Голям брой органични вещества, които изграждат жива клетка, се характеризират с големи молекулни размери и са биополимери. Те включват протеини, които съставляват от 50 до 80% от сухата маса на цялата клетка. Протеиновите мономери са аминокиселини, които са свързани помежду си чрез пептидни връзки. Протеиновите макромолекули имат няколко нива на организация и изпълняват редица важни функции в клетката: изграждане, защитна, каталитична, двигателна и др. В нашата статия ще разгледаме структурните особености на пептидите, а също така ще дадем примери за глобуларни и фибриларни протеини които изграждат човешкото тяло.
Форми на организация на полипептидни макромолекули
Аминокиселинните остатъци са последователно свързани един с друг чрез силни ковалентни връзки, нареченипептид. Те са доста силни и поддържат в стабилно състояние първичната структура на протеина, която има формата на верига. Вторичната форма възниква, когато полипептидната верига е усукана в алфа спирала. Стабилизира се чрез допълнително възникващи водородни връзки. Третичната, или нативната, конфигурация е от основно значение, тъй като повечето от глобуларните протеини в жива клетка имат точно такава структура. Спиралата е опакована под формата на сфера или глобула. Неговата стабилност се дължи не само на появата на нови водородни връзки, но и на образуването на дисулфидни мостове. Те възникват поради взаимодействието на серните атоми, които изграждат аминокиселината цистеин. Важна роля в образуването на третичната структура играят хидрофилните и хидрофобните взаимодействия между групите от атоми в пептидната структура. Ако глобуларен протеин се комбинира със същите молекули чрез непротеинов компонент, например метален йон, тогава възниква кватернерна конфигурация - най-високата форма на организация на полипептида.
Фибриларни протеини
Съкратителните, двигателните и строителните функции в клетката се изпълняват от протеини, чиито макромолекули изглеждат като тънки нишки – фибрили. Полипептидите, които изграждат влакната на кожата, косата и ноктите, се класифицират като фибриларни видове. Най-известните от тях са колаген, кератин и еластин. Те не се разтварят във вода, но могат да набъбнат в нея, образувайки лепкава и вискозна маса. Пептидите с линейна структура също са част от филаментите на вретеното на деленето, образувайки митотичния апарат на клетката. Те саприкрепят се към хромозомите, свиват се и ги разтягат до полюсите на клетката. Този процес се наблюдава в анафазата на митозата - разделянето на соматичните клетки на тялото, както и в редукционните и уравнителните етапи на делене на зародишните клетки - мейоза. За разлика от глобуларния протеин, фибрилите са в състояние бързо да се разтягат и свиват. Ресничките на ресничките-обувки, жгутиците на зелената еуглена или едноклетъчните водорасли - хламидомонадите са изградени от фибрили и изпълняват функциите на движение в най-простите организми. Свиването на мускулните протеини - актин и миозин, които са част от мускулната тъкан, определят различните движения на скелетните мускули и поддържат мускулния скелет на човешкото тяло.
Структура на глобуларните протеини
Пептиди - носители на молекули на различни вещества, защитни протеини - имуноглобулини, хормони - това е непълен списък от протеини, чиято третична структура има формата на топка - глобули. В кръвта има определени протеини, които имат определени зони на повърхността си – активни центрове. С тяхна помощ те разпознават и прикрепват към себе си молекулите на биологично активните вещества, произведени от жлезите със смесена и вътрешна секреция. С помощта на глобуларни протеини, хормоните на щитовидната жлеза и половите жлези, надбъбречните жлези, тимуса, хипофизната жлеза се доставят до определени клетки на човешкото тяло, снабдени със специални рецептори за тяхното разпознаване.
Мембранни полипептиди
Мозаечният модел на структурата на клетъчните мембрани е най-добре адаптиран към техните важни функции: бариера,рецептор и транспорт. Включените в него протеини осъществяват транспорта на йони и частици на определени вещества, като глюкоза, аминокиселини и др. Свойствата на глобуларните протеини носители могат да бъдат изследвани с помощта на натриево-калиева помпа като пример. Той осъществява прехода на йони от клетката към междуклетъчното пространство и обратно. Натриевите йони непрекъснато се движат в средата на клетъчната цитоплазма, а калиевите катиони непрекъснато се движат извън клетката. Нарушаването на желаната концентрация на тези йони води до клетъчна смърт. За да се предотврати тази заплаха, в клетъчната мембрана се вгражда специален протеин. Структурата на глобуларните протеини е такава, че те носят катиони Na+ и K+срещу градиент на концентрация, използващ енергията на аденозинтрифосфорната киселина.
Структура и функция на инсулина
Разтворимите протеини със сферична структура, които са в третична форма, действат като регулатори на метаболизма в човешкото тяло. Инсулинът се произвежда от бета клетките на островчетата на Лангерханс и контролира нивата на кръвната захар. Състои се от две полипептидни вериги (α- и β-форми), свързани с няколко дисулфидни моста. Това са ковалентни връзки, които възникват между молекулите на съдържащата сяра аминокиселина - цистеин. Панкреатичният хормон се състои главно от подредена последователност от аминокиселинни единици, организирани под формата на алфа спирала. Малка част от него има формата на β-структура и аминокиселинни остатъци без стриктна ориентация в пространството.
Хемоглобин
Класически пример за глобуларни пептидиПротеинът в кръвта, който причинява червения цвят на кръвта, е хемоглобинът. Протеинът съдържа четири полипептидни области под формата на алфа и бета спирали, които са свързани чрез непротеинов компонент – хем. Той е представен от железен йон, който свързва полипептидните вериги в едно потвърждение, свързано с кватернерната форма. Кислородните частици са прикрепени към протеиновата молекула (в тази форма тя се нарича оксихемоглобин) и след това се транспортират до клетките. Това осигурява нормално протичане на процесите на дисимилация, тъй като за да получи енергия, клетката окислява органичните вещества, които са влезли в нея.
Ролята на кръвния протеин в транспорта на газ
В допълнение към кислорода, хемоглобинът е в състояние да свързва и въглероден диоксид. Въглеродният диоксид се произвежда като страничен продукт от катаболните клетъчни реакции и трябва да бъде отстранен от клетките. Ако вдишаният въздух съдържа въглероден оксид - въглероден оксид, той е в състояние да образува силна връзка с хемоглобина. В този случай безцветно и без мирис токсично вещество в процеса на дишане бързо прониква в клетките на тялото, причинявайки отравяне. Особено чувствителни към високи концентрации на въглероден оксид са структурите на мозъка. Има парализа на дихателния център, разположен в продълговатия мозък, което води до смърт от задушаване.
В нашата статия разгледахме структурата, структурата и свойствата на пептидите, а също така дадохме примери за глобуларни протеини, които изпълняват редица важни функции в човешкото тяло.
