σύνθεση των πρωτεϊνών. Ταυτόχρονα, αυτά τα αντιβιοτικά δεν αλληλεπιδρούν με τα ευκαρυωτικά ριβοσώματα του ανθρώπινου σώματος. Αυτό σημαίνει ότι αυτές οι ουσίες δεν είναι τοξικές για τα ανώτερα θηλαστικά.
Δεν είναι όλες αυτές οι λειτουργίες των πρωτεϊνών στο κύτταρο. ΤραπέζιΟι αντιβιοτικές ουσίες σάς επιτρέπουν να προσδιορίσετε άλλες εξαιρετικά εξειδικευμένες δράσεις που μπορούν να έχουν αυτές οι συγκεκριμένες φυσικές ενώσεις στα βακτήρια και όχι μόνο. Επί του παρόντος, μελετώνται αντιβιοτικά πρωτεϊνικής προέλευσης, τα οποία, όταν αλληλεπιδρούν με το DNA, διαταράσσουν τις διαδικασίες που σχετίζονται με την ενσάρκωση των κληρονομικών πληροφοριών. Αλλά μέχρι στιγμής, τέτοιες ουσίες χρησιμοποιούνται μόνο στη χημειοθεραπεία ογκολογικών ασθενειών. Ένα παράδειγμα τέτοιας αντιβιοτικής ουσίας είναι η δακτινομυκίνη, η οποία συντίθεται από ακτινομύκητες.
Τοξίνες
Οι πρωτεΐνες σε ένα κύτταρο επιτελούν μια πολύ συγκεκριμένη, ακόμη και εξαιρετική λειτουργία. Ένας αριθμός ζωντανών οργανισμών παράγει τοξικές ουσίες - τοξίνες. Από τη φύση τους, πρόκειται για πρωτεΐνες και σύνθετες οργανικές ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους. Ένα παράδειγμα είναι ο δηλητηριώδης πολτός του μύκητα ωχρή γριβάδα.
Πρωτεΐνες αποθεμάτων και τροφίμων
Ορισμένες πρωτεΐνες επιτελούν τη λειτουργία της παροχής διατροφής στα έμβρυα των ζώων και των φυτών. Υπάρχουν πολλά τέτοια παραδείγματα. Η σημασία της πρωτεΐνης στο κύτταρο των σπόρων των δημητριακών έγκειται ακριβώς σε αυτό. Θα θρέψουν το αναδυόμενο μικρόβιο του φυτού στα πρώτα στάδια της ανάπτυξής του. Στα ζώα, οι διατροφικές πρωτεΐνες είναι η αλβουμίνη του αυγού και η καζεΐνη γάλακτος.
Ανεξερεύνητες ιδιότητες των πρωτεϊνών
Τα παραπάνω παραδείγματα είναι μόνο το μέρος που έχει ήδη μελετηθεί επαρκώς. Όμως στη φύση υπάρχουν πολλά μυστήρια. Οι πρωτεΐνες στο κύτταρο πολλών βιολογικών ειδών είναι μοναδικές και επί του παρόντος τις ταξινομούν ακόμη καιδύσκολος. Για παράδειγμα, η μονελίνη είναι μια πρωτεΐνη που ανακαλύφθηκε και απομονώθηκε από ένα αφρικανικό φυτό. Έχει γλυκιά γεύση, αλλά είναι μη παχύσαρκο και μη τοξικό. Στο μέλλον, μπορεί να είναι ένα εξαιρετικό υποκατάστατο της ζάχαρης. Ένα άλλο παράδειγμα είναι μια πρωτεΐνη που βρίσκεται σε ορισμένα ψάρια της Αρκτικής και εμποδίζει το πάγωμα του αίματος δρώντας ως αντιψυκτικό με την κυριολεκτική έννοια της σύγκρισης. Σε μια σειρά από έντομα, η πρωτεΐνη ρεζιλίνη, η οποία έχει μια μοναδική, σχεδόν τέλεια ελαστικότητα, βρέθηκε στις αρθρώσεις των φτερών. Και αυτά δεν είναι όλα παραδείγματα ουσιών που πρέπει ακόμη να μελετηθούν και να ταξινομηθούν.
