Bugün biyolojik rolü düşünülecek olan proteinler, amino asitlerden oluşan makromoleküler bileşiklerdir. Diğer tüm organik bileşikler arasında, yapılarında en karmaşık olanlardır. Temel bileşime göre, proteinler yağlardan ve karbonhidratlardan farklıdır: oksijen, hidrojen ve karbona ek olarak azot da içerirler. Ayrıca kükürt en önemli proteinlerin vazgeçilmez bir bileşenidir ve bazıları iyot, demir ve fosfor içerir.
Proteinin biyolojik rolü çok yüksektir. Protoplazma kütlesinin büyük kısmını ve ayrıca canlı hücrelerin çekirdeklerini oluşturan bu bileşiklerdir. Proteinler tüm hayvan ve bitki organizmalarında bulunur.
Bir veya daha fazla işlev
Çeşitli bileşiklerinin biyolojik rolü ve işlevleri farklıdır. Spesifik bir kimyasal yapıya sahip bir madde olarak, her protein oldukça özel bir işlevi yerine getirir. Sadece bazı durumlarda, aynı anda birkaç birbirine bağlı işlemi gerçekleştirebilir. Örneğin medullada üretilen adrenalinböbreküstü bezleri kan dolaşımına girerek kan basıncını ve oksijen tüketimini, kan şekerini artırır. Ayrıca metabolizmanın uyarıcısıdır ve soğukkanlı hayvanlarda sinir sisteminin aracısıdır. Gördüğünüz gibi aynı anda birçok işlevi yerine getiriyor.
Enzimatik (katalitik) fonksiyon
Canlı organizmalarda meydana gelen çeşitli biyokimyasal reaksiyonlar, sıcaklığın 40°C'ye yakın olduğu ve pH değerlerinin neredeyse nötr olduğu ılıman koşullarda gerçekleştirilir. Bu koşullar altında, birçoğunun akış hızları ihmal edilebilir düzeydedir. Bu nedenle, gerçekleştirilmeleri için enzimlere ihtiyaç vardır - özel biyolojik katalizörler. Suyun fotolizi dışındaki hemen hemen tüm reaksiyonlar, canlı organizmalarda enzimler tarafından katalize edilir. Bu elementler ya proteinler ya da bir kofaktörlü (organik molekül ya da metal iyonu) protein kompleksleridir. Enzimler, gerekli süreci başlatarak çok seçici davranırlar. Dolayısıyla yukarıda tartışılan katalitik işlev, proteinlerin gerçekleştirdiği işlevlerden biridir. Bununla birlikte, bu bileşiklerin biyolojik rolü, uygulanmasıyla sınırlı değildir. Aşağıda inceleyeceğimiz daha birçok özellik var.
Taşıma işlevi
Hücrenin varlığı için, hücreye enerji ve yapı malzemesi sağlayan birçok maddenin girmesi gerekir. Tüm biyolojik membranlar ortak bir şekilde inşa edilmiştir.prensip. Bu, çift bir lipid tabakasıdır, proteinler içine daldırılır. Aynı zamanda, makromoleküllerin hidrofilik bölgeleri zarların yüzeyinde yoğunlaşır ve hidrofobik "kuyruklar" kalınlıklarında yoğunlaşır. Bu yapı, önemli bileşenlere karşı geçirimsiz kalır: amino asitler, şekerler, alkali metal iyonları. Bu elementlerin hücre içine girmesi, hücre zarına gömülü olan taşıma proteinlerinin yardımıyla gerçekleşir. Örneğin bakterilerin, laktozu (süt şekeri) dış zardan taşıyan özel bir proteini vardır.
Çok hücreli organizmalar, çeşitli maddeleri bir organdan diğerine taşımak için bir sisteme sahiptir. Öncelikle hemoglobinden bahsediyoruz (yukarıda resmedilmiştir). Ayrıca serum albümini (taşıma proteini) kan plazmasında sürekli olarak bulunur. Yağların sindirimi sırasında oluşan yağ asitleri ve ayrıca bir dizi hidrofobik amino asit (örneğin triptofan ile) ve birçok ilaç (bazı penisilinler, sülfonamidler, aspirin) ile güçlü kompleksler oluşturma yeteneğine sahiptir. Demir iyonlarının vücutta taşınmasına aracılık eden transferrin de bir başka örnektir. Bakır iyonları taşıyan seruplasminden de bahsedebiliriz. Bu nedenle, proteinlerin gerçekleştirdiği taşıma işlevini düşündük. Biyolojik rolleri de bu açıdan çok önemlidir.
