Протеините са най-важните органични вещества, чийто брой преобладава над всички останали макромолекули, които присъстват в живата клетка. Те съставляват повече от половината от теглото на сухото вещество както на растителните, така и на животинските организми. Функциите на протеините в клетката са разнообразни, някои от тях все още не са известни на науката. Но все пак основните направления на тяхната "работа" са добре проучени. Някои са необходими, за да се стимулират процесите, протичащи в клетките и тъканите. Други пренасят важни минерални съединения през клетъчната мембрана и през кръвоносните съдове от един орган до друг. Някои предпазват тялото от чужди често патогенни агенти. Едно е ясно – нито един процес в тялото ни не протича без протеини.
Основни функции на протеините
Функциите на протеините в тялото са разнообразни. Всяка група има специфичен химикалсграда, извършва една специализирана „работа”. В някои случаи няколко вида протеини са свързани помежду си. Те са отговорни за различни етапи на един и същ процес. Или засягат няколко наведнъж. Например, регулаторната функция на протеините се осъществява от ензими и хормони. Това явление може да си представим, като си спомним хормона адреналин. Произвежда се от медулата на надбъбречната жлеза. Навлизайки в кръвоносните съдове, той увеличава количеството кислород в кръвта. Кръвното налягане също се повишава, съдържанието на захар се увеличава. Това стимулира метаболитните процеси. Адреналинът също е невротрансмитер при риби, земноводни и влечуги.
Ензимна функция
Много биохимични реакции, протичащи в клетките на живите организми, се извършват при високи температури и с неутрална стойност на pH. При такива условия скоростта на тяхното преминаване е твърде ниска, така че са необходими специализирани катализатори, наречени ензими. Цялото им разнообразие е обединено в 6 класа, които се различават по спецификата на действието. Ензимите се синтезират върху рибозомите в клетките. Науката ензимология се занимава с тяхното изследване.
Несъмнено регулаторната функция на протеините е невъзможна без ензими. Те имат висока селективност на действие. Тяхната активност може да се регулира от инхибитори и активатори. В допълнение, ензимите обикновено проявяват субстратна специфичност. Също така, ензимната активност зависи от условията в тялото и в частност в клетките. Техният поток се влияе от налягането, киселинното pH, температурата, йонната сила на разтвора, т.еконцентрация на сол в цитоплазмата.
Функция за транспортиране на протеини
Клетката трябва постоянно да получава необходимите за организма минерални и органични вещества. Те са необходими като строителни материали и енергийни източници в клетките. Но механизмът на тяхното получаване е доста сложен. Клетъчните стени са изградени не само от протеини. Биологичните мембрани са изградени на принципа на двоен слой липиди. Между тях са вградени различни протеини. Много е важно хидрофилните участъци да са разположени на повърхността на мембраната, докато хидрофобните участъци са разположени в нейната дебелина. Така че такава структура прави черупката непроницаема. Те не могат да преминат през него сами, без "помощ" на такива важни компоненти като захари, метолови йони и аминокиселини. Те се транспортират през цитоплазмената мембрана до цитоплазмата чрез специализирани протеини, които са вградени в липидните слоеве.
Транспорт на вещества от един орган в друг
Но транспортната функция на протеините се осъществява не само между междуклетъчното вещество и клетката. Някои вещества, важни за физиологичните процеси, трябва да се доставят от едно тяло в друго. Например, транспортният протеин в кръвта е серумният албумин. Той е надарен с уникална способност да образува съединения с мастни киселини, които се появяват по време на смилането на мазнини, с лекарства, както и със стероидни хормони. Важни белтъци носители са хемоглобинът (доставя кислородни молекули), трансферин (съчетаващ се с железни йони) и церуплазмин (образуващ комплекси смед).
Сигнална функция на протеините
Рецепторните протеини са от голямо значение в хода на физиологичните процеси в многоклетъчните сложни организми. Те са вградени в плазмената мембрана. Те служат за възприемане и дешифриране на различни видове сигнали, които влизат в клетките в непрекъснат поток не само от съседните тъкани, но и от външната среда. В момента може би най-изследваният рецепторен протеин е ацетилхолинът. Намира се в редица междуневронални връзки на клетъчната мембрана.
Но сигналната функция на протеините се осъществява не само вътре в клетките. Много хормони се свързват със специфични рецептори на тяхната повърхност. Такова образувано съединение е сигнал, който активира физиологичните процеси в клетките. Пример за такива протеини е инсулинът, който действа в аденилатциклазната система.
Функция за защита
Функциите на протеините в клетката са различни. Някои от тях участват в имунните реакции. Това предпазва тялото от инфекции. Имунната система е в състояние да реагира на идентифицираните чужди агенти със синтеза на огромен брой лимфоцити. Тези вещества могат селективно да увредят тези агенти, те могат да бъдат чужди за тялото, като бактерии, супрамолекулни частици или могат да бъдат ракови клетки.
