Proteíny sú najdôležitejšie organické látky, ktorých počet prevažuje nad všetkými ostatnými makromolekulami, ktoré sa nachádzajú v živej bunke. Tvoria viac ako polovicu hmotnosti sušiny rastlinných aj živočíšnych organizmov. Funkcie proteínov v bunke sú rôznorodé, niektoré z nich veda stále nepozná. Hlavné smery ich „práce“sú však dobre študované. Niektoré sú potrebné na stimuláciu procesov prebiehajúcich v bunkách a tkanivách. Iné prenášajú dôležité minerálne zlúčeniny cez bunkovú membránu a cez krvné cievy z jedného orgánu do druhého. Niektoré chránia telo pred cudzími často patogénnymi agens. Jedna vec je jasná – ani jeden proces v našom tele neprebehne bez bielkovín.
Základné funkcie bielkovín
Funkcie bielkovín v tele sú rôznorodé. Každá skupina má špecifickú chemickú látkubudova, vykonáva jednu špecializovanú „prácu“. V niektorých prípadoch je niekoľko typov proteínov navzájom prepojených. Sú zodpovední za rôzne fázy toho istého procesu. Alebo ovplyvňujú niekoľko naraz. Napríklad regulačnú funkciu bielkovín vykonávajú enzýmy a hormóny. Tento jav si možno predstaviť pri spomienke na hormón adrenalín. Produkuje ho dreň nadobličiek. Vstupom do krvných ciev zvyšuje množstvo kyslíka v krvi. Stúpa aj krvný tlak, zvyšuje sa obsah cukru. To stimuluje metabolické procesy. Adrenalín je tiež neurotransmiter u rýb, obojživelníkov a plazov.
Enzymatická funkcia
Mnohé biochemické reakcie prebiehajúce v bunkách živých organizmov prebiehajú pri vysokých teplotách a s neutrálnou hodnotou pH. Za takýchto podmienok je rýchlosť ich prechodu príliš nízka, takže sú potrebné špecializované katalyzátory nazývané enzýmy. Celá ich rozmanitosť je spojená do 6 tried, ktoré sa líšia špecifickosťou akcie. Enzýmy sa syntetizujú na ribozómoch v bunkách. Veda enzymológie sa zaoberá ich štúdiom.
Regulačná funkcia bielkovín je nepochybne nemožná bez enzýmov. Majú vysokú selektivitu pôsobenia. Ich aktivita môže byť regulovaná inhibítormi a aktivátormi. Okrem toho enzýmy zvyčajne vykazujú substrátovú špecifickosť. Enzymatická aktivita tiež závisí od podmienok v tele a najmä v bunkách. Ich prietok je ovplyvnený tlakom, kyslým pH, teplotou, iónovou silou roztoku, tznkoncentrácia soli v cytoplazme.
Funkcia transportu bielkovín
Bunka musí neustále prijímať potrebné minerálne a organické látky pre telo. Sú potrebné ako stavebné materiály a zdroje energie v bunkách. Mechanizmus ich prijatia je však dosť komplikovaný. Bunkové steny sú tvorené nielen bielkovinami. Biologické membrány sú postavené na princípe dvojitej vrstvy lipidov. Medzi nimi sú vložené rôzne proteíny. Je veľmi dôležité, aby sa hydrofilné oblasti nachádzali na povrchu membrány, zatiaľ čo hydrofóbne oblasti sa nachádzali v jej hrúbke. Takáto štruktúra teda robí škrupinu nepreniknuteľnou. Nedokážu ním prejsť sami, bez „pomoci“, také dôležité zložky, ako sú cukry, ióny metolu a aminokyseliny. Sú transportované cez cytoplazmatickú membránu do cytoplazmy pomocou špecializovaných proteínov, ktoré sú uložené v lipidových vrstvách.
