Протеините, чиято биологична роля ще бъде разгледана днес, са макромолекулни съединения, изградени от аминокиселини. Сред всички останали органични съединения те са сред най-сложните по своята структура. Според елементния състав протеините се различават от мазнините и въглехидратите: освен кислород, водород и въглерод, те съдържат и азот. Освен това сярата е незаменим компонент на най-важните протеини, а някои съдържат йод, желязо и фосфор.
Биологичната роля на протеина е много висока. Именно тези съединения съставляват по-голямата част от масата на протоплазмата, както и ядрата на живите клетки. Протеините се намират във всички животински и растителни организми.
Една или повече функции
Биологичната роля и функции на различните им съединения са различни. Като вещество със специфична химична структура, всеки протеин изпълнява високоспециализирана функция. Само в някои случаи може да изпълнява няколко взаимосвързани наведнъж. Например адреналин, който се произвежда в медулатанадбъбречните жлези, навлизайки в кръвта, повишава кръвното налягане и консумацията на кислород, кръвната захар. Освен това е стимулант на обмяната на веществата, а при хладнокръвните животни е и медиатор на нервната система. Както можете да видите, той изпълнява много функции наведнъж.
Ензимна (каталитична) функция
Разнообразните биохимични реакции, протичащи в живите организми, се извършват при меки условия, при които температурата е близка до 40°C, а стойностите на pH са почти неутрални. При тези условия скоростите на потока на много от тях са незначителни. Следователно, за да се реализират, са необходими ензими – специални биологични катализатори. Почти всички реакции, с изключение на фотолизата на водата, се катализират в живите организми от ензими. Тези елементи са или протеини, или комплекси от протеини с кофактор (органична молекула или метален йон). Ензимите действат много избирателно, стартирайки необходимия процес. Така че каталитичната функция, обсъдена по-горе, е една от тези, които изпълняват протеините. Биологичната роля на тези съединения обаче не се ограничава до тяхното прилагане. Има още много функции, които ще разгледаме по-долу.
Транспортна функция
За съществуването на една клетка е необходимо в нея да влизат много вещества, които й осигуряват енергия и строителен материал. Всички биологични мембрани са изградени в общпринцип. Това е двоен слой липиди, протеини са потопени в него. В същото време хидрофилните области на макромолекулите са концентрирани върху повърхността на мембраните, а хидрофобните "опашки" са концентрирани в тяхната дебелина. Тази структура остава непроницаема за важни компоненти: аминокиселини, захари, йони на алкални метали. Проникването на тези елементи в клетката става с помощта на транспортни протеини, които са вградени в клетъчната мембрана. Бактериите, например, имат специален протеин, който транспортира лактоза (млечна захар) през външната мембрана.
Многоклетъчните организми имат система за транспортиране на различни вещества от един орган към друг. Говорим преди всичко за хемоглобина (на снимката по-горе). В допълнение, серумният албумин (транспортен протеин) присъства постоянно в кръвната плазма. Има способността да образува силни комплекси с мастни киселини, образувани при усвояването на мазнините, както и с редица хидрофобни аминокиселини (например с триптофан) и с много лекарства (някои пеницилини, сулфонамиди, аспирин). Трансферинът, който медиира транспорта на железни йони в тялото, е друг пример. Можем да споменем и церуплазмин, който носи медни йони. И така, разгледахме транспортната функция, която изпълняват протеините. Тяхната биологична роля също е много важна от тази гледна точка.
Рецепторна функция
Рецепторните протеини са от голямо значение, особено за поддържането на живота на многоклетъчните организми. Те са вграденив плазмената клетъчна мембрана и служат за възприемане и по-нататъшна трансформация на сигналите, които влизат в клетката. В този случай сигналите могат да бъдат както от други клетки, така и от околната среда. Ацетилхолиновите рецептори в момента са най-изучавани. Те са разположени в редица междуневронални контакти на клетъчната мембрана, включително в нервно-мускулни връзки, в кората на главния мозък. Тези протеини взаимодействат с ацетилхолин и предават сигнал в клетката.
Невротрансмитерът за приемане на сигнала и преобразуването му трябва да бъде премахнат, така че клетката да има възможност да се подготви за възприемане на по-нататъшни сигнали. За това се използва ацетилхолинестераза - специален ензим, който катализира хидролизата на ацетилхолин до холин и ацетат. Не е ли вярно, че рецепторната функция, която изпълняват протеините, също е много важна? Биологичната роля на следващата, защитна функция за тялото е огромна. Човек просто не може да не се съгласява с това.
Функция за защита
В тялото имунната система реагира на появата на чужди частици в него, като произвежда голям брой лимфоцити. Те са в състояние да повредят елементи избирателно. Такива чужди частици могат да бъдат ракови клетки, патогенни бактерии, супрамолекулни частици (макромолекули, вируси и др.). В-лимфоцитите са група лимфоцити, които произвеждат специални протеини. Тези протеини се освобождават в кръвоносната система. Те разпознават чужди частици, като същевременно образуват силно специфичен комплекс на етапа на унищожаване. Тези протеини се наричат имуноглобулини. Чуждите вещества се наричат антигени.които предизвикват реакция на имунната система.
