Οι πρωτεΐνες (πολυπεπτίδια, πρωτεΐνες) είναι μακρομοριακές ουσίες, οι οποίες περιλαμβάνουν άλφα-αμινοξέα συνδεδεμένα με πεπτιδικό δεσμό. Η σύνθεση των πρωτεϊνών στους ζωντανούς οργανισμούς καθορίζεται από τον γενετικό κώδικα. Κατά κανόνα, η σύνθεση χρησιμοποιεί ένα σύνολο 20 τυπικών αμινοξέων.
Ταξινόμηση πρωτεϊνών
Ο διαχωρισμός των πρωτεϊνών πραγματοποιείται σύμφωνα με διαφορετικά κριτήρια:
- Το σχήμα ενός μορίου.
- Σύνθεση.
- Λειτουργίες.
Σύμφωνα με το τελευταίο κριτήριο, οι πρωτεΐνες ταξινομούνται:
- Σε δομικό.
- Θρεπτικό και ανταλλακτικό.
- Μεταφορές.
- Εργολάβοι.
Δομικές πρωτεΐνες
Αυτά περιλαμβάνουν ελαστίνη, κολλαγόνο, κερατίνη, ινώδες. Τα δομικά πολυπεπτίδια εμπλέκονται στο σχηματισμό των κυτταρικών μεμβρανών. Μπορούν να δημιουργήσουν κανάλια ή να εκτελέσουν άλλες λειτουργίες σε αυτά.
Θρεπτικές πρωτεΐνες αποθήκευσης
Το θρεπτικό πολυπεπτίδιο είναι η καζεΐνη. Λόγω αυτού, ο αναπτυσσόμενος οργανισμός εφοδιάζεται με ασβέστιο, φώσφορο καιαμινοξέα.
Οι αποθεματικές πρωτεΐνες είναι σπόροι καλλιεργούμενων φυτών, ασπράδι αυγού. Καταναλώνονται κατά το στάδιο ανάπτυξης των εμβρύων. Στο ανθρώπινο σώμα, όπως και στα ζώα, οι πρωτεΐνες δεν αποθηκεύονται σε εφεδρεία. Πρέπει να λαμβάνονται τακτικά με τροφή, διαφορετικά είναι πιθανή η ανάπτυξη δυστροφίας.
Μεταφορά πολυπεπτιδίων
Η
Η αιμοσφαιρίνη είναι ένα κλασικό παράδειγμα τέτοιων πρωτεϊνών. Άλλα πολυπεπτίδια που εμπλέκονται στην κίνηση των ορμονών, των λιπιδίων και άλλων ουσιών βρίσκονται επίσης στο αίμα.
Οι κυτταρικές μεμβράνες περιέχουν πρωτεΐνες που έχουν την ικανότητα να μεταφέρουν ιόντα, αμινοξέα, γλυκόζη και άλλες ενώσεις μέσω της κυτταρικής μεμβράνης.
Συσταλτικές πρωτεΐνες
Οι λειτουργίες αυτών των πολυπεπτιδίων σχετίζονται με το έργο των μυϊκών ινών. Επιπλέον, παρέχουν την κίνηση των βλεφαρίδων και των μαστιγίων στα πρωτόζωα. Οι συσταλτικές πρωτεΐνες εκτελούν τη λειτουργία της μεταφοράς οργανιδίων μέσα στο κύτταρο. Λόγω της παρουσίας τους, εξασφαλίζεται αλλαγή στις κυτταρικές μορφές.
Παραδείγματα συσταλτικών πρωτεϊνών είναι η μυοσίνη και η ακτίνη. Αξίζει να πούμε ότι αυτά τα πολυπεπτίδια βρίσκονται όχι μόνο στα κύτταρα των μυϊκών ινών. Οι συσταλτικές πρωτεΐνες εκτελούν τα καθήκοντά τους σχεδόν σε όλους τους ζωικούς ιστούς.
Λειτουργίες
Ένα μεμονωμένο πολυπεπτίδιο, η τροπομυοσίνη, βρίσκεται στα κύτταρα. Η συσταλτική μυϊκή πρωτεΐνη μυοσίνη είναι το πολυμερές της. Σχηματίζει ένα σύμπλεγμα με την ακτίνη.
Οι συσταλτικές μυϊκές πρωτεΐνες δεν διαλύονται στο νερό.
