Proteíny (polypeptidy, proteíny) sú makromolekulárne látky, ktoré zahŕňajú alfa-aminokyseliny spojené peptidovou väzbou. Zloženie bielkovín v živých organizmoch je určené genetickým kódom. Pri syntéze sa spravidla používa súbor 20 štandardných aminokyselín.
Klasifikácia bielkovín
Separácia bielkovín sa vykonáva podľa rôznych kritérií:
- Tvar molekuly.
- Zloženie.
- Funkcie.
Podľa posledného kritéria sa bielkoviny klasifikujú:
- Na štrukturálne.
- Výživné a úsporné.
- Doprava.
- Dodávatelia.
Štrukturálne proteíny
Sem patrí elastín, kolagén, keratín, fibroín. Štrukturálne polypeptidy sa podieľajú na tvorbe bunkových membrán. Môžu vytvárať kanály alebo v nich vykonávať iné funkcie.
Výživné, zásobné bielkoviny
Výživovým polypeptidom je kazeín. Vďaka nej je rastúci organizmus zásobovaný vápnikom, fosforom aaminokyseliny.
Rezervné bielkoviny sú semená kultúrnych rastlín, vaječný bielok. Konzumujú sa počas vývojového štádia embryí. V ľudskom tele, podobne ako u zvierat, sa bielkoviny neukladajú do zásoby. Musia byť pravidelne prijímané s jedlom, inak je pravdepodobný rozvoj dystrofie.
Prepravné polypeptidy
Hemoglobín je klasickým príkladom takýchto bielkovín. V krvi sa nachádzajú aj iné polypeptidy, ktoré sa podieľajú na pohybe hormónov, lipidov a iných látok.
Bunkové membrány obsahujú proteíny, ktoré majú schopnosť transportovať ióny, aminokyseliny, glukózu a ďalšie zlúčeniny cez bunkovú membránu.
Kontraktilné bielkoviny
Funkcie týchto polypeptidov súvisia s prácou svalových vlákien. Okrem toho zabezpečujú pohyb mihalníc a bičíkov u prvokov. Kontraktilné proteíny vykonávajú funkciu transportu organel v bunke. Vďaka ich prítomnosti je zabezpečená zmena bunkových foriem.
Príklady kontraktilných proteínov sú myozín a aktín. Stojí za to povedať, že tieto polypeptidy sa nachádzajú nielen v bunkách svalových vlákien. Kontraktilné proteíny plnia svoje úlohy takmer vo všetkých živočíšnych tkanivách.
Funkcie
Jednotlivý polypeptid, tropomyozín, sa nachádza v bunkách. Jeho polymérom je kontraktilný svalový proteín myozín. Tvorí komplex s aktínom.
Proteíny z kontrakčných svalov sa nerozpúšťajú vo vode.
Rýchlosť syntézy polypeptidov
Je regulovaný štítnou žľazou asteroidné hormóny. Pri penetrácii do bunky sa viažu na špecifické receptory. Vzniknutý komplex preniká do bunkového jadra a viaže sa na chromatín. To zvyšuje rýchlosť syntézy polypeptidov na úrovni génov.
Aktívne gény poskytujú zvýšenú syntézu určitej RNA. Opúšťa jadro, smeruje k ribozómom a aktivuje syntézu nových štruktúrnych alebo kontraktilných proteínov, enzýmov alebo hormónov. Toto je anabolický efekt génov.
Zatiaľ je syntéza bielkovín v bunkách pomerne pomalý proces. Vyžaduje vysoké náklady na energiu a plastový materiál. V súlade s tým hormóny nie sú schopné rýchlo kontrolovať metabolizmus. Ich kľúčovou úlohou je regulovať rast, diferenciáciu a vývoj buniek v tele.
Svalová kontrakcia
Je to ukážkový príklad kontraktilnej funkcie bielkovín. V priebehu výskumu sa zistilo, že základom svalovej kontrakcie je zmena fyzikálnych vlastností polypeptidu.
