Proteiinit, joiden biologista roolia tarkastellaan tänään, ovat aminohapoista koostuvia makromolekyyliyhdisteitä. Kaikkien muiden orgaanisten yhdisteiden joukossa ne ovat rakenteeltaan monimutkaisimpia. Alkuainekoostumuksen mukaan proteiinit eroavat rasvoista ja hiilihydraateista: ne sisältävät hapen, vedyn ja hiilen lisäksi myös typpeä. Lisäksi rikki on tärkeimpien proteiinien välttämätön komponentti, ja jotkut sisältävät jodia, rautaa ja fosforia.
Proteiinin biologinen rooli on erittäin korkea. Nämä yhdisteet muodostavat suurimman osan protoplasman massasta sekä elävien solujen ytimistä. Proteiineja löytyy kaikista eläin- ja kasviorganismeista.
Yksi tai useampi toiminto
Niiden eri yhdisteiden biologinen rooli ja toiminnot ovat erilaisia. Aineena, jolla on erityinen kemiallinen rakenne, jokainen proteiini suorittaa erittäin erikoistuneen tehtävän. Vain joissakin tapauksissa se voi suorittaa useita toisiinsa kytkettyjä laitteita kerralla. Esimerkiksi adrenaliini, jota syntyy ydinytimessälisämunuaiset, pääsy verenkiertoon, lisää verenpainetta ja hapen kulutusta, verensokeria. Lisäksi se stimuloi aineenvaihduntaa, ja kylmäverisillä eläimillä se on myös hermoston välittäjä. Kuten näet, se suorittaa useita toimintoja kerralla.
Entsymaattinen (katalyyttinen) toiminto
Elävissä organismeissa tapahtuvia monimuotoisia biokemiallisia reaktioita suoritetaan leudoissa olosuhteissa, joissa lämpötila on lähellä 40°C ja pH-arvot lähes neutraalit. Näissä olosuhteissa monien niistä virtausnopeudet ovat mitättömiä. Siksi niiden toteuttamiseksi tarvitaan entsyymejä - erityisiä biologisia katalyyttejä. Lähes kaikki reaktiot, paitsi veden fotolyysi, katalysoidaan elävissä organismeissa entsyymien avulla. Nämä elementit ovat joko proteiineja tai proteiinien komplekseja kofaktorin (orgaanisen molekyylin tai metalli-ionin) kanssa. Entsyymit toimivat hyvin valikoivasti aloittaen tarvittavan prosessin. Joten edellä käsitelty katalyyttinen toiminta on yksi niistä, joita proteiinit suorittavat. Näiden yhdisteiden biologinen rooli ei kuitenkaan rajoitu sen toteuttamiseen. Alla on monia muita ominaisuuksia, joita tarkastelemme alla.
Kuljetustoiminto
Solun olemassaolo edellyttää, että siihen pääsee monia aineita, jotka antavat sille energiaa ja rakennusmateriaalia. Kaikki biologiset kalvot on rakennettu yhteiseksiperiaate. Tämä on kaksinkertainen lipidien kerros, proteiinit upotetaan siihen. Samanaikaisesti makromolekyylien hydrofiiliset alueet keskittyvät kalvojen pinnalle ja hydrofobiset "hännät" ovat keskittyneet paksuudeltaan. Tämä rakenne ei läpäise tärkeitä komponentteja: aminohappoja, sokereita, alkalimetalli-ioneja. Näiden elementtien tunkeutuminen soluun tapahtuu kuljetusproteiinien avulla, jotka on upotettu solukalvoon. Esimerkiksi bakteereissa on erityinen proteiini, joka kuljettaa laktoosia (maitosokeria) ulkokalvon läpi.
Monisoluisilla organismeilla on järjestelmä erilaisten aineiden kuljettamiseksi elimestä toiseen. Puhumme ensisijaisesti hemoglobiinista (kuvassa yllä). Lisäksi seerumin albumiinia (kuljetusproteiinia) on jatkuvasti läsnä veriplasmassa. Sillä on kyky muodostaa vahvoja komplekseja rasvojen pilkkomisen aikana muodostuneiden rasvahappojen sekä useiden hydrofobisten aminohappojen (esimerkiksi tryptofaanin) ja monien lääkkeiden (jotkut penisilliinit, sulfonamidit, aspiriini) kanssa. Transferriini, joka välittää rauta-ionien kuljetusta kehossa, on toinen esimerkki. Voidaan mainita myös kupari-ioneja kuljettava ceruplasmiini. Joten olemme pohtineet proteiinien suorittamaa kuljetustoimintoa. Niiden biologinen rooli on myös erittäin merkittävä tästä näkökulmasta.