Ρυθμός σύνθεσης πολυπεπτιδίων
Ρυθμίζεται από τον θυρεοειδή καιστεροειδείς ορμόνες. Διεισδύοντας στο κύτταρο, συνδέονται με συγκεκριμένους υποδοχείς. Το σχηματιζόμενο σύμπλοκο διεισδύει στον πυρήνα του κυττάρου και συνδέεται με τη χρωματίνη. Αυτό αυξάνει τον ρυθμό σύνθεσης πολυπεπτιδίων σε επίπεδο γονιδίου.
Τα ενεργά γονίδια παρέχουν αυξημένη σύνθεση ορισμένου RNA. Φεύγει από τον πυρήνα, πηγαίνει στα ριβοσώματα και ενεργοποιεί τη σύνθεση νέων δομικών ή συσταλτικών πρωτεϊνών, ενζύμων ή ορμονών. Αυτή είναι η αναβολική επίδραση των γονιδίων.
Εν τω μεταξύ, η πρωτεϊνοσύνθεση στα κύτταρα είναι μια μάλλον αργή διαδικασία. Απαιτεί υψηλό ενεργειακό κόστος και πλαστικό υλικό. Κατά συνέπεια, οι ορμόνες δεν είναι σε θέση να ελέγξουν γρήγορα τον μεταβολισμό. Το βασικό τους καθήκον είναι να ρυθμίζουν την ανάπτυξη, τη διαφοροποίηση και την ανάπτυξη των κυττάρων στο σώμα.
Μυϊκή σύσπαση
Είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα της συσταλτικής λειτουργίας των πρωτεϊνών. Κατά τη διάρκεια της έρευνας, διαπιστώθηκε ότι η βάση της μυϊκής συστολής είναι μια αλλαγή στις φυσικές ιδιότητες του πολυπεπτιδίου.
Η συσταλτική λειτουργία εκτελείται από την πρωτεΐνη ακτομυοσίνης, η οποία αλληλεπιδρά με το τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης. Αυτή η σύνδεση συνοδεύεται από συστολή των μυοϊνιδίων. Μια τέτοια αλληλεπίδραση μπορεί να παρατηρηθεί έξω από το σώμα.
Για παράδειγμα, εάν εμποτιστούν σε νερό (εμποτισμένες) μυϊκές ίνες, χωρίς διεγερσιμότητα, εκτεθούν σε διάλυμα τριφωσφορικής αδενοσίνης, θα αρχίσει η απότομη συστολή τους, παρόμοια με τη σύσπαση των ζωντανών μυών. Αυτή η εμπειρία έχει μεγάλη πρακτική σημασία. Αποδεικνύει το γεγονός ότιη συστολή των μυών απαιτεί μια χημική αντίδραση συσταλτικών πρωτεϊνών με μια πλούσια σε ενέργεια ουσία.
Η δράση της βιταμίνης Ε
Από τη μία πλευρά, είναι το κύριο ενδοκυτταρικό αντιοξειδωτικό. Η βιταμίνη Ε προστατεύει τα λίπη και άλλες εύκολα οξειδωμένες ενώσεις από την οξείδωση. Ταυτόχρονα, δρα ως φορέας ηλεκτρονίων και συμμετέχει σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, οι οποίες σχετίζονται με την αποθήκευση της απελευθερωμένης ενέργειας.
Η ανεπάρκεια βιταμίνης Ε προκαλεί ατροφία του μυϊκού ιστού: το περιεχόμενο της συσταλτικής πρωτεΐνης μυοσίνης μειώνεται απότομα και αντικαθίσταται από κολλαγόνο, ένα αδρανές πολυπεπτίδιο.
Ειδικότητα της μυοσίνης
Θεωρείται μία από τις βασικές συσταλτικές πρωτεΐνες. Αντιπροσωπεύει περίπου το 55% της συνολικής περιεκτικότητας σε πολυπεπτίδια στον μυϊκό ιστό.
Τα νημάτια (παχιά νημάτια) των μυοϊνιδίων αποτελούνται από μυοσίνη. Το μόριο περιέχει ένα μακρύ ινώδες τμήμα, το οποίο έχει δομή διπλής έλικας, και κεφαλές (σφαιρικές δομές). Η μυοσίνη περιέχει 6 υπομονάδες: 2 βαριές και 4 ελαφριές αλυσίδες που βρίσκονται στο σφαιρικό τμήμα.
