Proteiner, vars biologiska roll kommer att övervägas i dag, är makromolekylära föreningar byggda av aminosyror. Bland alla andra organiska föreningar är de bland de mest komplexa i sin struktur. Enligt den elementära sammansättningen skiljer sig proteiner från fetter och kolhydrater: förutom syre, väte och kol innehåller de också kväve. Dessutom är svavel en oumbärlig komponent i de viktigaste proteinerna, och vissa innehåller jod, järn och fosfor.
Proteins biologiska roll är mycket hög. Det är dessa föreningar som utgör huvuddelen av massan av protoplasman, såväl som kärnorna i levande celler. Proteiner finns i alla djur- och växtorganismer.
En eller flera funktioner
Den biologiska roll och funktioner för deras olika föreningar är olika. Som ett ämne med en specifik kemisk struktur fyller varje protein en mycket specialiserad funktion. Endast i vissa fall kan den utföra flera sammankopplade samtidigt. Till exempel adrenalin som produceras i märgenbinjurar, kommer in i blodomloppet, ökar blodtrycket och syreförbrukningen, blodsocker. Dessutom är det ett stimulerande ämne för ämnesomsättningen, och hos kallblodiga djur är det också en förmedlare av nervsystemet. Som du kan se utför den många funktioner samtidigt.
Enzymatisk (katalytisk) funktion
Mångsidiga biokemiska reaktioner som inträffar i levande organismer utförs under milda förhållanden, där temperaturen är nära 40°C och pH-värdena är nästan neutrala. Under dessa förhållanden är flödeshastigheterna för många av dem försumbara. Därför, för att de ska kunna realiseras, behövs enzymer - speciella biologiska katalysatorer. Nästan alla reaktioner, förutom fotolys av vatten, katalyseras i levande organismer av enzymer. Dessa element är antingen proteiner eller komplex av proteiner med en kofaktor (organisk molekyl eller metalljon). Enzymer verkar mycket selektivt och startar den nödvändiga processen. Så den katalytiska funktionen som diskuteras ovan är en av de som proteiner utför. Den biologiska rollen för dessa föreningar är emellertid inte begränsad till dess implementering. Det finns många fler funktioner som vi kommer att titta på nedan.
Transportfunktion
För existensen av en cell är det nödvändigt att många ämnen kommer in i den, som förser den med energi och byggmaterial. Alla biologiska membran är byggda i en gemensamprincip. Detta är ett dubbelt lager av lipider, proteiner är nedsänkta i det. Samtidigt är hydrofila regioner av makromolekyler koncentrerade på membranens yta, och hydrofoba "svansar" koncentreras i sin tjocklek. Denna struktur förblir ogenomtränglig för viktiga komponenter: aminosyror, sockerarter, alkalimetalljoner. Dessa elements penetration in i cellen sker med hjälp av transportproteiner som är inbäddade i cellmembranet. Bakterier har till exempel ett speciellt protein som transporterar laktos (mjölksocker) över det yttre membranet.
Flercelliga organismer har ett system för att transportera olika ämnen från ett organ till ett annat. Vi pratar i första hand om hemoglobin (bilden ovan). Dessutom är serumalbumin (transportprotein) ständigt närvarande i blodplasman. Det har förmågan att bilda starka komplex med fettsyror som bildas under matsmältningen av fetter, såväl som med ett antal hydrofoba aminosyror (till exempel med tryptofan) och med många läkemedel (vissa penicilliner, sulfonamider, aspirin). Transferrin, som förmedlar transporten av järnjoner i kroppen, är ett annat exempel. Vi kan också nämna ceruplasmin, som bär kopparjoner. Så vi har övervägt transportfunktionen som proteiner utför. Deras biologiska roll är också mycket betydelsefull ur denna synvinkel.
Receptorfunktion
Receptorproteiner är av stor betydelse, särskilt för livstödet för flercelliga organismer. De är inbyggdain i plasmacellmembranet och tjänar till att uppfatta och vidare omvandla de signaler som kommer in i cellen. I det här fallet kan signalerna vara både från andra celler och från omgivningen. Acetylkolinreceptorer är för närvarande de mest studerade. De finns i ett antal internuronala kontakter på cellmembranet, inklusive vid neuromuskulära förbindelser, i hjärnbarken. Dessa proteiner interagerar med acetylkolin och överför en signal in i cellen.
Neurotransmittorn för att ta emot signalen och omvandla den måste tas bort så att cellen har möjlighet att förbereda sig för uppfattningen av ytterligare signaler. För detta används acetylkolinesteras - ett speciellt enzym som katalyserar hydrolysen av acetylkolin till kolin och acetat. Är det inte sant att receptorfunktionen som proteiner utför också är väldigt viktig? Den biologiska rollen för nästa, skyddande funktion för kroppen är enorm. Man kan helt enkelt inte hålla med om detta.
Skyddsfunktion
I kroppen reagerar immunsystemet på uppkomsten av främmande partiklar i den genom att producera ett stort antal lymfocyter. De kan selektivt skada element. Sådana främmande partiklar kan vara cancerceller, patogena bakterier, supramolekylära partiklar (makromolekyler, virus, etc.). B-lymfocyter är en grupp lymfocyter som producerar speciella proteiner. Dessa proteiner släpps ut i cirkulationssystemet. De känner igen främmande partiklar samtidigt som de bildar ett mycket specifikt komplex i destruktionsstadiet. Dessa proteiner kallas immunglobuliner. Främmande ämnen kallas antigener.som utlöser ett immunförsvar.