Reseptoritoiminto
Reseptoriproteiinit ovat erittäin tärkeitä, erityisesti monisoluisten organismien elämän ylläpitämisessä. Ne on rakennettu sisäänplasmasolukalvoon ja palvelevat soluun tulevien signaalien havaitsemiseen ja edelleen muuntamiseen. Tässä tapauksessa signaalit voivat olla sekä muista soluista että ympäristöstä. Asetyylikoliinireseptorit ovat tällä hetkellä eniten tutkittuja. Ne sijaitsevat useissa hermosolujen välisissä kontakteissa solukalvolla, mukaan lukien hermo-lihasliitokset, aivokuoressa. Nämä proteiinit ovat vuorovaikutuksessa asetyylikoliinin kanssa ja välittävät signaalin soluun.
Signaalin vastaanottava ja sen muuntava välittäjäaine on poistettava, jotta solulla on mahdollisuus valmistautua uusien signaalien havaitsemiseen. Tätä varten käytetään asetyylikoliiniesteraasia - erityistä entsyymiä, joka katalysoi asetyylikoliinin hydrolyysiä koliiniksi ja asetaatiksi. Eikö olekin totta, että proteiinien suorittama reseptoritoiminto on myös erittäin tärkeä? Seuraavan elimistön suojaavan toiminnon biologinen rooli on v altava. Tästä ei voi yksinkertaisesti olla eri mieltä.
Suojaustoiminto
Elimistössä immuunijärjestelmä reagoi vieraiden hiukkasten ilmaantumiseen tuottamalla suuren määrän lymfosyyttejä. Ne pystyvät vahingoittamaan elementtejä valikoivasti. Tällaisia vieraita hiukkasia voivat olla syöpäsolut, patogeeniset bakteerit, supramolekyyliset hiukkaset (makromolekyylit, virukset jne.). B-lymfosyytit ovat ryhmä lymfosyyttejä, jotka tuottavat erityisiä proteiineja. Nämä proteiinit vapautuvat verenkiertoelimistöön. Ne tunnistavat vieraat hiukkaset muodostaen samalla erittäin spesifisen kompleksin tuhoamisvaiheessa. Näitä proteiineja kutsutaan immunoglobuliineiksi. Vieraita aineita kutsutaan antigeeneiksi.jotka laukaisevat immuunijärjestelmän vasteen.
Rakennetoiminto
Hyvin erikoistuneita toimintoja suorittavien proteiinien lisäksi on myös sellaisia, joiden merkitys on pääasiassa rakenteellinen. Niiden ansiosta saadaan aikaan mekaaninen lujuus sekä muut elävien organismien kudosten ominaisuudet. Nämä proteiinit sisältävät ennen kaikkea kollageenin. Kollageeni (kuvassa alla) muodostaa nisäkkäissä noin neljänneksen proteiinien massasta. Sitä syntetisoidaan pääsoluissa, jotka muodostavat sidekudoksen (kutsutaan fibroblasteiksi).
Aluksi kollageeni muodostuu prokollageenina – sen esiasteena, jota käsitellään kemiallisesti fibroblasteissa. Sitten se muodostuu kolmen polypeptidiketjun muodossa, jotka on kierretty spiraaliksi. Ne yhdistyvät jo fibroblastien ulkopuolella kollageenifibrilleiksi, joiden halkaisija on useita satoja nanometrejä. Jälkimmäiset muodostavat kollageenisäikeitä, jotka voidaan nähdä jo mikroskoopilla. Elastisissa kudoksissa (keuhkojen seinämät, verisuonet, iho) solunulkoinen matriisi sisältää kollageenin lisäksi myös elastiiniproteiinia. Se voi venyä melko laajalle alueelle ja palata sitten alkuperäiseen tilaansa. Toinen esimerkki rakenneproteiinista, joka voidaan antaa tässä, on silkkifibroiini. Se eristetään silkkiäistoukkien pupun muodostumisen aikana. Se on silkkilankojen pääkomponentti. Jatketaan motoristen proteiinien kuvaukseen.
Moottoriproteiinit
Ja motoristen prosessien toteutuksessa proteiinien biologinen rooli on suuri. Puhutaanpa lyhyesti tästä toiminnosta. Lihasten supistuminen on prosessi, jossa kemiallinen energia muuttuu mekaaniseksi työksi. Sen suoria osallistujia ovat kaksi proteiinia - myosiini ja aktiini. Myosiinilla on hyvin epätavallinen rakenne. Se muodostuu kahdesta pallomaisesta päästä ja hännästä (pitkä filamenttiosa). Noin 1600 nm on yhden molekyylin pituus. Päät kattavat noin 200 nm.