Το κύριο καθήκον της ινιδικής περιοχής είναι η ικανότητα να σχηματίζει δέσμες από νήματα μυοσίνης ή παχιά πρωτοϊνίδια.
Στις κεφαλές βρίσκονται η ενεργή θέση της ΑΤΡάσης και το κέντρο δέσμευσης της ακτίνης. Αυτό εξασφαλίζει υδρόλυση ATP και δέσμευση με νημάτια ακτίνης.
Ποικιλίες
Υπότυποι ακτίνης και μυοσίνης είναι:
- Dynein των μαστιγίων και των βλεφαρίδωνπρωτόζωα.
- Spectrin σε μεμβράνες ερυθροκυττάρων.
- Νευροστενίνη περισυναπτικών μεμβρανών.
Βακτηριακά πολυπεπτίδια που είναι υπεύθυνα για τη μετακίνηση διαφόρων ουσιών σε μια βαθμίδα συγκέντρωσης μπορούν επίσης να αποδοθούν στις ποικιλίες της ακτίνης και της μυοσίνης. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται επίσης χημειοταξία.
Ο ρόλος του τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης
Αν βάλετε νημάτια ακτομυοσίνης σε όξινο διάλυμα, προσθέσετε ιόντα καλίου και μαγνησίου, μπορείτε να δείτε ότι έχουν βραχύνει. Σε αυτή την περίπτωση, παρατηρείται διάσπαση του ATP. Αυτό το φαινόμενο δείχνει ότι η διάσπαση του τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης έχει κάποια σχέση με μια αλλαγή στις φυσικοχημικές ιδιότητες της συσταλτικής πρωτεΐνης και, κατά συνέπεια, με το έργο των μυών. Αυτό το φαινόμενο εντοπίστηκε για πρώτη φορά από τους Szent-Gyorgyi και Engelhardt.
Η σύνθεση και η διάσπαση του ATP είναι απαραίτητες στη διαδικασία μετατροπής της χημικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Κατά τη διάσπαση του γλυκογόνου, που συνοδεύεται από την παραγωγή γαλακτικού οξέος, όπως στην αποφωσφορυλίωση του τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης και του φωσφορικού οξέος κρεατίνης, δεν απαιτείται η συμμετοχή οξυγόνου. Αυτό εξηγεί την ικανότητα ενός απομονωμένου μυός να λειτουργεί υπό αναερόβιες συνθήκες.
Το γαλακτικό οξύ και τα προϊόντα που σχηματίζονται κατά τη διάσπαση της τριφωσφορικής αδενοσίνης και του φωσφορικού οξέος κρεατίνης συσσωρεύονται στις μυϊκές ίνες που κουράζονται όταν εργάζονται σε αναερόβιο περιβάλλον. Ως αποτέλεσμα, εξαντλούνται τα αποθέματα ουσιών, κατά τη διάσπαση των οποίων απελευθερώνεται η απαραίτητη ενέργεια. Εάν ένας κουρασμένος μυς τοποθετηθεί σε περιβάλλον που περιέχει οξυγόνο, θα το κάνεικαταναλώστε το. Μέρος του γαλακτικού οξέος θα αρχίσει να οξειδώνεται. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Η ενέργεια που απελευθερώνεται θα χρησιμοποιηθεί για την επανασύνθεση της φωσφορικής κρεατίνης, των τριφωσφορικών οξέων αδενοσίνης και του γλυκογόνου από προϊόντα αποσύνθεσης. Λόγω αυτού, ο μυς θα αποκτήσει ξανά την ικανότητα να εργάζεται.
Σκελετικοί μύες
Οι επιμέρους ιδιότητες των πολυπεπτιδίων μπορούν να εξηγηθούν μόνο με το παράδειγμα των λειτουργιών τους, δηλαδή τη συμβολή τους σε πολύπλοκες δραστηριότητες. Μεταξύ των λίγων δομών για τις οποίες έχει τεκμηριωθεί συσχέτιση μεταξύ πρωτεΐνης και λειτουργίας οργάνων, ο σκελετικός μυς αξίζει ιδιαίτερης προσοχής.
