Οι πρωτεΐνες, ο βιολογικός ρόλος των οποίων θα εξεταστεί σήμερα, είναι μακρομοριακές ενώσεις κατασκευασμένες από αμινοξέα. Μεταξύ όλων των άλλων οργανικών ενώσεων, είναι από τις πιο πολύπλοκες στη δομή τους. Σύμφωνα με τη στοιχειακή σύνθεση, οι πρωτεΐνες διαφέρουν από τα λίπη και τους υδατάνθρακες: εκτός από οξυγόνο, υδρογόνο και άνθρακα, περιέχουν και άζωτο. Επιπλέον, το θείο είναι απαραίτητο συστατικό των πιο σημαντικών πρωτεϊνών και μερικές περιέχουν ιώδιο, σίδηρο και φώσφορο.
Ο βιολογικός ρόλος της πρωτεΐνης είναι πολύ υψηλός. Αυτές οι ενώσεις είναι που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του πρωτοπλάσματος, καθώς και τους πυρήνες των ζωντανών κυττάρων. Οι πρωτεΐνες βρίσκονται σε όλους τους ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς.
Μία ή περισσότερες συναρτήσεις
Ο βιολογικός ρόλος και οι λειτουργίες των διαφόρων ενώσεων τους είναι διαφορετικοί. Ως ουσία με συγκεκριμένη χημική δομή, κάθε πρωτεΐνη επιτελεί μια εξαιρετικά εξειδικευμένη λειτουργία. Μόνο σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να εκτελέσει πολλές διασυνδεδεμένες ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, η αδρεναλίνη, η οποία παράγεται στο μυελόεπινεφρίδια, εισερχόμενοι στην κυκλοφορία του αίματος, αυξάνει την αρτηριακή πίεση και την κατανάλωση οξυγόνου, το σάκχαρο του αίματος. Επιπλέον, είναι διεγερτικό του μεταβολισμού, και στα ψυχρόαιμα ζώα είναι επίσης μεσολαβητής του νευρικού συστήματος. Όπως μπορείτε να δείτε, εκτελεί πολλές λειτουργίες ταυτόχρονα.
Ενζυματική (καταλυτική) συνάρτηση
Διάφορες βιοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε ζωντανούς οργανισμούς πραγματοποιούνται σε ήπιες συνθήκες, στις οποίες η θερμοκρασία είναι κοντά στους 40°C και οι τιμές του pH είναι σχεδόν ουδέτερες. Υπό αυτές τις συνθήκες, οι ρυθμοί ροής πολλών από αυτούς είναι αμελητέοι. Επομένως, για να πραγματοποιηθούν χρειάζονται ένζυμα - ειδικοί βιολογικοί καταλύτες. Σχεδόν όλες οι αντιδράσεις, εκτός από τη φωτόλυση του νερού, καταλύονται στους ζωντανούς οργανισμούς από ένζυμα. Αυτά τα στοιχεία είναι είτε πρωτεΐνες είτε σύμπλοκα πρωτεϊνών με συμπαράγοντα (οργανικό μόριο ή μεταλλικό ιόν). Τα ένζυμα δρουν πολύ επιλεκτικά, ξεκινώντας την απαραίτητη διαδικασία. Έτσι, η καταλυτική λειτουργία που συζητήθηκε παραπάνω είναι μία από αυτές που εκτελούν οι πρωτεΐνες. Ο βιολογικός ρόλος αυτών των ενώσεων, ωστόσο, δεν περιορίζεται στην εφαρμογή του. Υπάρχουν πολλά ακόμη χαρακτηριστικά που θα εξετάσουμε παρακάτω.
