A fehérjék, amelyek biológiai szerepét ma figyelembe vesszük, aminosavakból felépülő makromolekuláris vegyületek. Az összes többi szerves vegyület között szerkezetükben a legösszetettebbek közé tartoznak. A fehérjék az elemi összetétel szerint különböznek a zsíroktól és a szénhidrátoktól: az oxigén, a hidrogén és a szén mellett nitrogént is tartalmaznak. Ezenkívül a kén a legfontosabb fehérjék nélkülözhetetlen alkotóeleme, és egyesek jódot, vasat és foszfort tartalmaznak.
A fehérje biológiai szerepe nagyon magas. Ezek a vegyületek alkotják a protoplazma tömegének nagy részét, valamint az élő sejtek magját. A fehérjék minden állati és növényi szervezetben megtalálhatók.
Egy vagy több funkció
Különböző vegyületeik biológiai szerepe és funkciója eltérő. Sajátos kémiai szerkezetű anyagként minden fehérje rendkívül speciális funkciót lát el. Csak bizonyos esetekben képes egyszerre több összekapcsolt műveletet végrehajtani. Például az adrenalin, amely a velőben termelődikmellékvesék, a véráramba kerülve növeli a vérnyomást és az oxigénfogyasztást, a vércukorszintet. Emellett serkenti az anyagcserét, hidegvérű állatoknál pedig az idegrendszer közvetítője is. Amint látja, egyszerre több funkciót is ellát.
Enzimatikus (katalitikus) funkció
Az élő szervezetekben végbemenő változatos biokémiai reakciók enyhe körülmények között mennek végbe, ahol a hőmérséklet megközelíti a 40°C-ot és a pH-értékek szinte semlegesek. Ilyen körülmények között sokuk áramlási sebessége elhanyagolható. Ezért ezek megvalósításához enzimekre van szükség - speciális biológiai katalizátorokra. Az élő szervezetekben szinte minden reakciót enzimek katalizálnak, kivéve a víz fotolízisét. Ezek az elemek fehérjék vagy fehérjék komplexei kofaktorral (szerves molekulával vagy fémionnal). Az enzimek nagyon szelektíven hatnak, elindítva a szükséges folyamatokat. Tehát a fent tárgy alt katalitikus funkció egyike azoknak, amelyeket a fehérjék végeznek. Ezeknek a vegyületeknek a biológiai szerepe azonban nem korlátozódik megvalósításukra. Az alábbiakban számos további funkciót is megvizsgálunk.
Közlekedési funkció
Egy sejt létezéséhez sok olyan anyag bejutása szükséges, amelyek energiával és építőanyaggal látják el. Minden biológiai membrán egy közösbe van építveelv. Ez egy kettős lipidréteg, a fehérjék belemerülnek. Ugyanakkor a makromolekulák hidrofil régiói a membránok felületén koncentrálódnak, és a hidrofób "farok" vastagságukban koncentrálódik. Ez a szerkezet áthatolhatatlan marad a fontos összetevők számára: aminosavak, cukrok, alkálifém-ionok. Ezen elemek behatolása a sejtbe a sejtmembránba ágyazott transzportfehérjék segítségével történik. A baktériumoknak például van egy speciális fehérjéje, amely a laktózt (tejcukrot) a külső membránon keresztül szállítja.
A többsejtű szervezeteknek van egy rendszerük, amely különféle anyagokat szállít egyik szervből a másikba. Elsősorban hemoglobinról beszélünk (a fenti képen). Ezenkívül a szérum albumin (transzportfehérje) folyamatosan jelen van a vérplazmában. Képes erős komplexeket képezni a zsírok emésztése során képződő zsírsavakkal, valamint számos hidrofób aminosavval (például triptofánnal) és számos gyógyszerrel (egyes penicillinek, szulfonamidok, aszpirin). Egy másik példa a transzferrin, amely a vasionok transzportját közvetíti a szervezetben. Megemlíthetjük a rézionokat hordozó ceruplazmint is. Tehát figyelembe vettük a fehérjék által végrehajtott szállítási funkciót. Biológiai szerepük is nagyon jelentős ebből a szempontból.