Kontraktilnú funkciu vykonáva proteín aktomyozín, ktorý interaguje s kyselinou adenozíntrifosforečnou. Toto spojenie je sprevádzané kontrakciou myofibríl. Takúto interakciu možno pozorovať mimo tela.
Ak sa napríklad namočené vo vode (macerované) svalové vlákna zbavené dráždivosti vystavia roztoku adenozíntrifosfátu, začne ich prudká kontrakcia, podobná kontrakcii živých svalov. Táto skúsenosť má veľký praktický význam. Dokazuje skutočnosť, žesvalová kontrakcia vyžaduje chemickú reakciu kontraktilných bielkovín s energeticky bohatou látkou.
Účinok vitamínu E
Na jednej strane je to hlavný intracelulárny antioxidant. Vitamín E chráni tuky a iné ľahko oxidovateľné zlúčeniny pred oxidáciou. Zároveň pôsobí ako nosič elektrónov a podieľa sa na redoxných reakciách, ktoré sú spojené s ukladaním uvoľnenej energie.
Nedostatok vitamínu E spôsobuje atrofiu svalového tkaniva: obsah kontraktilného proteínu myozínu je výrazne znížený a je nahradený kolagénom, inertným polypeptidom.
Špecifickosť myozínu
Považuje sa za jeden z kľúčových kontraktilných proteínov. Tvorí asi 55 % celkového obsahu polypeptidov vo svalovom tkanive.
Vlákna (hrubé vlákna) myofibríl sú vyrobené z myozínu. Molekula obsahuje dlhú fibrilárnu časť, ktorá má dvojzávitnicovú štruktúru, a hlavy (globulárne štruktúry). Myozín obsahuje 6 podjednotiek: 2 ťažké a 4 ľahké reťazce umiestnené v globulárnej časti.
Hlavnou úlohou fibrilárnej oblasti je schopnosť vytvárať zväzky myozínových filamentov alebo hrubých protofibríl.
Na hlavách je aktívne miesto ATPázy a centrum viažuce aktín. To zaisťuje hydrolýzu ATP a väzbu na aktínové vlákna.
Odrody
Podtypy aktínu a myozínu sú:
- Dyneín bičíkov a riasiniekprvoky.
- Spektrín v membránach erytrocytov.
- Neurostenín perisynaptických membrán.
Bakteriálne polypeptidy zodpovedné za pohyb rôznych látok v koncentračnom gradiente možno tiež pripísať odrodám aktínu a myozínu. Tento proces sa tiež nazýva chemotaxia.
Úloha kyseliny adenozíntrifosforečnej
Ak dáte aktomyozínové filamenty do kyslého roztoku, pridáte ióny draslíka a horčíka, uvidíte, že sú skrátené. V tomto prípade sa pozoruje rozpad ATP. Tento jav naznačuje, že rozklad kyseliny adenozíntrifosforečnej má určitý vzťah so zmenou fyzikálno-chemických vlastností kontraktilného proteínu a následne s prácou svalov. Tento jav prvýkrát identifikovali Szent-Gyorgyi a Engelhardt.
Syntéza a rozklad ATP sú nevyhnutné v procese premeny chemickej energie na mechanickú energiu. Počas rozkladu glykogénu, sprevádzaného tvorbou kyseliny mliečnej, ako pri defosforylácii kyseliny adenozíntrifosforečnej a kreatínfosforečnej, nie je potrebná účasť kyslíka. To vysvetľuje schopnosť izolovaného svalu fungovať v anaeróbnych podmienkach.
