Białka, których biologiczna rola będzie rozważana dzisiaj, to związki wielkocząsteczkowe zbudowane z aminokwasów. Spośród wszystkich innych związków organicznych należą one do najbardziej złożonych w swojej strukturze. Według składu pierwiastkowego białka różnią się od tłuszczów i węglowodanów: oprócz tlenu, wodoru i węgla zawierają również azot. Ponadto siarka jest niezbędnym składnikiem najważniejszych białek, a niektóre zawierają jod, żelazo i fosfor.
Biologiczna rola białka jest bardzo wysoka. To właśnie te związki stanowią większość masy protoplazmy, a także jądra żywych komórek. Białka znajdują się we wszystkich organizmach zwierzęcych i roślinnych.
Jedna lub więcej funkcji
Biologiczna rola i funkcje różnych związków są różne. Jako substancja o specyficznej budowie chemicznej każde białko pełni wysoce wyspecjalizowaną funkcję. Tylko w niektórych przypadkach może wykonać kilka połączonych naraz. Na przykład adrenalina, która jest wytwarzana w rdzeniunadnercza, wchodzące do krwiobiegu, zwiększają ciśnienie krwi i zużycie tlenu, poziom cukru we krwi. Ponadto jest stymulatorem przemiany materii, a u zwierząt zimnokrwistych jest także mediatorem układu nerwowego. Jak widać, wykonuje wiele funkcji na raz.
Funkcja enzymatyczna (katalityczna)
Różnorodne reakcje biochemiczne zachodzące w organizmach żywych przebiegają w łagodnych warunkach, w których temperatura zbliża się do 40°C, a wartości pH są prawie obojętne. W tych warunkach natężenia przepływu wielu z nich są znikome. Dlatego do ich realizacji potrzebne są enzymy – specjalne katalizatory biologiczne. Prawie wszystkie reakcje, z wyjątkiem fotolizy wody, są katalizowane w żywych organizmach przez enzymy. Te elementy to albo białka, albo kompleksy białek z kofaktorem (cząsteczka organiczna lub jon metalu). Enzymy działają bardzo selektywnie, rozpoczynając niezbędny proces. Tak więc omówiona powyżej funkcja katalityczna jest jedną z tych, które pełnią białka. Biologiczna rola tych związków nie ogranicza się jednak do ich implementacji. Istnieje wiele innych funkcji, które omówimy poniżej.
Funkcja transportowa
Dla istnienia komórki konieczne jest, aby do niej dostało się wiele substancji, które dostarczają jej energii i budulca. Wszystkie błony biologiczne są zbudowane we wspólnymzasada. To podwójna warstwa lipidów, w której zanurzone są białka. Jednocześnie hydrofilowe regiony makrocząsteczek są skoncentrowane na powierzchni błon, a hydrofobowe „ogony” są skoncentrowane na ich grubości. Struktura ta pozostaje nieprzepuszczalna dla ważnych składników: aminokwasów, cukrów, jonów metali alkalicznych. Przenikanie tych pierwiastków do wnętrza komórki odbywa się za pomocą białek transportowych osadzonych w błonie komórkowej. Na przykład bakterie mają specjalne białko, które transportuje laktozę (cukier mleczny) przez błonę zewnętrzną.
Organizmy wielokomórkowe posiadają system transportu różnych substancji z jednego organu do drugiego. Mówimy przede wszystkim o hemoglobinie (na zdjęciu powyżej). Ponadto albumina surowicy (białko transportowe) jest stale obecna w osoczu krwi. Posiada zdolność tworzenia silnych kompleksów z kwasami tłuszczowymi powstającymi podczas trawienia tłuszczów, a także z szeregiem aminokwasów hydrofobowych (np. z tryptofanem) oraz z wieloma lekami (niektóre penicyliny, sulfonamidy, aspiryna). Innym przykładem jest transferyna, która pośredniczy w transporcie jonów żelaza w organizmie. Możemy również wspomnieć o ceruplazminie, która przenosi jony miedzi. Rozważyliśmy więc funkcję transportową, jaką pełnią białka. Z tego punktu widzenia bardzo istotna jest również ich rola biologiczna.