Receptor funkció
A receptorfehérjék nagy jelentőséggel bírnak, különösen a többsejtű élőlények életfenntartásában. Be vannak építvea plazmasejt membránjába, és a sejtbe jutó jelek érzékelésére és további átalakítására szolgál. Ebben az esetben a jelek más sejtekből és a környezetből is származhatnak. Jelenleg az acetilkolin receptorokat vizsgálják a legtöbbet. Számos interneuronális érintkezésben helyezkednek el a sejtmembránon, beleértve a neuromuszkuláris csomópontokat, az agykéregben. Ezek a fehérjék kölcsönhatásba lépnek az acetilkolinnal, és jelet továbbítanak a sejtbe.
A jel fogadására és átalakítására szolgáló neurotranszmittert el kell távolítani, hogy a sejtnek lehetősége legyen felkészülni a további jelek észlelésére. Ehhez acetilkolinészterázt használnak - egy speciális enzimet, amely katalizálja az acetilkolin kolinná és acetáttá történő hidrolízisét. Hát nem igaz, hogy a fehérjék által ellátott receptor funkció is nagyon fontos? A következő, a szervezet védekező funkciójának biológiai szerepe óriási. Ezzel egyszerűen nem lehet egyetérteni.
Védelmi funkció
A szervezetben az immunrendszer nagyszámú limfocita termelésével reagál a benne lévő idegen részecskék megjelenésére. Képesek szelektíven károsítani az elemeket. Ilyen idegen részecskék lehetnek rákos sejtek, patogén baktériumok, szupramolekuláris részecskék (makromolekulák, vírusok stb.). A B-limfociták olyan limfociták csoportja, amelyek speciális fehérjéket termelnek. Ezek a fehérjék a keringési rendszerbe kerülnek. Felismerik az idegen részecskéket, miközben nagyon specifikus komplexet képeznek a megsemmisítési szakaszban. Ezeket a fehérjéket immunglobulinoknak nevezik. Az idegen anyagokat antigéneknek nevezzük.amelyek az immunrendszer reakcióját váltják ki.
Strukturális funkció
A rendkívül speciális funkciókat ellátó fehérjék mellett vannak olyanok is, amelyek jelentőségük elsősorban szerkezeti jellegű. Ezeknek köszönhetően biztosított a mechanikai szilárdság, valamint az élő szervezetek szöveteinek egyéb tulajdonságai. E fehérjék közé tartozik mindenekelőtt a kollagén. Az emlősök kollagénje (az alábbi képen) a fehérjék tömegének körülbelül egynegyedét teszi ki. A kötőszövetet alkotó fő sejtekben (úgynevezett fibroblasztokban) szintetizálódik.
A kollagén kezdetben prokollagénként – prekurzoraként – képződik, amely kémiai feldolgozáson megy keresztül a fibroblasztokban. Ezután három spirálba csavart polipeptidlánc formájában jön létre. Már a fibroblasztokon kívül több száz nanométer átmérőjű kollagénszálakká egyesülnek. Ez utóbbiak kollagénszálakat képeznek, amelyek már mikroszkóp alatt is láthatók. Az elasztikus szövetekben (tüdőfalak, erek, bőr) az extracelluláris mátrix a kollagén mellett az elasztin fehérjét is tartalmazza. Meglehetősen széles tartományban nyúlhat át, majd visszatérhet eredeti állapotába. Egy másik példa a szerkezeti fehérjére, amely itt megadható, a selyemfibroin. A selyemhernyó-hernyó bábjának kialakulása során izolálódik. A selyemszálak fő alkotóeleme. Térjünk át a motorfehérjék leírására.
Motorfehérjék
A motoros folyamatok megvalósításában pedig a fehérjék biológiai szerepe nagy. Röviden beszéljünk erről a funkcióról. Az izomösszehúzódás az a folyamat, amelynek során a kémiai energia mechanikai munkává alakul. Közvetlen résztvevői két fehérje - a miozin és az aktin. A miozin szerkezete nagyon szokatlan. Két gömb alakú fejből és egy farokból (hosszú fonalas rész) áll. Körülbelül 1600 nm egy molekula hossza. A fejek körülbelül 200 nm-t tesznek ki.
