Proteiinit ovat tärkeimpiä orgaanisia aineita, joiden lukumäärä ylittää kaikki muut elävässä solussa olevat makromolekyylit. Ne muodostavat yli puolet sekä kasvi- että eläinorganismien kuiva-ainepainosta. Proteiinien tehtävät solussa ovat moninaiset, osa niistä on vielä tieteen tuntemattomia. Mutta silti heidän "työnsä" pääsuunnat ovat hyvin tutkittuja. Jotkut ovat tarpeen soluissa ja kudoksissa tapahtuvien prosessien stimuloimiseksi. Toiset kuljettavat tärkeitä mineraaliyhdisteitä solukalvon läpi ja verisuonten kautta elimestä toiseen. Jotkut suojaavat kehoa vierailta usein patogeenisiltä aineilta. Yksi asia on selvä - yksikään prosessi ei tapahdu kehossamme ilman proteiineja.
Proteiinien perustoiminnot
Proteiinien tehtävät kehossa ovat monipuoliset. Jokaisella ryhmällä on tietty kemikaalirakennus, suorittaa yhden erikoistuneen "työn". Joissakin tapauksissa usean tyyppiset proteiinit ovat yhteydessä toisiinsa. He ovat vastuussa saman prosessin eri vaiheista. Tai ne vaikuttavat useaan kerralla. Esimerkiksi proteiinien säätelytoimintoa hoitavat entsyymit ja hormonit. Tämä ilmiö voidaan kuvitella muistamalla adrenaliinihormoni. Sitä tuottaa lisämunuaisen ydin. Verisuoniin joutuessaan se lisää hapen määrää veressä. Myös verenpaine nousee, sokeripitoisuus kasvaa. Tämä stimuloi aineenvaihduntaprosesseja. Adrenaliini on myös välittäjäaine kaloissa, sammakkoeläimissä ja matelijoissa.
Entsymaattinen toiminto
Monet elävien organismien soluissa tapahtuvat biokemialliset reaktiot tapahtuvat korkeissa lämpötiloissa ja neutraalilla pH-arvolla. Tällaisissa olosuhteissa niiden läpikulkunopeus on liian alhainen, joten tarvitaan erikoistuneita katalyyttejä, joita kutsutaan entsyymeiksi. Kaikki niiden monimuotoisuus on yhdistetty 6 luokkaan, jotka eroavat toiminnan spesifisyydestä. Entsyymit syntetisoidaan solujen ribosomeissa. Entsymologian tiede on mukana heidän tutkimuksessaan.
Epäilemättä proteiinien säätelytoiminto on mahdoton ilman entsyymejä. Niillä on korkea toiminnan selektiivisyys. Niiden aktiivisuutta voidaan säädellä estäjillä ja aktivaattoreilla. Lisäksi entsyymeillä on tavallisesti substraattispesifisyys. Myös entsymaattinen aktiivisuus riippuu kehon ja erityisesti solujen olosuhteista. Niiden virtaukseen vaikuttavat paine, hapan pH, lämpötila, liuoksen ionivahvuus, elisuolapitoisuus sytoplasmassa.
Proteiinin kuljetustoiminto
Solun on saatava jatkuvasti elimistölle tarvittavat mineraali- ja orgaaniset aineet. Niitä tarvitaan rakennusmateriaaleina ja energialähteinä soluissa. Mutta niiden vastaanottomekanismi on melko monimutkainen. Soluseinät koostuvat muustakin kuin vain proteiineista. Biologiset kalvot on rakennettu kaksinkertaisen lipidikerroksen periaatteelle. Niiden väliin on upotettu erilaisia proteiineja. On erittäin tärkeää, että hydrofiiliset alueet sijaitsevat kalvon pinnalla, kun taas hydrofobiset alueet sijaitsevat sen paksuudessa. Siten tällainen rakenne tekee kuoresta läpäisemättömän. He eivät pysty kulkemaan sen läpi itsestään, ilman "apua", sellaisia tärkeitä komponentteja kuin sokereita, metoli-ioneja ja aminohappoja. Ne kuljetetaan sytoplasmisen kalvon läpi sytoplasmaan erikoistuneiden proteiinien avulla, jotka on upotettu lipidikerroksiin.