Prenos látok z jedného orgánu do druhého
No transportná funkcia proteínov sa nevykonáva len medzi medzibunkovou substanciou a bunkou. Niektoré látky dôležité pre fyziologické procesy musia byť dodávané z jedného tela do druhého. Napríklad transportným proteínom v krvi je sérový albumín. Je obdarený jedinečnou schopnosťou vytvárať zlúčeniny s mastnými kyselinami, ktoré vznikajú pri trávení tukov, s liekmi, ako aj so steroidnými hormónmi. Dôležitými nosnými proteínmi sú hemoglobín (dodáva molekuly kyslíka), transferín (spája sa s iónmi železa) a ceruplazmín (tvorí komplexy smeď).
Signálna funkcia bielkovín
Receptorové proteíny majú veľký význam v priebehu fyziologických procesov v organizmoch mnohobunkových komplexov. Sú uložené v plazmatickej membráne. Slúžia na vnímanie a dešifrovanie rôznych druhov signálov, ktoré vstupujú do buniek v nepretržitom prúde nielen zo susedných tkanív, ale aj z vonkajšieho prostredia. V súčasnosti je asi najviac študovaným receptorovým proteínom acetylcholín. Nachádza sa v množstve interneuronálnych spojení na bunkovej membráne.
Signalizačná funkcia proteínov však prebieha nielen vo vnútri buniek. Mnohé hormóny sa viažu na špecifické receptory na ich povrchu. Takto vytvorená zlúčenina je signálom, ktorý aktivuje fyziologické procesy v bunkách. Príkladom takýchto proteínov je inzulín, ktorý pôsobí v systéme adenylátcyklázy.
Funkcia ochrany
Funkcie bielkovín v bunke sú rôzne. Niektoré z nich sa podieľajú na imunitných reakciách. To chráni telo pred infekciami. Imunitný systém je schopný reagovať na identifikované cudzie látky syntézou obrovského počtu lymfocytov. Tieto látky môžu selektívne poškodzovať tieto látky, môžu byť pre telo cudzie, ako sú baktérie, supramolekulárne častice, alebo to môžu byť rakovinové bunky.
Jedna zo skupín – „beta“-lymfocyty – produkuje proteíny, ktoré sa dostávajú do krvného obehu. Majú veľmi zaujímavú funkciu. Tieto proteíny musia rozpoznať cudzie bunky a makromolekuly. Potom sa s nimi spoja,tvoriaci komplex, ktorý má byť zničený. Tieto proteíny sa nazývajú imunoglobulíny. Samotné cudzie zložky sú antigény. A imunoglobulíny, ktoré im zodpovedajú, sú protilátky.
Štrukturálna funkcia
V tele sa okrem vysoko špecializovaných nachádzajú aj štrukturálne bielkoviny. Sú potrebné na zabezpečenie mechanickej pevnosti. Tieto funkcie bielkovín v bunke sú dôležité pre udržanie tvaru tela a mladosti. Najznámejší je kolagén. Je to hlavný proteín extracelulárnej matrice spojivových tkanív. U vyšších cicavcov je to až 1/4 celkovej hmotnosti bielkovín. Kolagén sa syntetizuje vo fibroblastoch, ktoré sú hlavnými bunkami spojivových tkanív.
Takéto funkcie bielkovín v bunke sú veľmi dôležité. Okrem kolagénu je známy ďalší štruktúrny proteín – elastín. Je tiež súčasťou extracelulárnej matrice. Elastín je schopný dať tkanivám schopnosť natiahnuť sa v určitých medziach a ľahko sa vrátiť do pôvodného tvaru. Ďalším príkladom štrukturálneho proteínu je fibroín, ktorý sa nachádza v húseniciach priadky morušovej. Je hlavnou zložkou hodvábnych nití.
Motorové proteíny
Úlohu bielkovín v bunke nemožno preceňovať. Tiež sa podieľajú na práci svalov. Svalová kontrakcia je dôležitý fyziologický proces. Výsledkom je, že ATP uložený vo forme makromolekúl sa premieňa na chemickú energiu. Priamymi účastníkmi procesu sú dva proteíny – aktín a myozín.
