Proteiner, hvis biologiske rolle vil blive overvejet i dag, er makromolekylære forbindelser bygget af aminosyrer. Blandt alle andre organiske forbindelser er de blandt de mest komplekse i deres struktur. Ifølge grundstofsammensætningen adskiller proteiner sig fra fedtstoffer og kulhydrater: Ud over ilt, brint og kulstof indeholder de også nitrogen. Derudover er svovl en uundværlig bestanddel af de vigtigste proteiner, og nogle indeholder jod, jern og fosfor.
Proteins biologiske rolle er meget høj. Det er disse forbindelser, der udgør hovedparten af massen af protoplasma, såvel som kernerne af levende celler. Proteiner findes i alle dyre- og planteorganismer.
En eller flere funktioner
Den biologiske rolle og funktioner af deres forskellige forbindelser er forskellige. Som et stof med en bestemt kemisk struktur udfører hvert protein en højt specialiseret funktion. Kun i nogle tilfælde kan den udføre flere indbyrdes forbundne på én gang. For eksempel adrenalin, som produceres i medullabinyrerne, der kommer ind i blodbanen, øger blodtrykket og iltforbruget, blodsukkeret. Derudover er det et stimulerende stof for stofskiftet, og hos koldblodede dyr er det også en mediator af nervesystemet. Som du kan se, udfører den mange funktioner på én gang.
Enzymatisk (katalytisk) funktion
Diverse biokemiske reaktioner, der forekommer i levende organismer, udføres under milde forhold, hvor temperaturen er tæt på 40°C, og pH-værdierne er næsten neutrale. Under disse forhold er strømningshastighederne for mange af dem ubetydelige. Derfor, for at de kan realiseres, er enzymer nødvendige - specielle biologiske katalysatorer. Næsten alle reaktioner, bortset fra fotolyse af vand, katalyseres i levende organismer af enzymer. Disse elementer er enten proteiner eller komplekser af proteiner med en cofaktor (organisk molekyle eller metalion). Enzymer virker meget selektivt og starter den nødvendige proces. Så den katalytiske funktion diskuteret ovenfor er en af dem, som proteiner udfører. Disse forbindelsers biologiske rolle er imidlertid ikke begrænset til deres implementering. Der er mange flere funktioner, som vi vil se på nedenfor.
Transportfunktion
For eksistensen af en celle er det nødvendigt, at der kommer mange stoffer ind i den, som forsyner den med energi og byggemateriale. Alle biologiske membraner er bygget i en fællesprincip. Dette er et dobbelt lag af lipider, proteiner er nedsænket i det. Samtidig er hydrofile områder af makromolekyler koncentreret på overfladen af membranerne, og hydrofobe "haler" er koncentreret i deres tykkelse. Denne struktur forbliver uigennemtrængelig for vigtige komponenter: aminosyrer, sukkerarter, alkalimetalioner. Indtrængen af disse elementer i cellen sker ved hjælp af transportproteiner, der er indlejret i cellemembranen. Bakterier har for eksempel et særligt protein, der transporterer laktose (mælkesukker) over den ydre membran.
Flercellede organismer har et system til at transportere forskellige stoffer fra et organ til et andet. Vi taler primært om hæmoglobin (billedet ovenfor). Derudover er serumalbumin (transportprotein) konstant til stede i blodplasmaet. Det har evnen til at danne stærke komplekser med fedtsyrer dannet under fordøjelsen af fedtstoffer såvel som med en række hydrofobe aminosyrer (for eksempel med tryptofan) og med mange lægemidler (nogle penicilliner, sulfonamider, aspirin). Transferrin, som formidler transporten af jernioner i kroppen, er et andet eksempel. Vi kan også nævne ceruplasmin, som bærer kobberioner. Så vi har overvejet den transportfunktion, som proteiner udfører. Deres biologiske rolle er også meget vigtig set fra dette synspunkt.
