Białka to najważniejsze substancje organiczne, których liczba przeważa nad wszystkimi innymi makrocząsteczkami obecnymi w żywej komórce. Stanowią ponad połowę suchej masy organizmów roślinnych i zwierzęcych. Funkcje białek w komórce są zróżnicowane, niektóre z nich są wciąż nieznane nauce. Ale nadal główne kierunki ich „pracy” są dobrze zbadane. Niektóre są potrzebne w celu pobudzenia procesów zachodzących w komórkach i tkankach. Inne przenoszą ważne związki mineralne przez błonę komórkową i naczynia krwionośne z jednego organu do drugiego. Niektóre chronią organizm przed obcymi, często chorobotwórczymi czynnikami. Jedno jest pewne - żaden proces w naszym ciele nie zachodzi bez białek.
Podstawowe funkcje białek
Funkcje białek w organizmie są zróżnicowane. Każda grupa ma określoną substancję chemicznąbudynku, wykonuje jedną specjalistyczną „pracę”. W niektórych przypadkach kilka rodzajów białek jest ze sobą połączonych. Odpowiadają za różne etapy tego samego procesu. Lub wpływają na kilka naraz. Na przykład funkcję regulacyjną białek pełnią enzymy i hormony. Zjawisko to można sobie wyobrazić, pamiętając o hormonie adrenaliny. Jest produkowany przez rdzeń nadnerczy. Wchodząc do naczyń krwionośnych, zwiększa ilość tlenu we krwi. Wzrasta również ciśnienie krwi, wzrasta zawartość cukru. To stymuluje procesy metaboliczne. Adrenalina jest również neuroprzekaźnikiem u ryb, płazów i gadów.
Funkcja enzymatyczna
Wiele reakcji biochemicznych zachodzących w komórkach organizmów żywych przebiega w wysokich temperaturach i przy neutralnym pH. W takich warunkach szybkość ich przejścia jest zbyt niska, dlatego potrzebne są wyspecjalizowane katalizatory zwane enzymami. Cała ich różnorodność łączy się w 6 klas, które różnią się specyfiką działania. Enzymy są syntetyzowane na rybosomach w komórkach. Nauka enzymologii jest zaangażowana w ich badania.
Niewątpliwie funkcja regulacyjna białek jest niemożliwa bez enzymów. Charakteryzują się wysoką selektywnością działania. Ich aktywność można regulować za pomocą inhibitorów i aktywatorów. Ponadto enzymy zwykle wykazują specyficzność substratową. Również aktywność enzymatyczna zależy od warunków w organizmie, a zwłaszcza w komórkach. Na ich przepływ wpływa ciśnienie, kwaśne pH, temperatura, siła jonowa roztworu, czylistężenie soli w cytoplazmie.
Funkcja transportu białek
Komórka musi stale otrzymywać niezbędne dla organizmu substancje mineralne i organiczne. Są potrzebne jako materiały budowlane i źródła energii w komórkach. Ale mechanizm ich odbioru jest dość skomplikowany. Ściany komórkowe składają się nie tylko z białek. Błony biologiczne zbudowane są na zasadzie podwójnej warstwy lipidów. Pomiędzy nimi osadzone są różne białka. Bardzo ważne jest, aby regiony hydrofilowe znajdowały się na powierzchni membrany, podczas gdy regiony hydrofobowe znajdowały się w jej grubości. Taka konstrukcja sprawia, że powłoka jest nieprzepuszczalna. Nie mogą przejść przez nią samodzielnie, bez „pomocy” tak ważnych składników jak cukry, jony metolu i aminokwasy. Transportowane są przez błonę cytoplazmatyczną do cytoplazmy przez wyspecjalizowane białka osadzone w warstwach lipidowych.
