Ένας μεγάλος αριθμός οργανικών ουσιών που συνθέτουν ένα ζωντανό κύτταρο χαρακτηρίζονται από μεγάλα μοριακά μεγέθη και είναι βιοπολυμερή. Αυτές περιλαμβάνουν πρωτεΐνες, οι οποίες αποτελούν από 50 έως 80% της ξηρής μάζας ολόκληρου του κυττάρου. Τα μονομερή πρωτεΐνης είναι αμινοξέα που συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς. Τα μακρομόρια πρωτεΐνης έχουν πολλά επίπεδα οργάνωσης και εκτελούν μια σειρά από σημαντικές λειτουργίες στο κύτταρο: οικοδόμηση, προστατευτική, καταλυτική, κινητήρια κ.λπ. Στο άρθρο μας, θα εξετάσουμε τα δομικά χαρακτηριστικά των πεπτιδίων και θα δώσουμε επίσης παραδείγματα σφαιρικών και ινιδιακών πρωτεϊνών που αποτελούν το ανθρώπινο σώμα.
Μορφές οργάνωσης πολυπεπτιδικών μακρομορίων
Τα υπολείμματα αμινοξέων συνδέονται διαδοχικά μεταξύ τους με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς που ονομάζονταιπεπτίδιο. Είναι αρκετά ισχυρά και διατηρούν την πρωτογενή δομή της πρωτεΐνης σε σταθερή κατάσταση, η οποία έχει τη μορφή αλυσίδας. Η δευτερεύουσα μορφή εμφανίζεται όταν η πολυπεπτιδική αλυσίδα συστρέφεται σε μια άλφα έλικα. Σταθεροποιείται με επιπλέον αναδυόμενους δεσμούς υδρογόνου. Η τριτογενής, ή φυσική, διαμόρφωση είναι θεμελιώδους σημασίας, καθώς οι περισσότερες σφαιρικές πρωτεΐνες σε ένα ζωντανό κύτταρο έχουν ακριβώς μια τέτοια δομή. Η σπείρα είναι συσκευασμένη με τη μορφή σφαίρας ή σφαιριδίου. Η σταθερότητά του οφείλεται όχι μόνο στην εμφάνιση νέων δεσμών υδρογόνου, αλλά και στον σχηματισμό δισουλφιδικών γεφυρών. Προκύπτουν λόγω της αλληλεπίδρασης των ατόμων θείου που συνθέτουν το αμινοξύ κυστεΐνη. Σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό της τριτοταγούς δομής παίζουν οι υδρόφιλες και υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις μεταξύ ομάδων ατόμων εντός της πεπτιδικής δομής. Εάν μια σφαιρική πρωτεΐνη συνδυάζεται με τα ίδια μόρια μέσω ενός μη πρωτεϊνικού συστατικού, για παράδειγμα, ενός μεταλλικού ιόντος, τότε προκύπτει μια τεταρτοταγής διαμόρφωση - η υψηλότερη μορφή οργάνωσης του πολυπεπτιδίου.
