A fehérjék a legfontosabb szerves anyagok, amelyek száma meghaladja az élő sejtben található összes többi makromolekulát. A növényi és állati szervezetek szárazanyag-tömegének több mint felét teszik ki. A fehérjék funkciói a sejtben változatosak, egy részük még ismeretlen a tudomány számára. De mégis jól tanulmányozták "munkájuk" fő irányait. Némelyikre a sejtekben és szövetekben lezajló folyamatok serkentéséhez van szükség. Mások fontos ásványi vegyületeket szállítanak át a sejtmembránon és az ereken keresztül egyik szervből a másikba. Egyesek megvédik a szervezetet az idegen, gyakran kórokozó szerektől. Egy dolog világos: szervezetünkben egyetlen folyamat sem megy végbe fehérjék nélkül.
A fehérjék alapvető funkciói
A fehérjék funkciói a szervezetben változatosak. Minden csoportnak van egy speciális vegyszereépület, egy speciális „munkát” végez. Egyes esetekben többféle fehérje kapcsolódik egymással. Ugyanannak a folyamatnak a különböző szakaszaiért felelősek. Vagy egyszerre többre is hatással vannak. Például a fehérjék szabályozó funkcióját enzimek és hormonok látják el. Ez a jelenség elképzelhető, ha emlékezünk az adrenalin hormonra. A mellékvesevelő termeli. Az erekbe jutva növeli az oxigén mennyiségét a vérben. A vérnyomás is emelkedik, a cukortartalom nő. Ez serkenti az anyagcsere folyamatokat. Az adrenalin a halakban, a kétéltűekben és a hüllőkben is neurotranszmitter.
Enzimatikus funkció
Az élő szervezetek sejtjeiben végbemenő számos biokémiai reakció magas hőmérsékleten és semleges pH-érték mellett megy végbe. Ilyen körülmények között az áthaladásuk sebessége túl alacsony, ezért speciális katalizátorokra, úgynevezett enzimekre van szükség. Minden sokféleségüket 6 osztályba foglalják, amelyek különböznek a cselekvés sajátosságaiban. Az enzimek a sejtek riboszómáin szintetizálódnak. Az enzimológia tudománya foglalkozik tanulmányozásukkal.
Kétségtelen, hogy a fehérjék szabályozó funkciója enzimek nélkül lehetetlen. Nagy cselekvési szelektivitással rendelkeznek. Tevékenységük gátlókkal és aktivátorokkal szabályozható. Ezenkívül az enzimek általában szubsztrát-specifitást mutatnak. Ezenkívül az enzimaktivitás a testben és különösen a sejtekben fennálló körülményektől függ. Áramlásukat befolyásolja a nyomás, a savas pH, a hőmérséklet, az oldat ionerőssége, azazsókoncentráció a citoplazmában.
Fehérjetranszport funkció
A sejtnek folyamatosan meg kell kapnia a szervezet számára szükséges ásványi és szerves anyagokat. Építőanyagként és energiaforrásként szükségesek a sejtekben. Ám átvételük mechanizmusa meglehetősen bonyolult. A sejtfalak nem csupán fehérjékből állnak. A biológiai membránok a kettős lipidréteg elvén épülnek fel. Különféle fehérjék vannak beágyazva közéjük. Nagyon fontos, hogy a hidrofil régiók a membrán felületén, míg a hidrofób régiók a vastagságában helyezkedjenek el. Így egy ilyen szerkezet áthatolhatatlanná teszi a héjat. Önállóan, „segítség” nélkül nem tudnak átjutni rajta olyan fontos komponensek, mint a cukrok, metolionok és aminosavak. A citoplazma membránján keresztül speciális fehérjék szállítják a citoplazmába, amelyek lipidrétegekbe vannak ágyazva.