Aineiden kuljetus elimestä toiseen
Mutta proteiinien kuljetustoiminto ei suoriteta vain solujen välisen aineen ja solun välillä. Jotkut fysiologisten prosessien kann alta tärkeät aineet on kuljetettava kehosta toiseen. Esimerkiksi veren kuljetusproteiini on seerumin albumiini. Sillä on ainutlaatuinen kyky muodostaa yhdisteitä rasvahappojen kanssa, joita esiintyy rasvojen sulatuksessa, lääkkeiden sekä steroidihormonien kanssa. Tärkeitä kantajaproteiineja ovat hemoglobiini (joka kuljettaa happimolekyylejä), transferriini (yhdistyy rauta-ionien kanssa) ja ceruplasmiini (muodostavat kompleksejakupari).
Proteiinien signaalitoiminto
Reseptoriproteiinit ovat erittäin tärkeitä monisoluisten kompleksisten organismien fysiologisten prosessien aikana. Ne on upotettu plasmakalvoon. Niiden tehtävänä on havaita ja tulkita erilaisia signaaleja, jotka tulevat soluihin jatkuvassa virrassa paitsi naapurikudoksista, myös ulkoisesta ympäristöstä. Tällä hetkellä ehkä eniten tutkittu reseptoriproteiini on asetyylikoliini. Se sijaitsee useissa solukalvon interneuronaalisissa liitoksissa.
Mutta proteiinien signalointitoiminto ei suoriteta vain solujen sisällä. Monet hormonit sitoutuvat pinnallaan oleviin tiettyihin reseptoreihin. Tällainen muodostunut yhdiste on signaali, joka aktivoi fysiologisia prosesseja soluissa. Esimerkki tällaisista proteiineista on insuliini, joka toimii adenylaattisyklaasijärjestelmässä.
Suojaustoiminto
Proteiinien tehtävät solussa ovat erilaisia. Jotkut heistä ovat mukana immuunivasteissa. Tämä suojaa kehoa infektioilta. Immuunijärjestelmä pystyy reagoimaan tunnistettuihin vieraisiin aineisiin synteesillä v altavan määrän lymfosyyttejä. Nämä aineet voivat valikoivasti vahingoittaa näitä aineita, ne voivat olla keholle vieraita, kuten bakteereja, supramolekyylisiä hiukkasia tai ne voivat olla syöpäsoluja.
Yksi ryhmistä - "beeta"-lymfosyytit - tuottaa proteiineja, jotka pääsevät verenkiertoon. Niillä on erittäin mielenkiintoinen tehtävä. Näiden proteiinien on tunnistettava vieraat solut ja makromolekyylit. Sitten he muodostavat yhteyden heihin,muodostaen kompleksin, joka on tuhottava. Näitä proteiineja kutsutaan immunoglobuliineiksi. Vieraat komponentit itsessään ovat antigeenejä. Ja niitä vastaavat immunoglobuliinit ovat vasta-aineita.
Rakennetoiminto
Kehossa on pitkälle erikoistuneiden lisäksi myös rakenteellisia proteiineja. Ne ovat välttämättömiä mekaanisen lujuuden takaamiseksi. Nämä solun proteiinien toiminnot ovat tärkeitä kehon muodon ja nuoruuden ylläpitämiselle. Tunnetuin on kollageeni. Se on sidekudosten ekstrasellulaarisen matriisin pääproteiini. Korkeammilla nisäkkäillä se on jopa 1/4 proteiinien kokonaismassasta. Kollageenia syntetisoidaan fibroblasteissa, jotka ovat sidekudosten pääsoluja.
Tällaisilla proteiinien toiminnoilla solussa on suuri merkitys. Kollageenin lisäksi tunnetaan toinen rakenneproteiini - elastiini. Se on myös solunulkoisen matriisin ainesosa. Elastiini pystyy antamaan kudoksille kyvyn venyä tietyissä rajoissa ja palata helposti alkuperäiseen muotoonsa. Toinen esimerkki rakenneproteiinista on fibroiini, jota löytyy silkkiäistoukkien toukista. Se on silkkilankojen pääkomponentti.
Moottoriproteiinit
Proteiinien roolia solussa ei voi yliarvioida. He osallistuvat myös lihasten työhön. Lihasten supistuminen on tärkeä fysiologinen prosessi. Tämän seurauksena makromolekyylien muodossa varastoitu ATP muunnetaan kemialliseksi energiaksi. Prosessin suoria osallistujia ovat kaksi proteiinia - aktiini ja myosiini.