Ινώδεις πρωτεΐνες
Οι συσταλτικές, κινητικές και οικοδομικές λειτουργίες στο κύτταρο εκτελούνται από πρωτεΐνες, τα μακρομόρια των οποίων μοιάζουν με λεπτές κλωστές - ινίδια. Τα πολυπεπτίδια που αποτελούν τις ίνες του δέρματος, των μαλλιών και των νυχιών ταξινομούνται ως ινώδη είδη. Τα πιο γνωστά από αυτά είναι το κολλαγόνο, η κερατίνη και η ελαστίνη. Δεν διαλύονται στο νερό, αλλά μπορούν να διογκωθούν σε αυτό, σχηματίζοντας μια κολλώδη και παχύρρευστη μάζα. Τα πεπτίδια μιας γραμμικής δομής αποτελούν επίσης μέρος των νημάτων της ατράκτου σχάσης, που σχηματίζουν τη μιτωτική συσκευή του κυττάρου. Αυτοί είναιπροσκολλώνται στα χρωμοσώματα, συστέλλονται και τα τεντώνουν στους πόλους του κυττάρου. Αυτή η διαδικασία παρατηρείται στην ανάφαση της μίτωσης - τη διαίρεση των σωματικών κυττάρων του σώματος, καθώς και στα στάδια μείωσης και εξίσωσης της διαίρεσης των γεννητικών κυττάρων - μείωση. Σε αντίθεση με τη σφαιρική πρωτεΐνη, τα ινίδια είναι σε θέση να τεντώνονται και να συστέλλονται γρήγορα. Οι βλεφαρίδες των βλεφαρίδων-παπούτσια, τα μαστίγια των euglena green ή μονοκύτταρων φυκιών - chlamydomonas είναι χτισμένα από ινίδια και εκτελούν τις λειτουργίες κίνησης στους πιο απλούς οργανισμούς. Η συστολή των μυϊκών πρωτεϊνών - ακτίνης και μυοσίνης, που αποτελούν μέρος του μυϊκού ιστού, καθορίζουν τις διάφορες κινήσεις των σκελετικών μυών και διατηρούν τον μυϊκό σκελετό του ανθρώπινου σώματος.
Δομή των σφαιρικών πρωτεϊνών
Πεπτίδια - φορείς μορίων διαφόρων ουσιών, προστατευτικές πρωτεΐνες - ανοσοσφαιρίνες, ορμόνες - αυτός είναι ένας ελλιπής κατάλογος πρωτεϊνών, η τριτοταγής δομή των οποίων έχει τη μορφή μπάλας - σφαιρίδια. Υπάρχουν ορισμένες πρωτεΐνες στο αίμα που έχουν συγκεκριμένες περιοχές στην επιφάνειά τους - ενεργά κέντρα. Με τη βοήθειά τους αναγνωρίζουν και προσκολλούν στον εαυτό τους τα μόρια των βιολογικά δραστικών ουσιών που παράγονται από τους αδένες μικτής και εσωτερικής έκκρισης. Με τη βοήθεια σφαιρικών πρωτεϊνών, οι ορμόνες του θυρεοειδούς και των σεξουαλικών αδένων, τα επινεφρίδια, ο θύμος αδένας, η υπόφυση χορηγούνται σε ορισμένα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος, εξοπλισμένα με ειδικούς υποδοχείς για την αναγνώρισή τους.
Πολυπεπτίδια μεμβράνης
Το μοντέλο υγρού-μωσαϊκού της δομής των κυτταρικών μεμβρανών προσαρμόζεται καλύτερα στις σημαντικές λειτουργίες τους: φραγμός,υποδοχέα και μεταφορά. Οι πρωτεΐνες που περιλαμβάνονται σε αυτό πραγματοποιούν τη μεταφορά ιόντων και σωματιδίων ορισμένων ουσιών, όπως γλυκόζη, αμινοξέα κ.λπ. Οι ιδιότητες των σφαιρικών πρωτεϊνών-φορέων μπορούν να μελετηθούν χρησιμοποιώντας την αντλία νατρίου-καλίου ως παράδειγμα. Πραγματοποιεί τη μετάβαση των ιόντων από το κύτταρο στον μεσοκυττάριο χώρο και αντίστροφα. Τα ιόντα νατρίου κινούνται συνεχώς προς τη μέση του κυτταροπλάσματος και τα κατιόντα καλίου κινούνται συνεχώς έξω από το κύτταρο. Η παραβίαση της επιθυμητής συγκέντρωσης αυτών των ιόντων οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο. Για να αποφευχθεί αυτή η απειλή, μια ειδική πρωτεΐνη ενσωματώνεται στην κυτταρική μεμβράνη. Η δομή των σφαιρικών πρωτεϊνών είναι τέτοια που μεταφέρουν τα κατιόντα Na+ και K+έναντι μιας βαθμίδας συγκέντρωσης χρησιμοποιώντας την ενέργεια του τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης.