Anyagok szállítása egyik szervből a másikba
A fehérjék szállítási funkciója azonban nem csak az intercelluláris anyag és a sejt között történik. Egyes élettani folyamatokhoz fontos anyagokat egyik szervezetből a másikba kell szállítani. Például a vér transzportfehérje a szérumalbumin. Egyedülálló képességgel rendelkezik, hogy a zsírok emésztése során megjelenő zsírsavakkal, gyógyszerekkel, valamint szteroid hormonokkal vegyületeket képezzen. Fontos hordozófehérjék a hemoglobin (oxigénmolekulákat szállító), a transzferrin (vasionokkal kombinálva) és a ceruplazmin (komplexeket képezréz).
A fehérjék jelfunkciója
A receptorfehérjék nagy jelentőséggel bírnak a többsejtű komplex organizmusok élettani folyamataiban. A plazmamembránba vannak beágyazva. Különféle jelek érzékelésére és megfejtésére szolgálnak, amelyek nem csak a szomszédos szövetekből, hanem a külső környezetből is folyamatos áramlásban jutnak a sejtekbe. Jelenleg talán a legtöbbet tanulmányozott receptorfehérje az acetilkolin. A sejtmembrán számos interneuronális csomópontjában található.
A fehérjék jelátviteli funkcióját azonban nem csak a sejteken belül látják el. Sok hormon a felszínükön lévő specifikus receptorokhoz kötődik. Az ilyen képződött vegyület olyan jel, amely aktiválja a sejtekben a fiziológiai folyamatokat. Ilyen fehérjékre példa az inzulin, amely az adenilát-cikláz rendszerben hat.
Védelmi funkció
A fehérjék funkciói egy sejtben eltérőek. Néhányuk részt vesz az immunválaszokban. Ez megvédi a szervezetet a fertőzésektől. Az immunrendszer nagyszámú limfocita szintézisével képes reagálni az azonosított idegen ágensekre. Ezek az anyagok szelektíven károsíthatják ezeket a szereket, lehetnek a szervezet számára idegenek, például baktériumok, szupramolekuláris részecskék, vagy rákos sejtek lehetnek.
Az egyik csoport – a „béta”-limfociták – olyan fehérjéket termel, amelyek bejutnak a véráramba. Nagyon érdekes funkciójuk van. Ezeknek a fehérjéknek fel kell ismerniük az idegen sejteket és makromolekulákat. Aztán kapcsolatba lépnek velük,elpusztítandó komplexumot alkotva. Ezeket a fehérjéket immunglobulinoknak nevezik. Az idegen komponensek maguk is antigének. A nekik megfelelő immunglobulinok pedig antitestek.
Strukturális funkció
A szervezetben a magasan specializált fehérjék mellett szerkezeti fehérjék is vannak. A mechanikai szilárdság biztosításához szükségesek. A sejtben lévő fehérjék ezen funkciói fontosak a test alakjának és fiatalságának megőrzéséhez. A leghíresebb a kollagén. Ez a kötőszövetek extracelluláris mátrixának fő fehérje. Magasabb emlősökben a fehérjék teljes tömegének legfeljebb 1/4-e. A kollagént a fibroblasztokban szintetizálják, amelyek a kötőszövetek fő sejtjei.
A fehérjék ilyen funkciói a sejtben nagy jelentőséggel bírnak. A kollagén mellett egy másik szerkezeti fehérje is ismert - az elasztin. Ezenkívül az extracelluláris mátrix alkotóeleme. Az elasztin képes megadni a szöveteknek azt a képességet, hogy bizonyos határokon belül megnyúljanak, és könnyen visszanyerjék eredeti formájukat. A szerkezeti fehérjék másik példája a fibroin, amely a selyemhernyó hernyóiban található. Ez a selyemszálak fő alkotóeleme.
Motorfehérjék
A fehérjék sejtben betöltött szerepét nem lehet túlbecsülni. Az izmok munkájában is részt vesznek. Az izomösszehúzódás fontos élettani folyamat. Ennek eredményeként a makromolekulák formájában tárolt ATP kémiai energiává alakul. A folyamat közvetlen résztvevője két fehérje – az aktin és a miozin.