Aktiini (kuvassa yllä) on pallomainen proteiini, jonka molekyylipaino on 42 000. Se voi polymeroitua muodostaen pitkän rakenteen ja olla tässä muodossa vuorovaikutuksessa myosiinipään kanssa. Tämän prosessin tärkeä piirre on sen riippuvuus ATP:n läsnäolosta. Jos sen pitoisuus on riittävän korkea, myosiinin ja aktiinin muodostama kompleksi tuhoutuu, ja se palautuu uudelleen sen jälkeen, kun ATP-hydrolyysi tapahtuu myosiini ATPaasin vaikutuksesta. Tämä prosessi voidaan havaita esimerkiksi liuoksessa, jossa molemmat proteiinit ovat läsnä. Siitä tulee viskoosi, kun muodostuu suurimolekyylipainoinen kompleksi ATP:n puuttuessa. Kun se lisätään, viskositeetti laskee jyrkästi luodun kompleksin tuhoutumisen vuoksi, minkä jälkeen se alkaa vähitellen palautua ATP-hydrolyysin seurauksena. Näillä vuorovaikutuksilla on erittäin tärkeä rooli lihasten supistumisprosessissa.
Antibiootit
Jatkamme aiheen "Proteiinin biologinen rooli elimistössä" paljastamista. Erittäin suuri ja erittäin tärkeä ryhmäluonnolliset yhdisteet muodostavat aineita, joita kutsutaan antibiooteiksi. Ne ovat mikrobiperäisiä. Näitä aineita erittävät tietyt mikro-organismit. Aminohappojen ja proteiinien biologinen rooli on kiistaton, mutta antibiooteilla on erityinen, erittäin tärkeä tehtävä. Ne estävät niiden kanssa kilpailevien mikro-organismien kasvua. 1940-luvulla antibioottien keksiminen ja käyttö mullistavat bakteerien aiheuttamien tartuntatautien hoidon. On huomattava, että useimmissa tapauksissa antibiootit eivät tehoa viruksiin, joten niiden käyttö viruslääkkeinä on tehotonta.
Esimerkkejä antibiooteista
Penisilliiniryhmä otettiin ensimmäisenä käyttöön. Esimerkkejä tästä ryhmästä ovat ampisilliini ja bentsyylipenisilliini. Antibiootit ovat erilaisia vaikutusmekanismiltaan ja kemialliselta luonteeltaan. Jotkut niistä, joita nykyään käytetään laaj alti, ovat vuorovaikutuksessa ihmisen ribosomien kanssa, kun taas proteiinisynteesi estyy bakteerien ribosomeissa. Samaan aikaan ne tuskin ovat vuorovaikutuksessa eukaryoottisten ribosomien kanssa. Siksi ne ovat tuhoisia bakteerisoluille ja lievästi myrkyllisiä eläimille ja ihmisille. Näitä antibiootteja ovat streptomysiini ja levomysetiini (kloramfenikoli).
Proteiinien biosynteesin biologinen rooli on erittäin tärkeä, ja tässä prosessissa itsessään on useita vaiheita. Puhumme siitä vain yleisellä tasolla.
Proteiinien biosynteesin prosessi ja biologinen rooli
Tämä prosessi on monivaiheinen ja erittäin monimutkainen. Sitä esiintyy ribosomeissa -erityiset organellit. Solu sisältää monia ribosomeja. Esimerkiksi E. colissa niitä on noin 20 tuhatta.
"Kuvaile proteiinien biosynteesin prosessia ja sen biologista roolia" - tällaisen tehtävän monet meistä saivat koulussa. Ja monille se on ollut vaikeaa. No, yritetään selvittää se yhdessä.
Proteiinimolekyylit ovat polypeptidiketjuja. Ne koostuvat, kuten jo tiedät, yksittäisistä aminohapoista. Jälkimmäiset eivät kuitenkaan ole tarpeeksi aktiivisia. Yhdistääkseen ja muodostaakseen proteiinimolekyylin ne vaativat aktivoinnin. Se tapahtuu erityisten entsyymien toiminnan seurauksena. Jokaisella aminohapolla on oma entsyymi, joka on erityisesti viritetty siihen. Tämän prosessin energialähde on ATP (adenosiinitrifosfaatti). Aktivoinnin seurauksena aminohappo muuttuu labiilimmaksi ja sitoutuu tämän entsyymin vaikutuksesta t-RNA:han, joka siirtää sen ribosomiin (tämän vuoksi tätä RNA:ta kutsutaan kuljetukseksi). Siten aktivoidut aminohapot, jotka liittyvät tRNA:han, tulevat ribosomiin. Ribosomi on eräänlainen kuljetin proteiiniketjujen kokoamiseksi sisään tulevista aminohapoista.
Proteiinisynteesin roolia on vaikea yliarvioida, koska syntetisoidut yhdisteet suorittavat erittäin tärkeitä tehtäviä. Melkein kaikki solurakenteet koostuvat niistä.
Joten, olemme kuvanneet yleisesti proteiinien biosynteesin prosessia ja sen biologista roolia. Tämä päättää johdannon proteiineihin. Toivomme, että sinulla on halua jatkaa sitä.