Една от групите - "бета"-лимфоцити - произвежда протеини, които влизат в кръвния поток. Те имат много интересна функция. Тези протеини трябва да разпознават чужди клетки и макромолекули. Тогава те се свързват с тях,образувайки комплекс, който трябва да бъде унищожен. Тези протеини се наричат имуноглобулини. Самите чужди компоненти са антигени. И имуноглобулините, които им отговарят, са антитела.
Структурна функция
В тялото, освен високоспециализирани, има и структурни протеини. Те са необходими за осигуряване на механична якост. Тези функции на протеините в клетката са важни за поддържането на формата и младостта на тялото. Най-известният е колагенът. Това е основният протеин на извънклетъчния матрикс на съединителната тъкан. При висшите бозайници той е до 1/4 от общата маса на протеините. Колагенът се синтезира във фибробластите, които са основните клетки на съединителната тъкан.
Такива функции на протеините в клетката са от голямо значение. Освен колагена е известен още един структурен протеин – еластин. Също така е съставна част на извънклетъчния матрикс. Еластинът е в състояние да даде на тъканите способност да се разтягат в определени граници и лесно да се връщат в първоначалната си форма. Друг пример за структурен протеин е фиброинът, който се намира в гъсениците на копринените буби. Това е основният компонент на копринените нишки.
Моторни протеини
Ролята на протеините в клетката не може да бъде надценена. Те също участват в работата на мускулите. Съкращението на мускулите е важен физиологичен процес. В резултат на това АТФ, съхраняван под формата на макромолекули, се превръща в химическа енергия. Преките участници в процеса са два протеина - актин и миозин.
Тези двигателни протеиниса филаментозни молекули, които функционират в контрактилната система на скелетните мускули. Те се намират и в немускулни тъкани в еукариотните клетки. Друг пример за моторни протеини е тубулинът. От него се изграждат микротубули, които са важен елемент на жгутиците и ресничките. Микротубули, съдържащи тубулин, се намират и в клетките на нервната тъкан на животните.
Антибиотици
Защитната роля на протеините в клетката е огромна. Част от него се приписва на група, която обикновено се нарича антибиотици. Това са вещества от естествен произход, които по правило се синтезират в бактерии, микроскопични гъбички и други микроорганизми. Те са насочени към потискане на физиологичните процеси на други конкуриращи се организми. Антибиотиците с протеинов произход са открити през 40-те години. Те революционизираха медицината, давайки й мощен тласък за развитие.
По своята химическа природа антибиотиците са много разнообразна група. Те също се различават по механизма си на действие. Някои предотвратяват синтеза на протеини вътре в клетките, други блокират производството на важни ензими, трети инхибират растежа, а трети инхибират репродукцията. Например, добре познатият стрептомицин взаимодейства с рибозомите на бактериалните клетки. Така те драстично забавят синтеза на протеини. В същото време тези антибиотици не взаимодействат с еукариотните рибозоми на човешкото тяло. Това означава, че тези вещества не са токсични за висшите бозайници.
Това не са всички функции на протеините в клетката. Таблицаантибиотичните вещества ви позволяват да определите други високоспециализирани действия, които тези специфични природни съединения могат да имат върху бактериите и не само. В момента се изследват антибиотици от протеинов произход, които при взаимодействие с ДНК нарушават процесите, свързани с въплъщаването на наследствена информация. Но досега такива вещества се използват само при химиотерапията на онкологични заболявания. Пример за такова антибиотично вещество е дактиномицинът, който се синтезира от актиномицети.
Токсини
Протеините в клетката изпълняват много специфична и дори изключителна функция. Редица живи организми произвеждат токсични вещества – токсини. По своята природа това са протеини и сложни нискомолекулни органични съединения. Пример е отровната пулпа на гъбата бледо гмурец.
Резервни и хранителни протеини
Някои протеини изпълняват функцията да осигурят хранене на ембрионите на животните и растенията. Има много такива примери. Значението на протеина в клетката на зърнените семена се крие именно в това. Те ще подхранват появяващия се зародиш на растението в първите етапи от неговото развитие. При животните хранителните протеини са яйчен албумин и млечен казеин.
Неизследвани свойства на протеините
Горните примери са само частта, която вече е достатъчно проучена. Но в природата има много мистерии. Протеините в клетката на много биологични видове са уникални и в момента дори ги класифицираттруден. Например, монелинът е протеин, открит и изолиран от африканско растение. Има сладък вкус, но не е с наднормено тегло и не е токсичен. В бъдеще може да бъде отличен заместител на захарта. Друг пример е протеин, открит в някои арктически риби, който предотвратява замръзването на кръвта, като действа като антифриз в буквалния смисъл на сравнението. При редица насекоми протеинът резилин, който има уникална, почти перфектна еластичност, е открит в ставите на крилата. И това не са всички примери за вещества, които тепърва ще бъдат изследвани и класифицирани.