Ezek a motorfehérjékfonalas molekulák, amelyek a vázizmok összehúzó rendszerében működnek. Az eukarióta sejtek nem izomszöveteiben is megtalálhatók. A motorfehérjék másik példája a tubulin. Mikrotubulusok épülnek belőle, amelyek a flagellák és a csillók fontos elemei. A tubulint tartalmazó mikrotubulusok az állatok idegszövetének sejtjeiben is megtalálhatók.
Antibiotikumok
A fehérjék védő szerepe a sejtben óriási. Egy része egy csoporthoz tartozik, amelyet általában antibiotikumoknak neveznek. Ezek természetes eredetű anyagok, amelyeket általában baktériumokban, mikroszkopikus gombákban és más mikroorganizmusokban szintetizálnak. Céljuk, hogy elnyomják más versengő organizmusok élettani folyamatait. A fehérje eredetű antibiotikumokat a 40-es években fedezték fel. Forradalmasították az orvostudományt, erőteljes lendületet adva a fejlődésnek.
Kémiai természetüknél fogva az antibiotikumok nagyon változatos csoportot alkotnak. Hatásmechanizmusukban is különböznek egymástól. Egyesek megakadályozzák a fehérjeszintézist a sejten belül, mások a fontos enzimek termelődését, mások a növekedést, mások pedig a szaporodást. Például a jól ismert sztreptomicin kölcsönhatásba lép a baktériumsejtek riboszómáival. Így drámaian lelassítják a fehérjék szintézisét. Ugyanakkor ezek az antibiotikumok nem lépnek kölcsönhatásba az emberi test eukarióta riboszómáival. Ez azt jelenti, hogy ezek az anyagok nem mérgezőek a magasabb rendű emlősökre.
Ez nem minden fehérje funkciója a sejtben. asztalAz antibiotikum anyagok lehetővé teszik más, rendkívül speciális hatások meghatározását, amelyeket ezek a specifikus természetes vegyületek képesek kifejteni a baktériumokon, és nem csak. Jelenleg fehérje eredetű antibiotikumokat tanulmányoznak, amelyek a DNS-sel kölcsönhatásba lépve megzavarják az örökletes információ megtestesülésével kapcsolatos folyamatokat. De eddig az ilyen anyagokat csak az onkológiai betegségek kemoterápiájában használják. Ilyen antibiotikus anyag például a dactinomycin, amelyet az aktinomyceták szintetizálnak.
Toxinok
A sejtben lévő fehérjék nagyon specifikus, sőt rendkívüli funkciót töltenek be. Számos élő szervezet mérgező anyagokat - toxinokat - termel. Természetüknél fogva ezek fehérjék és összetett kis molekulatömegű szerves vegyületek. Ilyen például a sápadt vöcsök gomba mérgező pépje.
Tartalék- és élelmiszerfehérjék
Egyes fehérjék ellátják az állatok és növények embrióinak táplálékát. Sok ilyen példa van. A fehérje jelentősége a gabonamagok sejtjében éppen ebben rejlik. Táplálják a növény feltörekvő csíráját a fejlődésének első szakaszában. Az állatoknál az étrendi fehérjék a tojásalbumin és a tejkazein.
A fehérjék feltáratlan tulajdonságai
A fenti példák csak azt a részt jelentik, amelyet már kellőképpen tanulmányoztunk. De a természetben sok rejtély van. Számos biológiai faj sejtjében található fehérjék egyediek, és jelenleg még osztályozzák is őketnehéz. Például a monellin egy afrikai növényből felfedezett és izolált fehérje. Édes ízű, de nem elhízott és nem mérgező. A jövőben kiváló helyettesítője lehet a cukornak. Egy másik példa az egyes sarkvidéki halakban található fehérje, amely az összehasonlítás szó szerinti értelmében fagyállóként hatva megakadályozza a vér megfagyását. Számos rovarnál a szárnyak ízületeiben találták meg az egyedülálló, szinte tökéletes rugalmasságú resilin fehérjét. És ez nem minden példa olyan anyagokra, amelyeket még tanulmányozni és besorolni kell.