Alıcı işlevi
Alıcı proteinler, özellikle çok hücreli organizmaların yaşam desteği için büyük önem taşır. onlar yerleşikplazma hücre zarına girer ve hücreye giren sinyalleri algılamaya ve daha fazla dönüştürmeye hizmet eder. Bu durumda sinyaller hem diğer hücrelerden hem de çevreden olabilir. Asetilkolin reseptörleri şu anda en çok çalışılanlardır. Serebral kortekste, nöromüsküler kavşaklar da dahil olmak üzere hücre zarındaki bir dizi nöronlar arası temasta bulunurlar. Bu proteinler asetilkolin ile etkileşir ve hücreye bir sinyal iletir.
Sinyali alacak ve dönüştürecek nörotransmitter, hücrenin diğer sinyalleri algılamaya hazırlanma fırsatına sahip olması için çıkarılmalıdır. Bunun için asetilkolinesteraz kullanılır - asetilkolinin kolin ve asetata hidrolizini katalize eden özel bir enzim. Proteinlerin gerçekleştirdiği reseptör işlevinin de çok önemli olduğu doğru değil mi? Vücut için bir sonraki koruyucu işlevin biyolojik rolü çok büyüktür. Buna katılmamak elde değil.
Koruma işlevi
Vücutta bağışıklık sistemi, içindeki yabancı partiküllerin görünümüne çok sayıda lenfosit üreterek tepki verir. Elemanlara seçici olarak zarar verebilirler. Bu tür yabancı partiküller kanser hücreleri, patojenik bakteriler, supramoleküler partiküller (makromoleküller, virüsler vb.) olabilir. B-lenfositler, özel proteinler üreten bir lenfosit grubudur. Bu proteinler dolaşım sistemine salınır. Yıkım aşamasında oldukça spesifik bir kompleks oluştururken yabancı partikülleri tanırlar. Bu proteinlere immünoglobulinler denir. Yabancı maddelere antijen denir.bir bağışıklık sistemi tepkisini tetikler.
Yapısal işlev
Yüksek düzeyde özelleşmiş işlevler gerçekleştiren proteinlerin yanı sıra, önemi esas olarak yapısal olan proteinler de vardır. Onlar sayesinde, canlı organizmaların dokularının diğer özelliklerinin yanı sıra mekanik mukavemet sağlanır. Bu proteinler, her şeyden önce, kolajen içerir. Kollajen (aşağıda resmedilmiştir) memelilerde protein kütlesinin yaklaşık dörtte birini oluşturur. Bağ dokusunu oluşturan (fibroblast adı verilen) ana hücrelerde sentezlenir.
Başlangıçta, kolajen prokollajen olarak oluşur - onun öncüsü, fibroblastlarda kimyasal işleme tabi tutulur. Daha sonra spiral şeklinde bükülmüş üç polipeptit zinciri şeklinde oluşturulur. Zaten fibroblastların dışında, birkaç yüz nanometre çapında kolajen fibrillerinde birleşirler. İkincisi, bir mikroskop altında görülebilen kolajen filamentleri oluşturur. Elastik dokularda (akciğer duvarları, kan damarları, cilt), hücre dışı matris, kollajene ek olarak elastin proteinini de içerir. Oldukça geniş bir alana yayılabilir ve ardından orijinal durumuna geri dönebilir. Burada verilebilecek bir başka yapısal protein örneği ipek fibroindir. İpekböceği tırtılının pupasının oluşumu sırasında izole edilir. İpek ipliklerin ana bileşenidir. Motor proteinlerinin tanımına geçelim.
Motor proteinleri
Ve motor süreçlerin uygulanmasında proteinlerin biyolojik rolü büyüktür. Bu fonksiyondan kısaca bahsedelim. Kas kasılması, kimyasal enerjinin mekanik işe dönüştürüldüğü süreçtir. Doğrudan katılımcıları iki proteindir - miyozin ve aktin. Miyozin çok sıra dışı bir yapıya sahiptir. İki küresel kafa ve bir kuyruktan (uzun ipliksi bir kısım) oluşur. Yaklaşık 1600 nm, bir molekülün uzunluğudur. Kafalar yaklaşık 200 nm'dir.