Az aktin (a fenti képen) egy gömbölyű fehérje, amelynek molekulatömege 42 000. Polimerizálódva hosszú szerkezetet alkothat, és ebben a formában kölcsönhatásba léphet a miozinfejjel. Ennek a folyamatnak egy fontos jellemzője az ATP jelenlététől való függése. Ha koncentrációja elég magas, akkor a miozin és aktin által alkotott komplex elpusztul, majd a miozin ATPáz hatására bekövetkező ATP hidrolízis után ismét helyreáll. Ez a folyamat megfigyelhető például olyan oldatban, amelyben mindkét fehérje jelen van. Az ATP hiányában nagy molekulatömegű komplex képződése következtében viszkózussá válik. Hozzáadáskor a viszkozitás meredeken csökken a létrehozott komplex megsemmisülése miatt, majd az ATP hidrolízis eredményeként fokozatosan helyreáll. Az izomösszehúzódás folyamatában ezek a kölcsönhatások nagyon fontos szerepet játszanak.
Antibiotikumok
Folytatjuk a "A fehérje biológiai szerepe a szervezetben" témakör feltárását. Nagyon nagy és nagyon fontos csoporta természetes vegyületek antibiotikumoknak nevezett anyagokat alkotnak. Mikrobás eredetűek. Ezeket az anyagokat speciális mikroorganizmusok választják ki. Az aminosavak és fehérjék biológiai szerepe vitathatatlan, de az antibiotikumok különleges, nagyon fontos funkciót töltenek be. Gátolják a velük versengő mikroorganizmusok növekedését. Az 1940-es években az antibiotikumok felfedezése és alkalmazása forradalmasította a baktériumok okozta fertőző betegségek kezelését. Meg kell jegyezni, hogy a legtöbb esetben az antibiotikumok nem hatnak a vírusokra, ezért vírusellenes gyógyszerként történő alkalmazásuk hatástalan.
Példák antibiotikumokra
A penicillincsoport volt az első, amelyet a gyakorlatba átültettek. Ebbe a csoportba tartozik például az ampicillin és a benzilpenicillin. Az antibiotikumok hatásmechanizmusukban és kémiai természetükben változatosak. A ma széles körben használtak némelyike kölcsönhatásba lép az emberi riboszómákkal, míg a fehérjeszintézis gátolt a bakteriális riboszómákban. Ugyanakkor alig lépnek kölcsönhatásba az eukarióta riboszómákkal. Ezért pusztítóak a baktériumsejtek számára, és enyhén mérgezőek az állatokra és az emberekre. Ezek az antibiotikumok közé tartozik a sztreptomicin és a levomicetin (klóramfenikol).
A fehérjebioszintézis biológiai szerepe nagyon fontos, és ennek a folyamatnak is több szakasza van. Csak általánosságban fogunk beszélni róla.
A fehérjebioszintézis folyamata és biológiai szerepe
Ez a folyamat többlépcsős és nagyon összetett. A riboszómákban fordul elő -speciális organellumok. A sejt sok riboszómát tartalmaz. Az E. coliban például körülbelül 20 ezer van.
„Írja le a fehérje bioszintézis folyamatát és biológiai szerepét” – ezt a feladatot sokan kaptuk az iskolában. És sokak számára nehéz volt. Nos, próbáljuk meg közösen kitalálni.
A fehérjemolekulák polipeptidláncok. Mint már tudod, egyedi aminosavakból állnak. Ez utóbbiak azonban nem elég aktívak. Ahhoz, hogy egyesüljenek és fehérjemolekulát képezzenek, aktiválásra van szükségük. Speciális enzimek hatására jön létre. Minden aminosavnak megvan a saját enzimje, amely kifejezetten rá van hangolva. Ennek a folyamatnak az energiaforrása az ATP (adenozin-trifoszfát). Az aktiválás következtében az aminosav labilisabbá válik, és ennek az enzimnek a hatására kötődik a t-RNS-hez, amely továbbítja azt a riboszómához (ezt az RNS-t ezért transzportnak nevezik). Így a tRNS-hez kapcsolódó aktivált aminosavak belépnek a riboszómába. A riboszóma egyfajta szállítószalag fehérjeláncok összeállításához a bejövő aminosavakból.
A fehérjeszintézis szerepét nehéz túlbecsülni, mivel a szintetizált vegyületek nagyon fontos funkciókat töltenek be. Szinte az összes sejtszerkezet ezekből áll.
Tehát általánosságban leírtuk a fehérje bioszintézis folyamatát és biológiai szerepét. Ezzel a fehérjékkel kapcsolatos bevezetésünket zárjuk. Reméljük, megvan benned a vágy a folytatásra.