Tieto motorické proteínysú vláknité molekuly, ktoré fungujú v kontraktilnom systéme kostrových svalov. Nachádzajú sa aj v nesvalových tkanivách v eukaryotických bunkách. Ďalším príkladom motorických proteínov je tubulín. Stavajú sa z nej mikrotubuly, ktoré sú dôležitým prvkom bičíkov a mihalníc. Mikrotubuly obsahujúce tubulín sa nachádzajú aj v bunkách nervového tkaniva zvierat.
Antibiotiká
Ochranná úloha bielkovín v bunke je obrovská. Časť je priradená skupine, ktorá sa bežne nazýva antibiotiká. Ide o látky prírodného pôvodu, ktoré sa syntetizujú spravidla v baktériách, mikroskopických hubách a iných mikroorganizmoch. Sú zamerané na potlačenie fyziologických procesov iných konkurenčných organizmov. Antibiotiká proteínového pôvodu boli objavené v 40. rokoch. Priniesli revolúciu v medicíne a dali jej silný impulz pre rozvoj.
Svojou chemickou povahou sú antibiotiká veľmi rôznorodou skupinou. Líšia sa aj mechanizmom účinku. Niektoré bránia syntéze bielkovín vo vnútri buniek, iné blokujú produkciu dôležitých enzýmov, iné inhibujú rast a ďalšie inhibujú reprodukciu. Napríklad dobre známy streptomycín interaguje s ribozómami bakteriálnych buniek. Dramaticky teda spomaľujú syntézu bielkovín. Zároveň tieto antibiotiká neinteragujú s eukaryotickými ribozómami ľudského tela. To znamená, že tieto látky nie sú toxické pre vyššie cicavce.
Toto nie sú všetky funkcie bielkovín v bunke. Tabuľkaantibiotické látky vám umožňujú určiť ďalšie vysoko špecializované účinky, ktoré sú tieto špecifické prírodné zlúčeniny schopné pôsobiť nielen na baktérie. V súčasnosti sa skúmajú antibiotiká proteínového pôvodu, ktoré pri interakcii s DNA narúšajú procesy spojené so stelesnením dedičnej informácie. Ale zatiaľ sa takéto látky používajú len pri chemoterapii onkologických ochorení. Príkladom takejto antibiotickej látky je daktinomycín, ktorý syntetizujú aktinomycéty.
Toxíny
Proteíny v bunke plnia veľmi špecifickú a dokonca mimoriadnu funkciu. Množstvo živých organizmov produkuje toxické látky – toxíny. Svojou povahou ide o proteíny a zložité organické zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou. Príkladom je jedovatá dužina huby potápky bledej.
Rezervné a potravinové bielkoviny
Niektoré bielkoviny plnia funkciu poskytovania výživy embryám zvierat a rastlín. Takýchto príkladov je veľa. Význam bielkovín v bunke obilných semien spočíva práve v tom. Vyživia vznikajúci zárodok rastliny v prvých fázach jej vývoja. U zvierat sú bielkovinami v potrave vaječný albumín a mliečny kazeín.
Nepreskúmané vlastnosti bielkovín
Vyššie uvedené príklady sú len časťou, ktorá už bola dostatočne preštudovaná. Ale v prírode je veľa záhad. Proteíny v bunke mnohých biologických druhov sú jedinečné av súčasnosti ich dokonca klasifikujemeťažké. Napríklad monelín je proteín objavený a izolovaný z africkej rastliny. Chutí sladko, ale nie je obézny a netoxický. V budúcnosti môže byť výbornou náhradou cukru. Ďalším príkladom je proteín nachádzajúci sa v niektorých arktických rybách, ktorý zabraňuje zamrznutiu krvi tým, že pôsobí ako nemrznúca zmes v doslovnom zmysle prirovnania. U mnohých druhov hmyzu sa v kĺboch krídel našiel proteín rezilín, ktorý má jedinečnú, takmer dokonalú elasticitu. A to nie sú všetky príklady látok, ktoré sa ešte len majú preskúmať a klasifikovať.