Λειτουργία μεταφοράς
Για την ύπαρξη ενός κυττάρου είναι απαραίτητο να εισχωρούν σε αυτό πολλές ουσίες, οι οποίες του παρέχουν ενέργεια και δομικό υλικό. Όλες οι βιολογικές μεμβράνες είναι χτισμένες σε ένα κοινόαρχή. Αυτό είναι ένα διπλό στρώμα λιπιδίων, οι πρωτεΐνες είναι βυθισμένες σε αυτό. Ταυτόχρονα, υδρόφιλες περιοχές μακρομορίων συγκεντρώνονται στην επιφάνεια των μεμβρανών και υδρόφοβες «ουρές» συγκεντρώνονται στο πάχος τους. Αυτή η δομή παραμένει αδιαπέραστη από σημαντικά συστατικά: αμινοξέα, σάκχαρα, ιόντα μετάλλων αλκαλίων. Η διείσδυση αυτών των στοιχείων στο κύτταρο συμβαίνει με τη βοήθεια πρωτεϊνών μεταφοράς που είναι ενσωματωμένες στην κυτταρική μεμβράνη. Τα βακτήρια, για παράδειγμα, έχουν μια ειδική πρωτεΐνη που μεταφέρει τη λακτόζη (σάκχαρο γάλακτος) μέσω της εξωτερικής μεμβράνης.
Οι πολυκύτταροι οργανισμοί έχουν ένα σύστημα μεταφοράς διαφόρων ουσιών από το ένα όργανο στο άλλο. Μιλάμε κυρίως για την αιμοσφαιρίνη (εικόνα παραπάνω). Επιπλέον, η λευκωματίνη ορού (πρωτεΐνη μεταφοράς) υπάρχει συνεχώς στο πλάσμα του αίματος. Έχει την ικανότητα να σχηματίζει ισχυρά σύμπλοκα με λιπαρά οξέα που σχηματίζονται κατά την πέψη των λιπών, καθώς και με έναν αριθμό υδρόφοβων αμινοξέων (για παράδειγμα, με τρυπτοφάνη) και με πολλά φάρμακα (μερικές πενικιλίνες, σουλφοναμίδες, ασπιρίνη). Η τρανσφερρίνη, η οποία μεσολαβεί στη μεταφορά ιόντων σιδήρου στο σώμα, είναι ένα άλλο παράδειγμα. Μπορούμε επίσης να αναφέρουμε την σερουπλασμίνη, η οποία μεταφέρει ιόντα χαλκού. Έτσι, εξετάσαμε τη λειτουργία μεταφοράς που επιτελούν οι πρωτεΐνες. Ο βιολογικός τους ρόλος είναι επίσης πολύ σημαντικός από αυτή την άποψη.
Λειτουργία υποδοχέα
Οι πρωτεΐνες υποδοχέων έχουν μεγάλη σημασία, ειδικά για την υποστήριξη της ζωής πολυκύτταρων οργανισμών. Είναι ενσωματωμέναστην πλασματοκυτταρική μεμβράνη και χρησιμεύουν για την αντίληψη και περαιτέρω μετατροπή των σημάτων που εισέρχονται στο κύτταρο. Σε αυτήν την περίπτωση, τα σήματα μπορούν να προέρχονται τόσο από άλλα κύτταρα όσο και από το περιβάλλον. Οι υποδοχείς ακετυλοχολίνης είναι σήμερα οι πιο μελετημένοι. Εντοπίζονται σε έναν αριθμό ενδονευρωνικών επαφών στην κυτταρική μεμβράνη, συμπεριλαμβανομένων των νευρομυϊκών συνδέσεων, στον εγκεφαλικό φλοιό. Αυτές οι πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με την ακετυλοχολίνη και μεταδίδουν ένα σήμα στο κύτταρο.
