Proteíny, o ktorých biologickej úlohe sa dnes budeme uvažovať, sú makromolekulárne zlúčeniny postavené z aminokyselín. Medzi všetkými ostatnými organickými zlúčeninami patria medzi najzložitejšie vo svojej štruktúre. Podľa elementárneho zloženia sa bielkoviny líšia od tukov a sacharidov: okrem kyslíka, vodíka a uhlíka obsahujú aj dusík. Okrem toho je síra nenahraditeľnou súčasťou najdôležitejších bielkovín a niektoré obsahujú jód, železo a fosfor.
Biologická úloha bielkovín je veľmi vysoká. Práve tieto zlúčeniny tvoria väčšinu hmoty protoplazmy, ako aj jadier živých buniek. Proteíny sa nachádzajú vo všetkých živočíšnych a rastlinných organizmoch.
Jedna alebo viac funkcií
Biologická úloha a funkcie ich rôznych zlúčenín sú rôzne. Ako látka so špecifickou chemickou štruktúrou plní každý proteín vysoko špecializovanú funkciu. Iba v niektorých prípadoch môže vykonávať niekoľko vzájomne prepojených naraz. Napríklad adrenalín, ktorý sa produkuje v dreninadobličiek, vstupujúcich do krvného obehu, zvyšuje krvný tlak a spotrebu kyslíka, hladinu cukru v krvi. Okrem toho je stimulantom metabolizmu a u studenokrvných živočíchov je aj mediátorom nervového systému. Ako vidíte, vykonáva veľa funkcií naraz.
Enzymatická (katalytická) funkcia
Rôzne biochemické reakcie prebiehajúce v živých organizmoch prebiehajú v miernych podmienkach, v ktorých sa teplota blíži k 40°C a hodnoty pH sú takmer neutrálne. Za týchto podmienok sú prietoky mnohých z nich zanedbateľné. Preto, aby sa mohli realizovať, sú potrebné enzýmy - špeciálne biologické katalyzátory. Takmer všetky reakcie, okrem fotolýzy vody, sú v živých organizmoch katalyzované enzýmami. Tieto prvky sú buď proteíny alebo komplexy proteínov s kofaktorom (organická molekula alebo kovový ión). Enzýmy pôsobia veľmi selektívne a spúšťajú potrebný proces. Takže katalytická funkcia diskutovaná vyššie je jednou z tých, ktoré vykonávajú proteíny. Biologická úloha týchto zlúčenín však nie je obmedzená na ich implementáciu. Existuje mnoho ďalších funkcií, na ktoré sa pozrieme nižšie.
Prepravná funkcia
Pre existenciu bunky je potrebné, aby do nej vstupovalo množstvo látok, ktoré jej dodávajú energiu a stavebný materiál. Všetky biologické membrány sú postavené spoločneprincíp. Ide o dvojitú vrstvu lipidov, v ktorej sú ponorené proteíny. Súčasne sa na povrchu membrán sústreďujú hydrofilné oblasti makromolekúl a v ich hrúbke sa sústreďujú hydrofóbne „chvosty“. Táto štruktúra zostáva nepriepustná pre dôležité zložky: aminokyseliny, cukry, ióny alkalických kovov. K prieniku týchto prvkov do bunky dochádza pomocou transportných proteínov, ktoré sú zabudované v bunkovej membráne. Napríklad baktérie majú špeciálny proteín, ktorý prenáša laktózu (mliečny cukor) cez vonkajšiu membránu.
Mnohobunkové organizmy majú systém na transport rôznych látok z jedného orgánu do druhého. Hovoríme predovšetkým o hemoglobíne (na obrázku vyššie). Okrem toho je v krvnej plazme neustále prítomný sérový albumín (transportný proteín). Má schopnosť vytvárať silné komplexy s mastnými kyselinami vznikajúcimi pri trávení tukov, ako aj s množstvom hydrofóbnych aminokyselín (napríklad s tryptofánom) a s mnohými liekmi (niektoré penicilíny, sulfónamidy, aspirín). Ďalším príkladom je transferín, ktorý sprostredkúva transport iónov železa v tele. Môžeme spomenúť aj ceruplazmín, ktorý nesie ióny medi. Takže sme zvážili transportnú funkciu, ktorú vykonávajú proteíny. Ich biologická úloha je z tohto hľadiska tiež veľmi významná.