Δομή και λειτουργία της ινσουλίνης
Διαλυτές πρωτεΐνες σφαιρικής δομής, που είναι σε τριτοταγή μορφή, δρουν ως ρυθμιστές του μεταβολισμού στο ανθρώπινο σώμα. Η ινσουλίνη παράγεται από τα βήτα κύτταρα των νησίδων Langerhans και ελέγχει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα. Αποτελείται από δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες (α- και β-μορφές) που συνδέονται με πολλές δισουλφιδικές γέφυρες. Πρόκειται για ομοιοπολικούς δεσμούς που προκύπτουν μεταξύ των μορίων του αμινοξέος που περιέχει θείο - κυστεΐνη. Η παγκρεατική ορμόνη αποτελείται κυρίως από μια διατεταγμένη αλληλουχία μονάδων αμινοξέων οργανωμένη με τη μορφή μιας άλφα έλικας. Ένα μικρό μέρος του έχει τη μορφή β-δομής και υπολείμματα αμινοξέων χωρίς αυστηρό προσανατολισμό στο διάστημα.
Αιμοσφαιρίνη
Ένα κλασικό παράδειγμα σφαιρικών πεπτιδίωνΗ πρωτεΐνη στο αίμα που προκαλεί το κόκκινο χρώμα του αίματος είναι η αιμοσφαιρίνη. Η πρωτεΐνη περιέχει τέσσερις πολυπεπτιδικές περιοχές με τη μορφή άλφα και βήτα ελίκων, οι οποίες συνδέονται με ένα μη πρωτεϊνικό συστατικό - την αίμη. Αντιπροσωπεύεται από ένα ιόν σιδήρου που δεσμεύει πολυπεπτιδικές αλυσίδες σε μία επιβεβαίωση που σχετίζεται με την τεταρτοταγή μορφή. Τα σωματίδια οξυγόνου συνδέονται με το μόριο της πρωτεΐνης (με αυτή τη μορφή ονομάζεται οξυαιμοσφαιρίνη) και στη συνέχεια μεταφέρονται στα κύτταρα. Αυτό εξασφαλίζει την κανονική πορεία των διεργασιών αφομοίωσης, αφού για να ληφθεί ενέργεια, το κύτταρο οξειδώνει τις οργανικές ουσίες που έχουν εισέλθει σε αυτό.
Ο ρόλος της πρωτεΐνης του αίματος στη μεταφορά αερίων
Εκτός από το οξυγόνο, η αιμοσφαιρίνη μπορεί επίσης να προσκολλήσει διοξείδιο του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται ως υποπροϊόν των καταβολικών κυτταρικών αντιδράσεων και πρέπει να αφαιρεθεί από τα κύτταρα. Εάν ο εισπνεόμενος αέρας περιέχει μονοξείδιο του άνθρακα - μονοξείδιο του άνθρακα, είναι σε θέση να σχηματίσει ισχυρό δεσμό με την αιμοσφαιρίνη. Σε αυτή την περίπτωση, μια άχρωμη και άοσμη τοξική ουσία κατά τη διαδικασία της αναπνοής διεισδύει γρήγορα στα κύτταρα του σώματος, προκαλώντας δηλητηρίαση. Ιδιαίτερα ευαίσθητες σε υψηλές συγκεντρώσεις μονοξειδίου του άνθρακα είναι οι δομές του εγκεφάλου. Υπάρχει παράλυση του αναπνευστικού κέντρου που βρίσκεται στον προμήκη μυελό, η οποία οδηγεί σε θάνατο από ασφυξία.
Στο άρθρο μας, εξετάσαμε τη δομή, τη δομή και τις ιδιότητες των πεπτιδίων και δώσαμε επίσης παραδείγματα σφαιρικών πρωτεϊνών που εκτελούν μια σειρά από σημαντικές λειτουργίες στο ανθρώπινο σώμα.