Ο νευροδιαβιβαστής για να λάβει το σήμα και να το μετατρέψει πρέπει να αφαιρεθεί ώστε το κύτταρο να έχει την ευκαιρία να προετοιμαστεί για την αντίληψη περαιτέρω σημάτων. Για αυτό, χρησιμοποιείται ακετυλχολινεστεράση - ένα ειδικό ένζυμο που καταλύει την υδρόλυση της ακετυλοχολίνης σε χολίνη και οξικό. Δεν είναι αλήθεια ότι η λειτουργία του υποδοχέα που επιτελούν οι πρωτεΐνες είναι επίσης πολύ σημαντική; Ο βιολογικός ρόλος της επόμενης, προστατευτικής λειτουργίας για τον οργανισμό είναι τεράστιος. Δεν μπορεί να διαφωνήσει κανείς με αυτό.
Λειτουργία προστασίας
Στο σώμα, το ανοσοποιητικό σύστημα ανταποκρίνεται στην εμφάνιση ξένων σωματιδίων σε αυτό παράγοντας μεγάλο αριθμό λεμφοκυττάρων. Είναι σε θέση να καταστρέψουν στοιχεία επιλεκτικά. Τέτοια ξένα σωματίδια μπορεί να είναι καρκινικά κύτταρα, παθογόνα βακτήρια, υπερμοριακά σωματίδια (μακρομόρια, ιοί κ.λπ.). Τα Β-λεμφοκύτταρα είναι μια ομάδα λεμφοκυττάρων που παράγουν ειδικές πρωτεΐνες. Αυτές οι πρωτεΐνες απελευθερώνονται στο κυκλοφορικό σύστημα. Αναγνωρίζουν ξένα σωματίδια, ενώ σχηματίζουν ένα εξαιρετικά συγκεκριμένο σύμπλεγμα στο στάδιο της καταστροφής. Αυτές οι πρωτεΐνες ονομάζονται ανοσοσφαιρίνες. Οι ξένες ουσίες ονομάζονται αντιγόνα.που πυροδοτούν μια απόκριση του ανοσοποιητικού συστήματος.
Δομική συνάρτηση
Εκτός από τις πρωτεΐνες που επιτελούν εξαιρετικά εξειδικευμένες λειτουργίες, υπάρχουν και εκείνες των οποίων η σημασία είναι κυρίως δομική. Χάρη σε αυτά, παρέχεται μηχανική αντοχή, καθώς και άλλες ιδιότητες των ιστών των ζωντανών οργανισμών. Αυτές οι πρωτεΐνες περιλαμβάνουν, πρώτα απ 'όλα, κολλαγόνο. Το κολλαγόνο (φωτογραφία παρακάτω) στα θηλαστικά αποτελεί περίπου το ένα τέταρτο της μάζας των πρωτεϊνών. Συντίθεται στα κύρια κύτταρα που αποτελούν τον συνδετικό ιστό (που ονομάζονται ινοβλάστες).
Αρχικά, το κολλαγόνο σχηματίζεται ως προκολλαγόνο - ο πρόδρομός του, που υφίσταται χημική επεξεργασία στους ινοβλάστες. Στη συνέχεια σχηματίζεται με τη μορφή τριών πολυπεπτιδικών αλυσίδων στριμμένων σε μια σπείρα. Συνδυάζονται ήδη έξω από τους ινοβλάστες σε ινίδια κολλαγόνου διαμέτρου αρκετών εκατοντάδων νανόμετρων. Τα τελευταία σχηματίζουν νημάτια κολλαγόνου, τα οποία είναι ήδη ορατά στο μικροσκόπιο. Σε ελαστικούς ιστούς (τοιχώματα πνευμόνων, αιμοφόρα αγγεία, δέρμα), η εξωκυτταρική μήτρα, εκτός από κολλαγόνο, περιέχει και την πρωτεΐνη ελαστίνη. Μπορεί να εκτείνεται σε ένα αρκετά μεγάλο εύρος και στη συνέχεια να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση. Ένα άλλο παράδειγμα δομικής πρωτεΐνης που μπορεί να δοθεί εδώ είναι το ινώδες μεταξιού. Απομονώνεται κατά τον σχηματισμό της νύμφης της κάμπιας του μεταξοσκώληκα. Είναι το κύριο συστατικό των μεταξωτών νημάτων. Ας προχωρήσουμε στην περιγραφή των πρωτεϊνών κινητήρα.