Funkcia receptora
Receptorové proteíny majú veľký význam najmä pre podporu života mnohobunkových organizmov. Sú zabudovanédo plazmatickej bunkovej membrány a slúžia na vnímanie a ďalšiu transformáciu signálov, ktoré vstupujú do bunky. V tomto prípade môžu byť signály z iných buniek aj z prostredia. Acetylcholínové receptory sú v súčasnosti najviac študované. Sú umiestnené v množstve interneuronálnych kontaktov na bunkovej membráne, vrátane neuromuskulárnych spojení, v mozgovej kôre. Tieto proteíny interagujú s acetylcholínom a prenášajú signál do bunky.
Neurotransmiter na príjem signálu a jeho konverziu musí byť odstránený, aby mala bunka možnosť pripraviť sa na vnímanie ďalších signálov. Na to sa používa acetylcholínesteráza - špeciálny enzým, ktorý katalyzuje hydrolýzu acetylcholínu na cholín a acetát. Nie je pravda, že funkcia receptora, ktorú vykonávajú proteíny, je tiež veľmi dôležitá? Biologická úloha ďalšej, ochrannej funkcie pre telo je obrovská. S týmto sa jednoducho nedá nesúhlasiť.
Ochranná funkcia
Imunitný systém v tele reaguje na objavenie sa cudzích častíc produkciou veľkého počtu lymfocytov. Sú schopní selektívne poškodzovať prvky. Takéto cudzie častice môžu byť rakovinové bunky, patogénne baktérie, supramolekulárne častice (makromolekuly, vírusy atď.). B-lymfocyty sú skupinou lymfocytov, ktoré produkujú špeciálne proteíny. Tieto proteíny sa uvoľňujú do obehového systému. Rozpoznávajú cudzie častice, pričom v štádiu deštrukcie vytvárajú vysoko špecifický komplex. Tieto proteíny sa nazývajú imunoglobulíny. Cudzie látky sa nazývajú antigény.ktoré spúšťajú reakciu imunitného systému.
Štrukturálna funkcia
Popri proteínoch, ktoré plnia vysoko špecializované funkcie, existujú aj také, ktorých význam je najmä štrukturálny. Vďaka nim je zabezpečená mechanická pevnosť, ako aj ďalšie vlastnosti tkanív živých organizmov. Medzi tieto proteíny patrí predovšetkým kolagén. Kolagén (na obrázku nižšie) u cicavcov tvorí asi štvrtinu hmotnosti bielkovín. Je syntetizovaný v hlavných bunkách, ktoré tvoria spojivové tkanivo (nazývané fibroblasty).
Na začiatku sa kolagén tvorí ako prokolagén – jeho prekurzor, ktorý prechádza chemickým spracovaním vo fibroblastoch. Potom sa vytvorí vo forme troch polypeptidových reťazcov stočených do špirály. Už mimo fibroblastov sa spájajú do kolagénových fibríl s priemerom niekoľkých stoviek nanometrov. Tie tvoria kolagénové vlákna, ktoré už možno vidieť pod mikroskopom. V elastických tkanivách (steny pľúc, cievy, koža) obsahuje extracelulárna matrica okrem kolagénu aj proteín elastín. Dokáže sa natiahnuť v pomerne širokom rozsahu a potom sa vrátiť do pôvodného stavu. Ďalším príkladom štruktúrneho proteínu, ktorý tu možno uviesť, je hodvábny fibroín. Izoluje sa pri tvorbe kukly húsenice priadky morušovej. Je hlavnou zložkou hodvábnych nití. Prejdime k popisu motorických proteínov.
Motorové proteíny
A pri implementácii motorických procesov je biologická úloha bielkovín skvelá. Poďme si stručne povedať o tejto funkcii. Svalová kontrakcia je proces, počas ktorého sa chemická energia premieňa na mechanickú prácu. Jeho priamymi účastníkmi sú dva proteíny – myozín a aktín. Myozín má veľmi neobvyklú štruktúru. Tvoria ho dve guľovité hlavy a chvost (dlhá vláknitá časť). Približne 1600 nm je dĺžka jednej molekuly. Hlavy predstavujú približne 200 nm.