Το κύτταρο της ενεργοποιείται από νευρικές ώσεις (σήματα κατευθυνόμενα από τη μεμβράνη). Μοριακά, η συστολή βασίζεται στον κύκλο των διασταυρούμενων γεφυρών μέσω περιοδικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ ακτίνης, μυοσίνης και Mg-ATP. Οι πρωτεΐνες που δεσμεύουν το ασβέστιο και τα ιόντα Ca δρουν ως μεσολαβητές μεταξύ τελεστών και νευρικών σημάτων.
Η διαμεσολάβηση περιορίζει την ταχύτητα απόκρισης στις παρορμήσεις "on/off" και αποτρέπει τις αυθόρμητες συσπάσεις. Ταυτόχρονα, ορισμένες ταλαντώσεις (διακυμάνσεις) των μυϊκών ινών του σφονδύλου των φτερωτών εντόμων ελέγχονται όχι από ιόντα ή παρόμοιες ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους, αλλά απευθείας από συσταλτικές πρωτεΐνες. Λόγω αυτού, είναι δυνατές πολύ γρήγορες συσπάσεις, οι οποίες μετά την ενεργοποίηση προχωρούν μόνες τους.
Ιδιότητες υγρών κρυστάλλων πολυπεπτιδίων
Κατά τη βράχυνση των μυϊκών ινώνη περίοδος του πλέγματος που σχηματίζεται από τα πρωτοϊνίδια αλλάζει. Όταν ένα πλέγμα λεπτών νημάτων εισέρχεται σε μια δομή από παχιά στοιχεία, η τετραγωνική συμμετρία αντικαθίσταται από την εξαγωνική. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να θεωρηθεί μια πολυμορφική μετάβαση σε ένα σύστημα υγρών κρυστάλλων.
Χαρακτηριστικά μηχανοχημικών διεργασιών
Αποτελούν τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Η δραστηριότητα της ΑΤΡ-άσης των μεμβρανών των μιτοχονδριακών κυττάρων είναι παρόμοια με τη δράση του συστήματος ιοσίνης των σκελετικών μυών. Κοινά χαρακτηριστικά σημειώνονται επίσης στις μηχανοχημικές τους ιδιότητες: μειώνονται υπό την επίδραση του ATP.
Συνεπώς, μια συσταλτική πρωτεΐνη πρέπει να υπάρχει στις μιτοχονδριακές μεμβράνες. Και είναι πραγματικά εκεί. Έχει διαπιστωθεί ότι τα συσταλτικά πολυπεπτίδια εμπλέκονται στη μιτοχονδριακή μηχανοχημεία. Ωστόσο, αποδείχθηκε επίσης ότι η φωσφατιδυλινοσιτόλη (λιπίδιο μεμβράνης) παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στις διαδικασίες.
Extra
Το μόριο πρωτεΐνης μυοσίνης όχι μόνο συμβάλλει στη σύσπαση διαφόρων μυών, αλλά μπορεί επίσης να συμμετάσχει σε άλλες ενδοκυτταρικές διεργασίες. Αυτό, συγκεκριμένα, αφορά την κίνηση των οργανιδίων, την προσκόλληση νημάτων ακτίνης σε μεμβράνες, το σχηματισμό και τη λειτουργία του κυτταροσκελετού κ.λπ. Σχεδόν πάντα, το μόριο αλληλεπιδρά με τον ένα ή τον άλλο τρόπο με την ακτίνη, η οποία είναι η δεύτερη βασική συσταλτική πρωτεΐνη.
Έχει αποδειχθεί ότι τα μόρια της ακτομυοσίνης μπορούν να αλλάξουν μήκος υπό την επίδραση της χημικής ενέργειας που απελευθερώνεται όταν ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος διασπάται από το ATP. Με άλλα λόγια, αυτή η διαδικασίαπροκαλεί μυϊκή συστολή.
Το σύστημα ATP λειτουργεί έτσι ως ένα είδος συσσωρευτή χημικής ενέργειας. Όπως χρειάζεται, μετατρέπεται απευθείας σε μηχανικό μέσω ακτομυοσίνης. Ταυτόχρονα, δεν υπάρχει ενδιάμεσο στάδιο χαρακτηριστικό των διαδικασιών αλληλεπίδρασης άλλων στοιχείων - η μετάβαση στη θερμική ενέργεια.