Funkcja receptora
Białka receptorowe mają ogromne znaczenie, zwłaszcza dla podtrzymania życia organizmów wielokomórkowych. Są wbudowanew błonę komórki plazmatycznej i służą do odbierania i dalszego przekształcania sygnałów wchodzących do komórki. W takim przypadku sygnały mogą pochodzić zarówno z innych komórek, jak iz otoczenia. Receptory acetylocholiny są obecnie najlepiej zbadane. Znajdują się one w wielu kontaktach międzyneuronalnych na błonie komórkowej, w tym w połączeniach nerwowo-mięśniowych w korze mózgowej. Białka te oddziałują z acetylocholiną i przekazują sygnał do komórki.
Neuroprzekaźnik do odbioru sygnału i jego konwersji musi zostać usunięty, aby komórka miała możliwość przygotowania się na odbiór kolejnych sygnałów. W tym celu stosuje się acetylocholinoesterazę - specjalny enzym, który katalizuje hydrolizę acetylocholiny do choliny i octanu. Czy nie jest prawdą, że funkcja receptora, jaką pełnią białka, jest również bardzo ważna? Biologiczna rola kolejnej, ochronnej funkcji dla organizmu jest ogromna. Po prostu nie można się z tym nie zgodzić.
Funkcja ochrony
W organizmie układ odpornościowy reaguje na pojawienie się w nim obcych cząstek, wytwarzając dużą liczbę limfocytów. Są w stanie selektywnie uszkadzać elementy. Takimi obcymi cząstkami mogą być komórki rakowe, bakterie chorobotwórcze, cząstki supramolekularne (makrocząsteczki, wirusy itp.). Limfocyty B to grupa limfocytów, które produkują specjalne białka. Białka te są uwalniane do układu krążenia. Rozpoznają obce cząstki, tworząc bardzo specyficzny kompleks na etapie niszczenia. Białka te nazywane są immunoglobulinami. Substancje obce nazywane są antygenami.które wywołują reakcję układu odpornościowego.
Funkcja strukturalna
Oprócz białek, które pełnią wysoce wyspecjalizowane funkcje, istnieją również takie, których znaczenie ma głównie charakter strukturalny. Dzięki nim zapewniona jest wytrzymałość mechaniczna, a także inne właściwości tkanek żywych organizmów. Do białek tych należy przede wszystkim kolagen. Kolagen (na zdjęciu poniżej) u ssaków stanowi około jednej czwartej masy białek. Jest syntetyzowany w głównych komórkach tworzących tkankę łączną (zwanych fibroblastami).
Początkowo kolagen powstaje jako prokolagen - jego prekursor, podlegający obróbce chemicznej w fibroblastach. Następnie powstaje w postaci trzech skręconych w spiralę łańcuchów polipeptydowych. Łączą się już na zewnątrz fibroblastów we włókna kolagenowe o średnicy kilkuset nanometrów. Te ostatnie tworzą włókna kolagenowe, które można już zobaczyć pod mikroskopem. W tkankach elastycznych (ściany płuc, naczynia krwionośne, skóra) macierz pozakomórkowa oprócz kolagenu zawiera również białko elastynę. Może rozciągać się w dość szerokim zakresie, a następnie powrócić do swojego pierwotnego stanu. Innym przykładem białka strukturalnego, które można tu podać, jest fibroina jedwabiu. Jest izolowany podczas formowania poczwarki gąsienicy jedwabnika. Jest głównym składnikiem nici jedwabnych. Przejdźmy do opisu białek motorycznych.
Białka motoryczne
A we wdrażaniu procesów motorycznych, biologiczna rola białek jest świetna. Porozmawiajmy krótko o tej funkcji. Skurcz mięśni to proces, podczas którego energia chemiczna zamieniana jest na pracę mechaniczną. Jego bezpośrednimi uczestnikami są dwa białka - miozyna i aktyna. Miozyna ma bardzo niezwykłą strukturę. Składa się z dwóch kulistych głów i ogona (długa, nitkowata część). Około 1600 nm to długość jednej cząsteczki. Głowice odpowiadają za około 200 nm.