Κινητικές πρωτεΐνες
Και στην εφαρμογή των κινητικών διεργασιών, ο βιολογικός ρόλος των πρωτεϊνών είναι μεγάλος. Ας μιλήσουμε εν συντομία για αυτή τη λειτουργία. Η μυϊκή σύσπαση είναι η διαδικασία κατά την οποία η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανικό έργο. Οι άμεσοι συμμετέχοντες είναι δύο πρωτεΐνες - η μυοσίνη και η ακτίνη. Η μυοσίνη έχει μια πολύ ασυνήθιστη δομή. Σχηματίζεται από δύο σφαιρικές κεφαλές και μια ουρά (ένα μακρύ νηματώδες τμήμα). Περίπου 1600 nm είναι το μήκος ενός μορίου. Οι κεφαλές αντιστοιχούν σε περίπου 200 nm.
Η ακτίνη (εικόνα παραπάνω) είναι μια σφαιρική πρωτεΐνη με μοριακό βάρος 42.000. Μπορεί να πολυμεριστεί για να σχηματίσει μια μακρά δομή και να αλληλεπιδράσει σε αυτή τη μορφή με την κεφαλή της μυοσίνης. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό αυτής της διαδικασίας είναι η εξάρτησή της από την παρουσία ATP. Εάν η συγκέντρωσή του είναι αρκετά υψηλή, το σύμπλοκο που σχηματίζεται από τη μυοσίνη και την ακτίνη καταστρέφεται και στη συνέχεια αποκαθίσταται ξανά αφού συμβεί υδρόλυση ATP ως αποτέλεσμα της δράσης της μυοσίνης ATPase. Αυτή η διαδικασία μπορεί να παρατηρηθεί, για παράδειγμα, σε ένα διάλυμα στο οποίο υπάρχουν και οι δύο πρωτεΐνες. Γίνεται παχύρρευστο ως αποτέλεσμα του σχηματισμού ενός συμπλόκου υψηλού μοριακού βάρους απουσία ΑΤΡ. Όταν προστίθεται, το ιξώδες μειώνεται απότομα λόγω της καταστροφής του δημιουργημένου συμπλόκου, μετά το οποίο αρχίζει σταδιακά να ανακάμπτει ως αποτέλεσμα της υδρόλυσης ATP. Στη διαδικασία της μυϊκής συστολής, αυτές οι αλληλεπιδράσεις παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο.
Αντιβιοτικά
Συνεχίζουμε να αποκαλύπτουμε το θέμα «Ο βιολογικός ρόλος της πρωτεΐνης στον οργανισμό». Μια πολύ μεγάλη και πολύ σημαντική ομάδαφυσικές ενώσεις συνθέτουν ουσίες που ονομάζονται αντιβιοτικά. Είναι μικροβιακής προέλευσης. Οι ουσίες αυτές εκκρίνονται από ειδικούς τύπους μικροοργανισμών. Ο βιολογικός ρόλος των αμινοξέων και των πρωτεϊνών είναι αδιαμφισβήτητος, αλλά τα αντιβιοτικά επιτελούν μια ιδιαίτερη, πολύ σημαντική λειτουργία. Αναστέλλουν την ανάπτυξη μικροοργανισμών που τα ανταγωνίζονται. Στη δεκαετία του 1940, η ανακάλυψη και η χρήση αντιβιοτικών έφερε επανάσταση στη θεραπεία μολυσματικών ασθενειών που προκαλούνται από βακτήρια. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στις περισσότερες περιπτώσεις, τα αντιβιοτικά δεν δρουν στους ιούς, επομένως η χρήση τους ως αντιιικών φαρμάκων είναι αναποτελεσματική.