Strukturell funktion
Förutom proteiner som har högt specialiserade funktioner, finns det också de vars betydelse huvudsakligen är strukturell. Tack vare dem tillhandahålls mekanisk styrka, såväl som andra egenskaper hos levande organismers vävnader. Dessa proteiner inkluderar först och främst kollagen. Kollagen (bilden nedan) i däggdjur utgör ungefär en fjärdedel av massan av proteiner. Det syntetiseras i huvudcellerna som utgör bindväv (kallade fibroblaster).
Initi alt bildas kollagen som prokollagen - dess föregångare, som genomgår kemisk bearbetning i fibroblaster. Sedan bildas den i form av tre polypeptidkedjor vridna till en spiral. De kombineras redan utanför fibroblasterna till kollagenfibriller som är flera hundra nanometer i diameter. De senare bildar kollagenfilament, som redan kan ses i mikroskop. I elastiska vävnader (lungväggar, blodkärl, hud) innehåller den extracellulära matrisen, förutom kollagen, även proteinet elastin. Den kan sträcka sig över ett ganska brett område och sedan återgå till sitt ursprungliga tillstånd. Ett annat exempel på ett strukturellt protein som kan ges här är silkesfibroin. Det är isolerat under bildandet av puppan av silkesmasklarven. Det är huvudkomponenten i sidentrådar. Låt oss gå vidare till beskrivningen av motorproteiner.
Motorproteiner
Och i implementeringen av motoriska processer är proteinernas biologiska roll stor. Låt oss kort prata om denna funktion. Muskelkontraktion är den process under vilken kemisk energi omvandlas till mekaniskt arbete. Dess direkta deltagare är två proteiner - myosin och aktin. Myosin har en mycket ovanlig struktur. Den är bildad av två klotformade huvuden och en svans (en lång trådformig del). Cirka 1600 nm är längden på en molekyl. Huvudena står för cirka 200 nm.
Actin (bilden ovan) är ett globulärt protein med en molekylvikt på 42 000. Det kan polymerisera för att bilda en lång struktur och interagera i denna form med myosinhuvudet. En viktig egenskap hos denna process är dess beroende av närvaron av ATP. Om dess koncentration är tillräckligt hög, förstörs komplexet som bildas av myosin och aktin, och sedan återställs det igen efter att ATP-hydrolys inträffar som ett resultat av verkan av myosin ATPas. Denna process kan observeras till exempel i en lösning där båda proteinerna är närvarande. Det blir trögflytande som ett resultat av bildandet av ett komplex med hög molekylvikt i frånvaro av ATP. När det tillsätts minskar viskositeten kraftigt på grund av förstörelsen av det skapade komplexet, varefter det gradvis börjar återhämta sig som ett resultat av ATP-hydrolys. I processen med muskelkontraktion spelar dessa interaktioner en mycket viktig roll.
Antibiotika
Vi fortsätter att avslöja ämnet "Proteins biologiska roll i kroppen." En väldigt stor och väldigt viktig gruppnaturliga föreningar utgör ämnen som kallas antibiotika. De är av mikrobiellt ursprung. Dessa ämnen utsöndras av speciella typer av mikroorganismer. Aminosyrors och proteiners biologiska roll är obestridlig, men antibiotika fyller en speciell, mycket viktig funktion. De hämmar tillväxten av mikroorganismer som konkurrerar med dem. På 1940-talet revolutionerade upptäckten och användningen av antibiotika behandlingen av infektionssjukdomar orsakade av bakterier. Det bör noteras att antibiotika i de flesta fall inte fungerar på virus, så att använda dem som antivirala läkemedel är ineffektivt.
Exempel på antibiotika
Penicillingruppen var den första som omsattes i praktiken. Exempel på denna grupp är ampicillin och bensylpenicillin. Antibiotika är olika i sin verkningsmekanism och kemiska natur. Vissa av de som används i stor utsträckning idag interagerar med mänskliga ribosomer, medan proteinsyntesen hämmas i bakteriella ribosomer. Samtidigt interagerar de knappast med eukaryota ribosomer. Därför är de destruktiva för bakterieceller och något giftiga för djur och människor. Dessa antibiotika inkluderar streptomycin och levomycetin (kloramfenikol).
Den biologiska rollen för proteinbiosyntes är mycket viktig, och själva processen har flera steg. Vi kommer bara att prata om det i allmänna termer.
Proteinbiosyntesens process och biologiska roll
Denna process är i flera steg och mycket komplex. Det förekommer i ribosomer -speciella organeller. Cellen innehåller många ribosomer. E. coli, till exempel, har cirka 20 tusen av dem.
"Beskriv processen för proteinbiosyntes och dess biologiska roll" - en sådan uppgift många av oss fick i skolan. Och för många har det varit svårt. Nåväl, låt oss försöka ta reda på det tillsammans.
Proteinmolekyler är polypeptidkedjor. De består, som du redan vet, av individuella aminosyror. De senare är dock inte tillräckligt aktiva. För att kunna kombineras och bilda en proteinmolekyl kräver de aktivering. Det uppstår som ett resultat av verkan av speciella enzymer. Varje aminosyra har sitt eget enzym specifikt inställt på det. Energikällan för denna process är ATP (adenosintrifosfat). Som ett resultat av aktivering blir aminosyran mer labil och binder under inverkan av detta enzym till t-RNA, som överför det till ribosomen (på grund av detta kallas detta RNA transport). Således kommer aktiverade aminosyror kopplade till tRNA in i ribosomen. Ribosomen är en slags transportör för sammansättning av proteinkedjor från inkommande aminosyror.
Proteinsyntesens roll är svår att överskatta, eftersom de syntetiserade föreningarna fyller mycket viktiga funktioner. Nästan alla cellulära strukturer består av dem.
Så, vi har i allmänna termer beskrivit processen för proteinbiosyntes och dess biologiska roll. Detta avslutar vår introduktion till proteiner. Vi hoppas att du har lust att fortsätta.