Nämä moottoriproteiinitovat rihmamaisia molekyylejä, jotka toimivat luustolihasten supistumisjärjestelmässä. Niitä löytyy myös eukaryoottisolujen muista kuin lihaskudoksista. Toinen esimerkki moottoriproteiineista on tubuliini. Siitä rakennetaan mikrotubuluksia, jotka ovat tärkeä elementti siimoissa ja väreissä. Tubuliinia sisältäviä mikrotubuluksia löytyy myös eläinten hermokudoksen soluista.
Antibiootit
Proteiinien suojaava rooli solussa on v altava. Osa siitä on osoitettu ryhmään, jota kutsutaan yleisesti antibiooteiksi. Nämä ovat luonnollista alkuperää olevia aineita, jotka syntetisoidaan yleensä bakteereissa, mikroskooppisissa sienissä ja muissa mikro-organismeissa. Niiden tarkoituksena on tukahduttaa muiden kilpailevien organismien fysiologiset prosessit. Proteiiniperäiset antibiootit löydettiin 40-luvulla. He mullistivat lääketieteen ja antoivat sille voimakkaan sysäyksen kehitykselle.
Antibiootit ovat kemiallisen luonteensa vuoksi hyvin monimuotoinen ryhmä. Ne eroavat myös toimintamekanismiltaan. Jotkut estävät proteiinisynteesiä solujen sisällä, toiset estävät tärkeiden entsyymien tuotannon, toiset estävät kasvua ja toiset estävät lisääntymistä. Esimerkiksi hyvin tunnettu streptomysiini on vuorovaikutuksessa bakteerisolujen ribosomien kanssa. Siten ne hidastavat dramaattisesti proteiinien synteesiä. Samaan aikaan nämä antibiootit eivät ole vuorovaikutuksessa ihmiskehon eukaryoottisten ribosomien kanssa. Tämä tarkoittaa, että nämä aineet eivät ole myrkyllisiä korkeammille nisäkkäille.
Tämä ei ole kaikki proteiinien tehtävät solussa. Pöytäantibioottisten aineiden avulla voit määrittää muita erittäin erikoistuneita vaikutuksia, joita nämä tietyt luonnolliset yhdisteet voivat vaikuttaa bakteereihin, eikä vain. Tällä hetkellä tutkitaan proteiiniperäisiä antibiootteja, jotka vuorovaikutuksessa DNA:n kanssa häiritsevät perinnöllisen tiedon ilmentymiseen liittyviä prosesseja. Mutta toistaiseksi tällaisia aineita käytetään vain onkologisten sairauksien kemoterapiassa. Esimerkki tällaisesta antibioottisesta aineesta on daktinomysiini, jota aktinomykeetit syntetisoivat.
Toksiinit
Proteiinit solussa suorittavat hyvin spesifisen ja jopa poikkeuksellisen tehtävän. Monet elävät organismit tuottavat myrkyllisiä aineita - myrkkyjä. Luonteeltaan nämä ovat proteiineja ja monimutkaisia alhaisen molekyylipainon orgaanisia yhdisteitä. Esimerkki on vaalean uikkusienen myrkyllinen massa.
Vara- ja ruokaproteiinit
Jotkut proteiinit tarjoavat ravintoa eläinten ja kasvien alkioille. Tällaisia esimerkkejä on monia. Proteiinin merkitys viljan siementen solussa piilee juuri tässä. Ne ravitsevat kasvin nousevaa alkiota sen kehityksen ensimmäisissä vaiheissa. Eläinten ravinnon proteiineja ovat munaalbumiini ja maidon kaseiini.
Proteiinien tutkimattomat ominaisuudet
Yllä olevat esimerkit ovat vain osa, jota on jo tutkittu riittävästi. Mutta luonnossa on monia mysteereitä. Monien biologisten lajien soluissa olevat proteiinit ovat ainutlaatuisia, ja tällä hetkellä ne jopa luokitellaanvaikea. Esimerkiksi monelliini on afrikkalaisesta kasvista löydetty ja eristetty proteiini. Se maistuu make alta, mutta ei ole lihava ja myrkytön. Tulevaisuudessa se voi olla erinomainen sokerin korvike. Toinen esimerkki on joissakin arktisissa kaloissa esiintyvä proteiini, joka estää verta jäätymästä toimimalla jäätymisenestoaineena vertailun kirjaimellisessa merkityksessä. Useissa hyönteisissä siipien nivelistä löydettiin resiliiniproteiinia, jolla on ainutlaatuinen, lähes täydellinen joustavuus. Ja nämä eivät ole kaikki esimerkkejä aineista, joita ei ole vielä tutkittu ja luokiteltava.
