البروتينات هي أهم المواد العضوية ، يسود عددها على جميع الجزيئات الكبيرة الأخرى الموجودة في الخلية الحية. تشكل أكثر من نصف وزن المادة الجافة للكائنات الحية النباتية والحيوانية. تتنوع وظائف البروتينات في الخلية ، وبعضها لا يزال مجهولاً للعلم. لكن لا تزال الاتجاهات الرئيسية "لعملهم" مدروسة جيدًا. بعضها ضروري لتحفيز العمليات التي تحدث في الخلايا والأنسجة. يحمل البعض الآخر مركبات معدنية مهمة عبر غشاء الخلية وعبر الأوعية الدموية من عضو إلى آخر. يحمي البعض الجسم من العوامل الغريبة المسببة للأمراض في كثير من الأحيان. شيء واحد واضح - لا توجد عملية واحدة في أجسامنا تحدث بدون بروتينات.
الوظائف الأساسية للبروتينات
وظائف البروتينات في الجسم متنوعة. كل مجموعة لديها مادة كيميائية معينةبناء ، يؤدي "عملاً" متخصصًا. في بعض الحالات ، ترتبط عدة أنواع من البروتينات ببعضها البعض. هم مسؤولون عن مراحل مختلفة من نفس العملية. أو أنها تؤثر على عدة في وقت واحد. على سبيل المثال ، يتم تنفيذ الوظيفة التنظيمية للبروتينات عن طريق الإنزيمات والهرمونات. يمكن تخيل هذه الظاهرة بتذكر هرمون الأدرينالين. يتم إنتاجه عن طريق النخاع الكظري. دخول الأوعية الدموية يزيد من كمية الأكسجين في الدم. كما يرتفع ضغط الدم ، ويزيد محتوى السكر. هذا يحفز عمليات التمثيل الغذائي. الأدرينالين هو أيضًا ناقل عصبي في الأسماك والبرمائيات والزواحف.
وظيفة إنزيمية
يتم إجراء العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في خلايا الكائنات الحية في درجات حرارة عالية وقيمة pH متعادلة. في ظل هذه الظروف ، يكون معدل مرورها منخفضًا جدًا ، لذلك هناك حاجة إلى محفزات متخصصة تسمى الإنزيمات. يتم دمج كل تنوعهم في 6 فئات ، والتي تختلف في خصوصية العمل. يتم تصنيع الإنزيمات على الريبوسومات في الخلايا. يشارك علم الإنزيمات في دراستهم.
بلا شك ، الوظيفة التنظيمية للبروتينات مستحيلة بدون الإنزيمات. لديهم انتقائية عالية في العمل. يمكن تنظيم نشاطهم عن طريق المثبطات والمنشطات. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر الإنزيمات عادة خصوصية الركيزة. كما أن النشاط الأنزيمي يعتمد على ظروف الجسم والخلايا على وجه الخصوص. يتأثر تدفقها بالضغط ودرجة الحموضة الحمضية ودرجة الحرارة والقوة الأيونية للمحلول ، أيتركيز الملح في السيتوبلازم
وظيفة نقل البروتين
يجب أن تتلقى الخلية باستمرار المواد المعدنية والعضوية الضرورية للجسم. هناك حاجة إليها كمواد بناء ومصادر للطاقة في الخلايا. لكن آلية استلامهم معقدة للغاية. تتكون جدران الخلايا من أكثر من مجرد بروتينات. تُبنى الأغشية البيولوجية على مبدأ وجود طبقة مزدوجة من الدهون. يتم تضمين بروتينات مختلفة بينهما. من المهم جدًا أن توجد المناطق المحبة للماء على سطح الغشاء ، بينما توجد المناطق الكارهة للماء في سمكها. وبالتالي ، فإن مثل هذا الهيكل يجعل القشرة غير قابلة للاختراق. لا يمكنهم المرور من خلاله بمفردهم ، دون "مساعدة" ، مثل المكونات الهامة مثل السكريات وأيونات الميتولات والأحماض الأمينية. يتم نقلها عبر الغشاء السيتوبلازمي إلى السيتوبلازم بواسطة بروتينات متخصصة مدمجة في طبقات الدهون.