Transport substancji z jednego organu do drugiego
Ale funkcja transportowa białek jest realizowana nie tylko między substancją międzykomórkową a komórką. Niektóre substancje ważne dla procesów fizjologicznych muszą być dostarczane z jednego organizmu do drugiego. Na przykład białkiem transportowym we krwi jest albumina surowicy. Posiada unikalną zdolność tworzenia związków z kwasami tłuszczowymi, które pojawiają się podczas trawienia tłuszczów, leków, a także hormonów steroidowych. Ważnymi białkami nośnikowymi są hemoglobina (dostarczająca cząsteczki tlenu), transferyna (łącząca się z jonami żelaza) i ceruplazmina (tworząca kompleksy zmiedź).
Funkcja sygnałowa białek
Białka receptorowe mają ogromne znaczenie w przebiegu procesów fizjologicznych w złożonych organizmach wielokomórkowych. Są osadzone w błonie komórkowej. Służą do odbierania i odczytywania różnego rodzaju sygnałów, które wnikają do komórek ciągłym strumieniem nie tylko z sąsiednich tkanek, ale także ze środowiska zewnętrznego. Obecnie chyba najlepiej zbadanym białkiem receptorowym jest acetylocholina. Znajduje się w wielu połączeniach międzyneuronowych na błonie komórkowej.
Ale funkcja sygnalizacyjna białek jest realizowana nie tylko wewnątrz komórek. Wiele hormonów wiąże się z określonymi receptorami na swojej powierzchni. Tak powstały związek jest sygnałem aktywującym procesy fizjologiczne w komórkach. Przykładem takich białek jest insulina, która działa w układzie cyklazy adenylanowej.
Funkcja ochrony
Funkcje białek w komórce są różne. Niektóre z nich biorą udział w odpowiedziach immunologicznych. To chroni organizm przed infekcjami. Układ odpornościowy jest w stanie odpowiedzieć na zidentyfikowane obce czynniki syntezą ogromnej liczby limfocytów. Substancje te mogą selektywnie uszkadzać te czynniki, mogą być obce dla organizmu, takie jak bakterie, cząsteczki supramolekularne lub mogą być komórkami rakowymi.
Jedna z grup - „beta” - limfocyty - wytwarza białka, które dostają się do krwiobiegu. Pełnią bardzo ciekawą funkcję. Białka te muszą rozpoznawać obce komórki i makrocząsteczki. Następnie łączą się z nimi,tworząc kompleks, który ma zostać zniszczony. Białka te nazywane są immunoglobulinami. Same obce składniki są antygenami. A odpowiadające im immunoglobuliny to przeciwciała.
Funkcja strukturalna
W organizmie oprócz wysoce wyspecjalizowanych znajdują się również białka strukturalne. Są niezbędne do zapewnienia wytrzymałości mechanicznej. Te funkcje białek w komórce są ważne dla zachowania formy i młodości ciała. Najbardziej znanym jest kolagen. Jest głównym białkiem macierzy zewnątrzkomórkowej tkanek łącznych. U wyższych ssaków stanowi do 1/4 całkowitej masy białek. Kolagen jest syntetyzowany w fibroblastach, które są głównymi komórkami tkanki łącznej.
Takie funkcje białek w komórce mają ogromne znaczenie. Oprócz kolagenu znane jest inne białko strukturalne - elastyna. Jest także składnikiem macierzy zewnątrzkomórkowej. Elastyna jest w stanie nadać tkankom zdolność rozciągania się w określonych granicach i łatwo powrócić do pierwotnego kształtu. Innym przykładem białka strukturalnego jest fibroina, która znajduje się w gąsienicach jedwabników. Jest głównym składnikiem nici jedwabnych.
Białka motoryczne
Rola białek w komórce jest nie do przecenienia. Biorą również udział w pracy mięśni. Skurcz mięśni to ważny proces fizjologiczny. W rezultacie ATP zmagazynowany w postaci makrocząsteczek jest zamieniany na energię chemiczną. Bezpośrednimi uczestnikami procesu są dwa białka - aktyna i miozyna.