Aktyna (na zdjęciu powyżej) to kuliste białko o masie cząsteczkowej 42 000. Może polimeryzować, tworząc długą strukturę i oddziaływać w tej formie z głową miozyny. Ważną cechą tego procesu jest jego zależność od obecności ATP. Jeśli jego stężenie jest wystarczająco wysokie, kompleks utworzony przez miozynę i aktynę ulega zniszczeniu, a następnie zostaje ponownie przywrócony po hydrolizie ATP w wyniku działania ATPazy miozyny. Proces ten można zaobserwować np. w roztworze, w którym obecne są oba białka. Staje się lepki w wyniku tworzenia kompleksu o wysokiej masie cząsteczkowej przy braku ATP. Po dodaniu lepkość gwałtownie spada z powodu zniszczenia utworzonego kompleksu, po czym stopniowo zaczyna się regenerować w wyniku hydrolizy ATP. W procesie skurczu mięśni te interakcje odgrywają bardzo ważną rolę.
Antybiotyki
Nadal ujawniamy temat „Biologiczna rola białka w organizmie”. Bardzo duża i bardzo ważna grupanaturalne związki tworzą substancje zwane antybiotykami. Są pochodzenia mikrobiologicznego. Substancje te są wydzielane przez specjalne rodzaje mikroorganizmów. Biologiczna rola aminokwasów i białek jest bezdyskusyjna, ale antybiotyki pełnią szczególną, bardzo ważną funkcję. Hamują rozwój drobnoustrojów, które z nimi konkurują. W latach 40. odkrycie i stosowanie antybiotyków zrewolucjonizowało leczenie chorób zakaźnych wywołanych przez bakterie. Należy zauważyć, że w większości przypadków antybiotyki nie działają na wirusy, więc stosowanie ich jako leków przeciwwirusowych jest nieskuteczne.
Przykłady antybiotyków
Grupa penicylin jako pierwsza została wprowadzona w życie. Przykładami tej grupy są ampicylina i benzylopenicylina. Antybiotyki są zróżnicowane pod względem mechanizmu działania i natury chemicznej. Niektóre z tych, które są obecnie szeroko stosowane, wchodzą w interakcje z ludzkimi rybosomami, podczas gdy synteza białek jest hamowana w rybosomach bakteryjnych. Jednocześnie prawie nie wchodzą w interakcje z rybosomami eukariotycznymi. Dlatego są destrukcyjne dla komórek bakteryjnych i lekko toksyczne dla zwierząt i ludzi. Te antybiotyki obejmują streptomycynę i lewomycetynę (chloramfenikol).
Biologiczna rola biosyntezy białek jest bardzo ważna, a sam ten proces ma kilka etapów. Porozmawiamy o tym tylko ogólnie.
Proces i biologiczna rola biosyntezy białek
Ten proces jest wieloetapowy i bardzo złożony. Występuje w rybosomach -specjalne organelle. Komórka zawiera wiele rybosomów. Na przykład E. coli ma ich około 20 tysięcy.
"Opisz proces biosyntezy białka i jego biologiczną rolę" - takie zadanie wielu z nas otrzymało w szkole. A dla wielu było to trudne. Cóż, spróbujmy to rozgryźć razem.
Cząsteczki białka to łańcuchy polipeptydowe. Składają się, jak już wiesz, z pojedynczych aminokwasów. Jednak te ostatnie nie są wystarczająco aktywne. Aby połączyć się i utworzyć cząsteczkę białka, wymagają aktywacji. Powstaje w wyniku działania specjalnych enzymów. Każdy aminokwas ma swój własny enzym, specjalnie do niego dostrojony. Źródłem energii dla tego procesu jest ATP (adenozynotrójfosforan). W wyniku aktywacji aminokwas staje się bardziej labilny i wiąże się pod wpływem tego enzymu z t-RNA, który przenosi go do rybosomu (z tego powodu ten RNA nazywa się transportem). W ten sposób aktywowane aminokwasy połączone z tRNA wchodzą do rybosomu. Rybosom jest rodzajem przenośnika do łączenia łańcuchów białkowych z przychodzących aminokwasów.
Rola syntezy białek jest trudna do przecenienia, ponieważ syntetyzowane związki pełnią bardzo ważne funkcje. Z nich składają się prawie wszystkie struktury komórkowe.
Zatem opisaliśmy ogólnie proces biosyntezy białka i jego biologiczną rolę. To kończy nasze wprowadzenie do białek. Mamy nadzieję, że chcesz to kontynuować.