Aktín (na obrázku vyššie) je globulárny proteín s molekulovou hmotnosťou 42 000. Môže polymerizovať za vzniku dlhej štruktúry a v tejto forme interagovať s myozínovou hlavou. Dôležitou črtou tohto procesu je jeho závislosť od prítomnosti ATP. Ak je jeho koncentrácia dostatočne vysoká, komplex tvorený myozínom a aktínom sa zničí a následne sa po hydrolýze ATP v dôsledku pôsobenia myozín ATPázy opäť obnoví. Tento proces možno pozorovať napríklad v roztoku, v ktorom sú prítomné oba proteíny. Stáva sa viskóznym v dôsledku tvorby komplexu s vysokou molekulovou hmotnosťou v neprítomnosti ATP. Po jeho pridaní sa viskozita prudko zníži v dôsledku deštrukcie vytvoreného komplexu, po ktorom sa postupne začne zotavovať v dôsledku hydrolýzy ATP. V procese svalovej kontrakcie hrajú tieto interakcie veľmi dôležitú úlohu.
Antibiotiká
Pokračujeme v odhaľovaní témy "Biologická úloha bielkovín v tele." Veľmi veľká a veľmi dôležitá skupinaprírodné zlúčeniny tvoria látky nazývané antibiotiká. Sú mikrobiálneho pôvodu. Tieto látky vylučujú špeciálne druhy mikroorganizmov. Biologická úloha aminokyselín a bielkovín je nespochybniteľná, ale antibiotiká plnia špeciálnu, veľmi dôležitú funkciu. Inhibujú rast mikroorganizmov, ktoré im konkurujú. V 40. rokoch 20. storočia priniesol objav a používanie antibiotík revolúciu v liečbe infekčných chorôb spôsobených baktériami. Treba poznamenať, že vo väčšine prípadov antibiotiká na vírusy neúčinkujú, takže ich použitie ako antivírusových liekov je neúčinné.
Príklady antibiotík
Penicilínová skupina bola prvá uvedená do praxe. Príkladmi tejto skupiny sú ampicilín a benzylpenicilín. Antibiotiká sa líšia v mechanizme účinku a chemickej povahe. Niektoré z tých, ktoré sú dnes široko používané, interagujú s ľudskými ribozómami, zatiaľ čo syntéza proteínov je inhibovaná v bakteriálnych ribozómoch. Zároveň takmer neinteragujú s eukaryotickými ribozómami. Preto sú deštruktívne pre bakteriálne bunky a mierne toxické pre zvieratá a ľudí. Tieto antibiotiká zahŕňajú streptomycín a levomycetín (chloramfenikol).
Biologická úloha biosyntézy bielkovín je veľmi dôležitá a tento proces samotný má niekoľko fáz. Budeme o tom hovoriť len všeobecne.
Proces a biologická úloha biosyntézy bielkovín
Tento proces je viackrokový a veľmi zložitý. Vyskytuje sa v ribozómoch -špeciálne organely. Bunka obsahuje veľa ribozómov. Napríklad E. coli ich má okolo 20 tisíc.
„Popíšte proces biosyntézy bielkovín a ich biologickú úlohu“– takúto úlohu dostali mnohí z nás v škole. A pre mnohých to bolo ťažké. No, skúsme na to spolu prísť.
Proteínové molekuly sú polypeptidové reťazce. Skladajú sa, ako už viete, z jednotlivých aminokyselín. Tie však nie sú dostatočne aktívne. Aby sa spojili a vytvorili molekulu proteínu, vyžadujú aktiváciu. Vyskytuje sa v dôsledku pôsobenia špeciálnych enzýmov. Každá aminokyselina má svoj vlastný enzým, ktorý je na ňu špecificky naladený. Zdrojom energie pre tento proces je ATP (adenozíntrifosfát). V dôsledku aktivácie sa aminokyselina stáva labilnejšou a pôsobením tohto enzýmu sa viaže na t-RNA, ktorá ju prenáša na ribozóm (preto sa táto RNA nazýva transport). Do ribozómu tak vstupujú aktivované aminokyseliny spojené s tRNA. Ribozóm je druh dopravníka na zostavenie proteínových reťazcov z prichádzajúcich aminokyselín.
Úlohu syntézy bielkovín je ťažké preceňovať, pretože syntetizované zlúčeniny vykonávajú veľmi dôležité funkcie. Skladajú sa z nich takmer všetky bunkové štruktúry.
Takže sme vo všeobecnosti opísali proces biosyntézy bielkovín a ich biologickú úlohu. Týmto končíme náš úvod do proteínov. Dúfame, že máte chuť v tom pokračovať.