Receptorfunktion
Receptorproteiner er af stor betydning, især for multicellulære organismers liv. De er indbyggetind i plasmacellemembranen og tjener til at opfatte og yderligere transformere de signaler, der kommer ind i cellen. I dette tilfælde kan signalerne både være fra andre celler og fra omgivelserne. Acetylcholin-receptorer er i øjeblikket de mest undersøgte. De er placeret i en række interneuronale kontakter på cellemembranen, herunder ved neuromuskulære junctions, i hjernebarken. Disse proteiner interagerer med acetylcholin og sender et signal ind i cellen.
Neurotransmitteren til at modtage signalet og konvertere det skal fjernes, så cellen har mulighed for at forberede sig på perceptionen af yderligere signaler. Til dette bruges acetylcholinesterase - et specielt enzym, der katalyserer hydrolysen af acetylcholin til cholin og acetat. Er det ikke rigtigt, at den receptorfunktion, som proteiner udfører, også er meget vigtig? Den næste, beskyttende funktions biologiske rolle for kroppen er enorm. Man kan simpelthen ikke være uenig i dette.
Beskyttelsesfunktion
I kroppen reagerer immunsystemet på fremkomsten af fremmede partikler i den ved at producere et stort antal lymfocytter. De er i stand til at beskadige elementer selektivt. Sådanne fremmede partikler kan være cancerceller, patogene bakterier, supramolekylære partikler (makromolekyler, vira osv.). B-lymfocytter er en gruppe lymfocytter, der producerer specielle proteiner. Disse proteiner frigives til kredsløbssystemet. De genkender fremmede partikler, mens de danner et meget specifikt kompleks på destruktionsstadiet. Disse proteiner kaldes immunglobuliner. Fremmede stoffer kaldes antigener.der udløser et immunsystemrespons.
Strukturel funktion
Udover proteiner, der udfører højt specialiserede funktioner, er der også dem, hvis betydning hovedsageligt er strukturel. Takket være dem tilvejebringes mekanisk styrke såvel som andre egenskaber af levende organismers væv. Disse proteiner inkluderer først og fremmest kollagen. Kollagen (billedet nedenfor) i pattedyr udgør omkring en fjerdedel af massen af proteiner. Det syntetiseres i hovedcellerne, der udgør bindevæv (kaldet fibroblaster).
Initi alt dannes kollagen som procollagen - dets forløber, der gennemgår kemisk behandling i fibroblaster. Derefter dannes det i form af tre polypeptidkæder snoet i en spiral. De kombineres allerede uden for fibroblasterne til kollagenfibriller med flere hundrede nanometer i diameter. Sidstnævnte danner kollagenfilamenter, som allerede kan ses under et mikroskop. I elastiske væv (lungevægge, blodkar, hud) indeholder den ekstracellulære matrix udover kollagen også proteinet elastin. Det kan strække sig over et ret bredt område og derefter vende tilbage til sin oprindelige tilstand. Et andet eksempel på et strukturelt protein, der kan gives her, er silkefibroin. Det er isoleret under dannelsen af puppen af silkeormslarven. Det er hovedbestanddelen af silketråde. Lad os gå videre til beskrivelsen af motorproteiner.
Motorproteiner
Og i implementeringen af motoriske processer er proteinernes biologiske rolle stor. Lad os kort tale om denne funktion. Muskelsammentrækning er den proces, hvor kemisk energi omdannes til mekanisk arbejde. Dens direkte deltagere er to proteiner - myosin og actin. Myosin har en meget usædvanlig struktur. Den er dannet af to kugleformede hoveder og en hale (en lang filamentøs del). Omkring 1600 nm er længden af et molekyle. Hovederne tegner sig for cirka 200 nm.