Te białka motoryczneto nitkowate cząsteczki, które funkcjonują w układzie kurczliwym mięśni szkieletowych. Występują również w tkankach niemięśniowych w komórkach eukariotycznych. Innym przykładem białek motorycznych jest tubulina. Zbudowane są z niej mikrotubule, które są ważnym elementem wici i rzęsek. Mikrotubule zawierające tubulinę znajdują się również w komórkach tkanki nerwowej zwierząt.
Antybiotyki
Ochronna rola białek w komórce jest ogromna. Część jest przypisana do grupy, która jest powszechnie nazywana antybiotykami. Są to substancje pochodzenia naturalnego, które są z reguły syntetyzowane w bakteriach, mikroskopijnych grzybach i innych mikroorganizmach. Mają na celu zahamowanie procesów fizjologicznych innych organizmów konkurujących. Antybiotyki pochodzenia białkowego odkryto w latach 40. XX wieku. Zrewolucjonizowali medycynę, dając jej potężny impuls do rozwoju.
Dzięki swojej chemicznej naturze antybiotyki stanowią bardzo zróżnicowaną grupę. Różnią się także mechanizmem działania. Niektóre zapobiegają syntezie białek w komórkach, inne blokują produkcję ważnych enzymów, inne hamują wzrost, a jeszcze inne hamują reprodukcję. Na przykład dobrze znana streptomycyna oddziałuje z rybosomami komórek bakteryjnych. W ten sposób dramatycznie spowalniają syntezę białek. Jednocześnie te antybiotyki nie wchodzą w interakcje z eukariotycznymi rybosomami ludzkiego ciała. Oznacza to, że substancje te nie są toksyczne dla wyższych ssaków.
To nie wszystkie funkcje białek w komórce. Stółsubstancje antybiotykowe pozwalają określić inne wysoce wyspecjalizowane działania, które te specyficzne związki naturalne mogą mieć na bakterie i nie tylko. Obecnie badane są antybiotyki pochodzenia białkowego, które w interakcji z DNA zakłócają procesy związane z ucieleśnieniem informacji dziedzicznej. Jednak do tej pory takie substancje są stosowane tylko w chemioterapii chorób onkologicznych. Przykładem takiej substancji antybiotycznej jest daktynomycyna, którą syntetyzują promieniowce.
Toksyny
Białka w komórce pełnią bardzo specyficzną, a nawet niezwykłą funkcję. Szereg żywych organizmów wytwarza substancje toksyczne – toksyny. Z natury są to białka i złożone związki organiczne o niskiej masie cząsteczkowej. Przykładem jest trująca miazga perkoza bladego.
Rezerwa i białka spożywcze
Niektóre białka pełnią funkcję odżywiania zarodków zwierząt i roślin. Takich przykładów jest wiele. Na tym właśnie polega znaczenie białka w komórce nasion zbóż. Odżywią wschodzące zarodki rośliny w pierwszych fazach jej rozwoju. U zwierząt białka dietetyczne to albumina jaja i kazeina mleka.
Niezbadane właściwości białek
Powyższe przykłady to tylko część, która została już wystarczająco zbadana. Ale w naturze jest wiele tajemnic. Białka w komórce wielu gatunków biologicznych są unikalne, a obecnie nawet je klasyfikujątrudny. Na przykład monellina jest białkiem odkrytym i wyizolowanym z afrykańskiej rośliny. Smakuje słodko, ale nie jest otyły i nietoksyczny. W przyszłości może być doskonałym substytutem cukru. Innym przykładem jest białko występujące w niektórych rybach arktycznych, które zapobiega zamarzaniu krwi, działając jako środek przeciw zamarzaniu w dosłownym sensie porównania. U wielu owadów w stawach skrzydłowych znaleziono białko rezyliny, które ma wyjątkową, niemal idealną elastyczność. I to nie wszystkie przykłady substancji, które nie zostały jeszcze zbadane i sklasyfikowane.