نقل المواد من عضو إلى آخر
لكن وظيفة نقل البروتينات لا تتم فقط بين المادة بين الخلايا والخلية. يجب نقل بعض المواد المهمة للعمليات الفسيولوجية من جسم إلى آخر. على سبيل المثال ، بروتين النقل في الدم هو ألبومين المصل. يتمتع بقدرة فريدة على تكوين مركبات من الأحماض الدهنية التي تظهر أثناء هضم الدهون ، مع الأدوية ، وكذلك مع هرمونات الستيرويد. البروتينات الحاملة المهمة هي الهيموغلوبين (الذي ينقل جزيئات الأكسجين) ، والترانسفيرين (مع أيونات الحديد) والسيروبلازمين (تكوين مجمعات معنحاس).
وظيفة إشارة البروتينات
بروتينات المستقبلات ذات أهمية كبيرة في سياق العمليات الفسيولوجية في الكائنات الحية المعقدة متعددة الخلايا. يتم تضمينها في غشاء البلازما. إنها تعمل على إدراك وفك تشفير أنواع مختلفة من الإشارات التي تدخل الخلايا في دفق مستمر ليس فقط من الأنسجة المجاورة ، ولكن أيضًا من البيئة الخارجية. حاليًا ، ربما يكون بروتين الأسيتيل كولين أكثر بروتينات المستقبلات التي تمت دراستها. يقع في عدد من التقاطعات العصبية على غشاء الخلية.
لكن وظيفة الإشارات للبروتينات لا تتم داخل الخلايا فقط. ترتبط العديد من الهرمونات بمستقبلات محددة على سطحها. مثل هذا المركب المشكل هو إشارة تنشط العمليات الفسيولوجية في الخلايا. مثال على هذه البروتينات هو الأنسولين ، الذي يعمل في نظام إنزيم الأدينيلات.
وظيفة الحماية
وظائف البروتينات في الخلية مختلفة. يشارك بعضهم في الاستجابات المناعية. هذا يحمي الجسم من الالتهابات. جهاز المناعة قادر على الاستجابة للعوامل الأجنبية المحددة من خلال تخليق عدد كبير من الخلايا الليمفاوية. يمكن لهذه المواد إتلاف هذه العوامل بشكل انتقائي ، فقد تكون غريبة على الجسم ، مثل البكتيريا ، أو الجزيئات فوق الجزيئية ، أو يمكن أن تكون خلايا سرطانية.
إحدى المجموعات - "بيتا" - الخلايا الليمفاوية - تنتج البروتينات التي تدخل مجرى الدم. لديهم وظيفة مثيرة جدا للاهتمام. يجب أن تتعرف هذه البروتينات على الخلايا الأجنبية والجزيئات الكبيرة. ثم يتواصلون معهم ،تشكيل مجمع يجب تدميره. تسمى هذه البروتينات الغلوبولين المناعي. المكونات الأجنبية نفسها هي مستضدات. والغلوبولينات المناعية التي تتوافق معها هي أجسام مضادة.
الوظيفة الهيكلية
في الجسم ، بالإضافة إلى درجة عالية من التخصص ، هناك أيضًا بروتينات هيكلية. إنها ضرورية لتوفير القوة الميكانيكية. تعتبر وظائف البروتينات في الخلية مهمة للحفاظ على شكل الجسم وشبابه. أشهرها الكولاجين. إنه البروتين الرئيسي للمصفوفة خارج الخلية للأنسجة الضامة. في الثدييات الأعلى ، تصل إلى 1/4 الكتلة الكلية للبروتينات. يتم تصنيع الكولاجين في الخلايا الليفية ، وهي الخلايا الرئيسية للأنسجة الضامة.
وظائف البروتينات في الخلية ذات أهمية كبيرة. بالإضافة إلى الكولاجين ، هناك بروتين هيكلي آخر معروف - الإيلاستين. وهو أيضًا أحد مكونات المصفوفة خارج الخلية. الإيلاستين قادر على إعطاء الأنسجة القدرة على التمدد ضمن حدود معينة والعودة بسهولة إلى شكلها الأصلي. مثال آخر على البروتين الهيكلي هو الفيبروين ، الموجود في يرقات دودة القز. وهو المكون الرئيسي لخيوط الحرير
بروتينات المحرك
لا يمكن المبالغة في تقدير دور البروتينات في الخلية. كما أنهم يشاركون في عمل العضلات. يعتبر تقلص العضلات عملية فسيولوجية مهمة. نتيجة لذلك ، يتم تحويل ATP المخزن في شكل جزيئات كبيرة إلى طاقة كيميائية. المشاركون المباشرون في هذه العملية نوعان من البروتينات - الأكتين والميوسين.