Aktin (yukarıdaki resimde) 42.000 moleküler ağırlığa sahip küresel bir proteindir. Uzun bir yapı oluşturmak için polimerize olabilir ve bu formda miyozin başı ile etkileşime girebilir. Bu sürecin önemli bir özelliği, ATP'nin varlığına bağlı olmasıdır. Konsantrasyonu yeterince yüksekse, miyozin ve aktin tarafından oluşturulan kompleks yok edilir ve miyozin ATPaz'ın etkisinin bir sonucu olarak ATP hidrolizi meydana geldikten sonra tekrar eski haline döner. Bu işlem, örneğin, her iki proteinin de mevcut olduğu bir çözeltide gözlemlenebilir. ATP'nin yokluğunda yüksek moleküler ağırlıklı bir kompleksin oluşumunun bir sonucu olarak viskoz hale gelir. Eklendiğinde, oluşturulan kompleksin tahrip olması nedeniyle viskozite keskin bir şekilde azalır, ardından ATP hidrolizi sonucu yavaş yavaş iyileşmeye başlar. Kas kasılma sürecinde bu etkileşimler çok önemli bir rol oynar.
Antibiyotikler
Proteinin vücuttaki biyolojik rolü konusunu açıklamaya devam ediyoruz. Çok büyük ve çok önemli bir grupdoğal bileşikler antibiyotik adı verilen maddeleri oluşturur. Mikrobiyal kökenlidirler. Bu maddeler özel mikroorganizma türleri tarafından salgılanır. Amino asitlerin ve proteinlerin biyolojik rolü tartışılmaz, ancak antibiyotikler özel, çok önemli bir işlevi yerine getiriyor. Kendileriyle rekabet eden mikroorganizmaların büyümesini engellerler. 1940'larda antibiyotiklerin keşfi ve kullanımı, bakterilerin neden olduğu bulaşıcı hastalıkların tedavisinde devrim yarattı. Çoğu durumda antibiyotiklerin virüsler üzerinde çalışmadığına dikkat edilmelidir, bu nedenle onları antiviral ilaçlar olarak kullanmak etkisizdir.
Antibiyotik örnekleri
Penisilin grubu ilk uygulamaya konan gruptu. Bu grubun örnekleri ampisilin ve benzilpenisilindir. Antibiyotikler, etki mekanizmaları ve kimyasal yapıları bakımından çeşitlidir. Günümüzde yaygın olarak kullanılanlardan bazıları insan ribozomlarıyla etkileşime girerken, bakteriyel ribozomlarda protein sentezi inhibe edilir. Aynı zamanda ökaryotik ribozomlarla pek etkileşime girmezler. Bu nedenle bakteri hücreleri için yıkıcı, hayvanlar ve insanlar için hafif toksiktirler. Bu antibiyotikler arasında streptomisin ve levomisetin (kloramfenikol) bulunur.
Protein biyosentezinin biyolojik rolü çok önemlidir ve bu sürecin kendi içinde birkaç aşaması vardır. Sadece genel hatlarıyla bahsedeceğiz.
Protein biyosentezinin süreci ve biyolojik rolü
Bu süreç çok adımlı ve çok karmaşıktır. Ribozomlarda oluşur -özel organeller. Hücre çok sayıda ribozom içerir. Örneğin E. coli'de yaklaşık 20 bin tane var.
"Protein biyosentez sürecini ve biyolojik rolünü tanımlayın" - çoğumuzun okulda aldığı böyle bir görev. Ve birçokları için zor oldu. Peki, birlikte çözmeye çalışalım.
Protein molekülleri polipeptit zincirleridir. Bildiğiniz gibi, bireysel amino asitlerden oluşurlar. Ancak, ikincisi yeterince aktif değildir. Bir protein molekülünü birleştirmek ve oluşturmak için aktivasyon gerektirirler. Özel enzimlerin etkisinin bir sonucu olarak ortaya çıkar. Her amino asidin kendisine özel olarak ayarlanmış kendi enzimi vardır. Bu işlem için enerji kaynağı ATP'dir (adenozin trifosfat). Aktivasyonun bir sonucu olarak, amino asit daha kararsız hale gelir ve bu enzimin etkisi altında onu ribozoma aktaran t-RNA'ya bağlanır (bundan dolayı bu RNA'ya taşıma denir). Böylece, tRNA ile bağlantılı aktive edilmiş amino asitler ribozoma girer. Ribozom, gelen amino asitlerden protein zincirlerini birleştirmek için bir tür taşıyıcıdır.
Sentezlenen bileşikler çok önemli işlevleri yerine getirdiğinden, protein sentezinin rolünü abartmak zordur. Neredeyse tüm hücresel yapılar onlardan oluşur.
Yani, protein biyosentez sürecini ve biyolojik rolünü genel hatlarıyla anlattık. Bu, proteinlere girişimizi tamamlıyor. Umarız devam etme arzunuz vardır.