Структурна функция
Освен протеини, които изпълняват високоспециализирани функции, има и такива, чието значение е основно структурно. Благодарение на тях се осигурява механична якост, както и други свойства на тъканите на живите организми. Тези протеини включват преди всичко колаген. Колагенът (на снимката по-долу) при бозайниците съставлява около една четвърт от масата на протеините. Синтезира се в основните клетки, които изграждат съединителната тъкан (наречени фибробласти).
Първоначално колагенът се образува като проколаген - негов предшественик, подложен на химическа обработка във фибробластите. След това се образува под формата на три полипептидни вериги, усукани в спирала. Те се комбинират вече извън фибробластите в колагенови фибрили с диаметър няколкостотин нанометра. Последните образуват колагенови нишки, които вече могат да се видят под микроскоп. В еластичните тъкани (стени на белите дробове, кръвоносни съдове, кожа) извънклетъчният матрикс, освен колаген, съдържа и протеина еластин. Може да се простира в доста широк диапазон и след това да се върне в първоначалното си състояние. Друг пример за структурен протеин, който може да бъде даден тук, е копринен фиброин. Изолира се по време на образуването на какавидата на гъсеницата на копринената буба. Това е основният компонент на копринените нишки. Нека да преминем към описанието на моторните протеини.
Моторни протеини
И при осъществяването на двигателните процеси биологичната роля на протеините е голяма. Нека поговорим накратко за тази функция. Мускулното свиване е процесът, по време на който химическата енергия се превръща в механична работа. Неговите преки участници са два протеина – миозин и актин. Миозинът има много необичайна структура. Образува се от две кълбовидни глави и опашка (дълга нишковидна част). Около 1600 nm е дължината на една молекула. Главите представляват приблизително 200 nm.
Актин (на снимката по-горе) е глобуларен протеин с молекулно тегло 42 000. Той може да полимеризира, за да образува дълга структура и да взаимодейства в тази форма с главата на миозина. Важна характеристика на този процес е неговата зависимост от наличието на АТФ. Ако концентрацията му е достатъчно висока, комплексът, образуван от миозина и актина, се разрушава и след това се възстановява отново, след като настъпи хидролиза на АТФ в резултат на действието на миозинова АТФаза. Този процес може да се наблюдава например в разтвор, в който присъстват и двата протеина. Той става вискозен в резултат на образуването на комплекс с високо молекулно тегло в отсъствието на АТФ. При добавянето му вискозитетът намалява рязко поради разрушаването на създадения комплекс, след което той постепенно започва да се възстановява в резултат на хидролиза на АТФ. В процеса на мускулна контракция тези взаимодействия играят много важна роля.
Антибиотици
Продължаваме да разкриваме темата "Биологичната роля на протеина в организма." Много голяма и много важна групаестествените съединения съставляват вещества, наречени антибиотици. Те са от микробен произход. Тези вещества се отделят от специални видове микроорганизми. Биологичната роля на аминокиселините и протеините е безспорна, но антибиотиците изпълняват специална, много важна функция. Те инхибират растежа на микроорганизмите, които се конкурират с тях. През 40-те години на миналия век откриването и използването на антибиотици направи революция в лечението на инфекциозни заболявания, причинени от бактерии. Трябва да се отбележи, че в повечето случаи антибиотиците не действат на вируси, така че използването им като антивирусни лекарства е неефективно.
Примери за антибиотици
Групата с пеницилин беше първата, която беше приложена на практика. Примери за тази група са ампицилин и бензилпеницилин. Антибиотиците са разнообразни по своя механизъм на действие и химическа природа. Някои от широко използвани днес взаимодействат с човешки рибозоми, докато протеиновият синтез се инхибира в бактериалните рибозоми. В същото време те почти не взаимодействат с еукариотните рибозоми. Следователно те са разрушителни за бактериалните клетки и леко токсични за животните и хората. Тези антибиотици включват стрептомицин и левомицетин (хлорамфеникол).
Биологичната роля на протеиновата биосинтеза е много важна, а самият процес има няколко етапа. Ще говорим за това само в общи линии.
Процесът и биологичната роля на биосинтеза на протеини
Този процес е многоетапен и много сложен. Среща се в рибозомите -специални органели. Клетката съдържа много рибозоми. Е. coli, например, има около 20 хиляди от тях.
"Опишете процеса на биосинтеза на протеин и неговата биологична роля" - такава задача много от нас получиха в училище. И за мнозина е било трудно. Е, нека се опитаме да го разберем заедно.
Протеиновите молекули са полипептидни вериги. Те се състоят, както вече знаете, от отделни аминокиселини. Последните обаче не са достатъчно активни. За да се комбинират и образуват протеинова молекула, те изискват активиране. Появява се в резултат на действието на специални ензими. Всяка аминокиселина има свой собствен ензим, специално настроен към нея. Източникът на енергия за този процес е АТФ (аденозин трифосфат). В резултат на активирането аминокиселината става по-лабилна и се свързва под действието на този ензим с t-RNA, която я прехвърля към рибозомата (поради това тази РНК се нарича транспорт). Така активираните аминокиселини, свързани с tRNA, влизат в рибозомата. Рибозомата е един вид транспортьор за сглобяване на протеинови вериги от входящи аминокиселини.
Ролята на протеиновия синтез е трудно да се надценява, тъй като синтезираните съединения изпълняват много важни функции. Почти всички клетъчни структури са изградени от тях.
И така, ние описахме най-общо процеса на биосинтеза на протеини и неговата биологична роля. Това завършва нашето въведение в протеините. Надяваме се, че имате желание да го продължите.