هذه البروتينات الحركيةهي جزيئات خيطية تعمل في نظام انقباض عضلات الهيكل العظمي. توجد أيضًا في الأنسجة غير العضلية في الخلايا حقيقية النواة. مثال آخر على البروتينات الحركية هو توبولين. يتم بناء الأنابيب الدقيقة منه ، والتي تعد عنصرًا مهمًا في الأسواط والأهداب. تم العثور على الأنابيب الدقيقة التي تحتوي على توبولين أيضًا في خلايا الأنسجة العصبية للحيوانات.
المضادات الحيوية
الدور الوقائي للبروتينات في الخلية هائل. يتم تخصيص جزء منه لمجموعة تسمى عادة المضادات الحيوية. هذه مواد ذات أصل طبيعي يتم تصنيعها ، كقاعدة عامة ، في البكتيريا والفطريات المجهرية والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. إنها تهدف إلى قمع العمليات الفسيولوجية للكائنات الحية المنافسة الأخرى. تم اكتشاف المضادات الحيوية ذات الأصل البروتيني في الأربعينيات. لقد أحدثوا ثورة في الطب ، وأعطوه دفعة قوية للتنمية.
المضادات الحيوية ، بحكم طبيعتها الكيميائية ، مجموعة متنوعة للغاية. كما أنها تختلف في آلية عملها. يمنع البعض تخليق البروتين داخل الخلايا ، والبعض الآخر يمنع إنتاج الإنزيمات المهمة ، والبعض الآخر يمنع النمو ، والبعض الآخر يمنع التكاثر. على سبيل المثال ، يتفاعل الستربتومايسين المعروف مع ريبوسومات الخلايا البكتيرية. وبالتالي ، فإنها تبطئ بشكل كبير تخليق البروتينات. في الوقت نفسه ، لا تتفاعل هذه المضادات الحيوية مع الريبوسومات حقيقية النواة في جسم الإنسان. هذا يعني أن هذه المواد ليست سامة للثدييات الأعلى.
هذه ليست كل وظائف البروتينات في الخلية. الطاولةتسمح لك مواد المضادات الحيوية بتحديد الإجراءات الأخرى المتخصصة للغاية التي يمكن أن تمارسها هذه المركبات الطبيعية المحددة على البكتيريا وليس فقط. حاليًا ، تتم دراسة المضادات الحيوية ذات الأصل البروتيني ، والتي ، عند التفاعل مع الحمض النووي ، تعطل العمليات المرتبطة بتجسيد المعلومات الوراثية. ولكن حتى الآن ، لا تستخدم هذه المواد إلا في العلاج الكيميائي لأمراض الأورام. مثال على هذه المضادات الحيوية هو الداكتينوميسين ، الذي يتم تصنيعه بواسطة الفطريات الشعاعية.
السموم
تؤدي البروتينات في الخلية وظيفة محددة للغاية وحتى غير عادية. ينتج عدد من الكائنات الحية مواد سامة - سموم. بطبيعتها ، هذه عبارة عن بروتينات ومركبات عضوية معقدة منخفضة الوزن الجزيئي. مثال على ذلك هو اللب السام للفطر شاحب grebe.
بروتينات غذائية واحتياطية
تؤدي بعض البروتينات وظيفة توفير التغذية لأجنة الحيوانات والنباتات. وهناك العديد من هذه الأمثلة. تكمن أهمية البروتين في خلية بذور الحبوب بالتحديد في هذا. سوف تغذي جرثومة النبات الناشئة في المراحل الأولى من تطورها. البروتينات الغذائية في الحيوانات هي ألبومين البيض وكازين الحليب.
خصائص غير مكتشفة للبروتينات
الأمثلة المذكورة أعلاه ليست سوى الجزء الذي تم بالفعل دراسته بشكل كاف. لكن في الطبيعة ، هناك العديد من الألغاز. تعتبر البروتينات الموجودة في خلايا العديد من الأنواع البيولوجية فريدة من نوعها ، بل إنها تصنفها في الوقت الحاليصعبة. على سبيل المثال ، المونيلين هو بروتين تم اكتشافه وعزله من نبات أفريقي. طعمها حلو ، لكنها خالية من السمنة وغير سامة. في المستقبل ، قد يكون بديلاً ممتازًا للسكر. مثال آخر هو بروتين موجود في بعض أسماك القطب الشمالي يمنع الدم من التجمد من خلال العمل كمضاد للتجمد بالمعنى الحرفي للمقارنة. في عدد من الحشرات ، تم العثور على بروتين الراتنج ، الذي يتمتع بمرونة فريدة شبه مثالية ، في مفاصل الجناح. وهذه ليست كلها أمثلة على مواد لم تتم دراستها وتصنيفها بعد.