Actin (billedet ovenfor) er et kugleformet protein med en molekylvægt på 42.000. Det kan polymerisere og danne en lang struktur og interagere i denne form med myosinhovedet. Et vigtigt træk ved denne proces er dens afhængighed af tilstedeværelsen af ATP. Hvis dens koncentration er høj nok, ødelægges komplekset, der dannes af myosin og actin, og derefter genoprettes det igen efter ATP-hydrolyse forekommer som følge af virkningen af myosin ATPase. Denne proces kan for eksempel observeres i en opløsning, hvori begge proteiner er til stede. Det bliver tyktflydende som et resultat af dannelsen af et kompleks med høj molekylvægt i fravær af ATP. Når det tilsættes, falder viskositeten kraftigt på grund af ødelæggelsen af det skabte kompleks, hvorefter det gradvist begynder at komme sig som følge af ATP-hydrolyse. I processen med muskelkontraktion spiller disse interaktioner en meget vigtig rolle.
Antibiotika
Vi fortsætter med at afsløre emnet "Proteinets biologiske rolle i kroppen." En meget stor og meget vigtig gruppenaturlige forbindelser udgør stoffer, der kaldes antibiotika. De er af mikrobiel oprindelse. Disse stoffer udskilles af specielle typer mikroorganismer. Aminosyrers og proteiners biologiske rolle er indiskutabel, men antibiotika udfører en særlig, meget vigtig funktion. De hæmmer væksten af mikroorganismer, der konkurrerer med dem. I 1940'erne revolutionerede opdagelsen og brugen af antibiotika behandlingen af infektionssygdomme forårsaget af bakterier. Det skal bemærkes, at antibiotika i de fleste tilfælde ikke virker på vira, så det er ineffektivt at bruge dem som antivirale lægemidler.
Eksempler på antibiotika
Penicillingruppen var den første, der blev sat i værk. Eksempler på denne gruppe er ampicillin og benzylpenicillin. Antibiotika er forskellige i deres virkningsmekanisme og kemiske natur. Nogle af dem, der er meget brugt i dag, interagerer med menneskelige ribosomer, mens proteinsyntese hæmmes i bakterielle ribosomer. Samtidig interagerer de næsten ikke med eukaryote ribosomer. Derfor er de ødelæggende for bakterieceller og lettere giftige for dyr og mennesker. Disse antibiotika omfatter streptomycin og levomycetin (chloramphenicol).
Proteinbiosyntesens biologiske rolle er meget vigtig, og selve denne proces har flere stadier. Vi vil kun tale om det i generelle vendinger.
Processen og den biologiske rolle af proteinbiosyntese
Denne proces er flere trin og meget kompleks. Det forekommer i ribosomer -specielle organeller. Cellen indeholder mange ribosomer. E. coli, for eksempel, har omkring 20 tusinde af dem.
"Beskriv processen med proteinbiosyntese og dens biologiske rolle" - sådan en opgave fik mange af os i skolen. Og for mange har det været svært. Nå, lad os prøve at finde ud af det sammen.
Proteinmolekyler er polypeptidkæder. De består, som du allerede ved, af individuelle aminosyrer. Sidstnævnte er dog ikke aktive nok. For at kunne kombineres og danne et proteinmolekyle kræver de aktivering. Det opstår som et resultat af virkningen af specielle enzymer. Hver aminosyre har sit eget enzym, der er specifikt indstillet til det. Energikilden til denne proces er ATP (adenosintrifosfat). Som følge af aktivering bliver aminosyren mere labil og binder sig under påvirkning af dette enzym til t-RNA, som overfører det til ribosomet (på grund af dette kaldes dette RNA transport). Således kommer aktiverede aminosyrer forbundet med tRNA ind i ribosomet. Ribosomet er en slags transportør til at samle proteinkæder fra indkommende aminosyrer.
Proteinsyntesens rolle er svær at overvurdere, da de syntetiserede forbindelser udfører meget vigtige funktioner. Næsten alle cellulære strukturer består af dem.
Så vi har beskrevet i generelle vendinger processen med proteinbiosyntese og dens biologiske rolle. Dette afslutter vores introduktion til proteiner. Vi håber, du har lyst til at fortsætte det.