Παραδείγματα αντιβιοτικών
Η ομάδα της πενικιλίνης ήταν η πρώτη που εφαρμόστηκε στην πράξη. Παραδείγματα αυτής της ομάδας είναι η αμπικιλλίνη και η βενζυλοπενικιλλίνη. Τα αντιβιοτικά διαφέρουν ως προς τον μηχανισμό δράσης τους και τη χημική τους φύση. Μερικά από αυτά που χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα αλληλεπιδρούν με ανθρώπινα ριβοσώματα, ενώ η σύνθεση πρωτεϊνών αναστέλλεται στα βακτηριακά ριβοσώματα. Ταυτόχρονα, δύσκολα αλληλεπιδρούν με ευκαρυωτικά ριβοσώματα. Ως εκ τούτου, είναι καταστροφικά για τα βακτηριακά κύτταρα και ελαφρώς τοξικά για τα ζώα και τον άνθρωπο. Αυτά τα αντιβιοτικά περιλαμβάνουν στρεπτομυκίνη και λεβομυκετίνη (χλωραμφενικόλη).
Ο βιολογικός ρόλος της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών είναι πολύ σημαντικός και αυτή η ίδια η διαδικασία έχει πολλά στάδια. Θα μιλήσουμε για αυτό μόνο γενικά.
Η διαδικασία και ο βιολογικός ρόλος της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών
Αυτή η διαδικασία είναι πολλαπλών σταδίων και πολύ περίπλοκη. Εμφανίζεται στα ριβοσώματα -ειδικά οργανίδια. Το κύτταρο περιέχει πολλά ριβοσώματα. Το E. coli, για παράδειγμα, έχει περίπου 20 χιλιάδες από αυτά.
"Περιγράψτε τη διαδικασία της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών και τον βιολογικό της ρόλο" - μια τέτοια εργασία που πολλοί από εμάς λάβαμε στο σχολείο. Και για πολλούς ήταν δύσκολο. Λοιπόν, ας προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε μαζί.
Τα μόρια πρωτεΐνης είναι πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Αποτελούνται, όπως ήδη γνωρίζετε, από μεμονωμένα αμινοξέα. Ωστόσο, οι τελευταίοι δεν είναι αρκετά δραστήριοι. Προκειμένου να συνδυαστούν και να σχηματίσουν ένα μόριο πρωτεΐνης, απαιτούν ενεργοποίηση. Εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της δράσης ειδικών ενζύμων. Κάθε αμινοξύ έχει το δικό του ένζυμο ειδικά συντονισμένο σε αυτό. Η πηγή ενέργειας για αυτή τη διαδικασία είναι το ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη). Ως αποτέλεσμα της ενεργοποίησης, το αμινοξύ γίνεται πιο ασταθές και δεσμεύεται υπό τη δράση αυτού του ενζύμου με το t-RNA, το οποίο το μεταφέρει στο ριβόσωμα (εξαιτίας αυτού, αυτό το RNA ονομάζεται μεταφορά). Έτσι, τα ενεργοποιημένα αμινοξέα που συνδέονται με το tRNA εισέρχονται στο ριβόσωμα. Το ριβόσωμα είναι ένα είδος μεταφορέα για τη συναρμολόγηση πρωτεϊνικών αλυσίδων από τα εισερχόμενα αμινοξέα.
Ο ρόλος της πρωτεϊνοσύνθεσης είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί, αφού οι συντιθέμενες ενώσεις επιτελούν πολύ σημαντικές λειτουργίες. Σχεδόν όλες οι κυτταρικές δομές αποτελούνται από αυτές.
Λοιπόν, περιγράψαμε με γενικούς όρους τη διαδικασία της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών και τον βιολογικό της ρόλο. Αυτό ολοκληρώνει την εισαγωγή μας στις πρωτεΐνες. Ελπίζουμε να έχετε την επιθυμία να το συνεχίσετε.