Kyselina mliečna a produkty vznikajúce pri rozklade kyseliny adenozíntrifosforečnej a kreatínfosforečnej sa hromadia vo svalových vláknach, ktoré sú unavené pri práci v anaeróbnom prostredí. V dôsledku toho sa vyčerpávajú zásoby látok, pri ktorých štiepení sa uvoľňuje potrebná energia. Ak je unavený sval umiestnený do prostredia obsahujúceho kyslík, budekonzumovať to. Časť kyseliny mliečnej začne oxidovať. V dôsledku toho sa tvorí voda a oxid uhličitý. Uvoľnená energia bude využitá na resyntézu kreatínfosforečnej, adenozíntrifosforečnej kyseliny a glykogénu z produktov rozpadu. Vďaka tomu sval opäť získa schopnosť pracovať.
Kostrové svaly
Jednotlivé vlastnosti polypeptidov možno vysvetliť iba na príklade ich funkcií, t. j. ich príspevku ku komplexným aktivitám. Spomedzi niekoľkých štruktúr, pre ktoré bola stanovená korelácia medzi funkciou bielkovín a orgánov, si zvláštnu pozornosť zaslúži kostrové svalstvo.
Jej bunka je aktivovaná nervovými impulzmi (signály smerované membránou). Molekulárne je kontrakcia založená na cyklovaní krížových mostíkov prostredníctvom periodických interakcií medzi aktínom, myozínom a Mg-ATP. Proteíny viažuce vápnik a ióny Ca pôsobia ako sprostredkovatelia medzi efektormi a nervovými signálmi.
Sprostredkovanie obmedzuje rýchlosť odozvy na impulzy „on/off“a zabraňuje spontánnym kontrakciám. Niektoré oscilácie (výkyvy) svalových vlákien zotrvačníka okrídleného hmyzu sú zároveň riadené nie iónmi alebo podobnými nízkomolekulárnymi zlúčeninami, ale priamo kontraktilnými proteínmi. Vďaka tomu sú možné veľmi rýchle kontrakcie, ktoré po aktivácii pokračujú samy.
Vlastnosti tekutých kryštálov polypeptidov
Pri skracovaní svalových vlákienmení sa perióda mriežky tvorenej protofibrilami. Keď mriežka tenkých vlákien vstúpi do štruktúry hrubých prvkov, tetragonálna symetria je nahradená hexagonálnou. Tento jav možno považovať za polymorfný prechod v systéme tekutých kryštálov.
Funkcie mechanochemických procesov
Venujú sa premene chemickej energie na mechanickú energiu. Aktivita ATP-ázy mitochondriálnych bunkových membrán je podobná činnosti iozínového systému kostrových svalov. Spoločné znaky sú tiež zaznamenané v ich mechanochemických vlastnostiach: sú redukované pod vplyvom ATP.
V dôsledku toho musí byť v mitochondriálnych membránach prítomný kontraktilný proteín. A on tam naozaj je. Zistilo sa, že kontraktilné polypeptidy sú zapojené do mitochondriálnej mechanochémie. Ukázalo sa však aj to, že v procesoch zohráva významnú úlohu aj fosfatidylinozitol (membránový lipid).
Extra
Proteínová molekula myozínu prispieva nielen ku kontrakcii rôznych svalov, ale môže sa podieľať aj na iných vnútrobunkových procesoch. Ide najmä o pohyb organel, pripojenie aktínových filamentov k membránam, tvorbu a fungovanie cytoskeletu atď. Takmer vždy molekula tak či onak interaguje s aktínom, ktorý je druhým kľúčovým kontraktilom. proteín.
Je dokázané, že molekuly aktomyozínu môžu meniť dĺžku pod vplyvom chemickej energie uvoľnenej pri odštiepení zvyšku kyseliny fosforečnej z ATP. Inými slovami, tento processpôsobuje svalovú kontrakciu.
Systém ATP tak funguje ako akýsi akumulátor chemickej energie. Podľa potreby sa cez aktomyozín mení priamo na mechanickú. Zároveň neexistuje medzistupeň charakteristický pre procesy interakcie iných prvkov - prechod na tepelnú energiu.
