البروتينات (عديد ببتيدات ، بروتينات) هي مواد جزيئية كبيرة ، والتي تشمل أحماض ألفا أمينية متصلة بواسطة رابطة ببتيدية. يتم تحديد تكوين البروتينات في الكائنات الحية من خلال الكود الجيني. كقاعدة عامة ، يستخدم التوليف مجموعة من 20 من الأحماض الأمينية القياسية.
تصنيف البروتين
يتم فصل البروتينات وفقًا لمعايير مختلفة:
- شكل الجزيء
- التكوين.
- وظائف.
وفقًا للمعيار الأخير ، يتم تصنيف البروتينات:
- في الهيكلية.
- مغذي و احتياطي
- النقل
- مقاولون.
بروتينات هيكلية
تشمل الإيلاستين ، والكولاجين ، والكيراتين ، والفيبروين. تشارك عديد الببتيدات الهيكلية في تكوين أغشية الخلايا. يمكنهم إنشاء قنوات أو أداء وظائف أخرى فيها.
بروتينات مغذية تخزين
البولي ببتيد المغذي هو الكازين. نتيجة لذلك ، يتم تزويد الكائن الحي المتنامي بالكالسيوم والفوسفور والأحماض الأمينية.
البروتينات الاحتياطية هي بذور نباتات مزروعة ، بياض البيض. يتم استهلاكها خلال المرحلة التنموية للأجنة. في جسم الإنسان ، كما هو الحال في الحيوانات ، لا يتم تخزين البروتينات في المخزون. يجب الحصول عليها بانتظام مع الطعام ، وإلا فمن المحتمل تطور الحثل.
بولي ببتيدات النقل
الهيموجلوبين مثال كلاسيكي على هذه البروتينات. كما توجد عديد البيبتيدات الأخرى التي تشارك في حركة الهرمونات والدهون والمواد الأخرى في الدم.
تحتوي أغشية الخلايا على بروتينات لديها القدرة على نقل الأيونات والأحماض الأمينية والجلوكوز والمركبات الأخرى عبر غشاء الخلية.
بروتينات مقلصة
ترتبط وظائف هذه البولي ببتيدات بعمل ألياف العضلات. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها توفر حركة الأهداب والسوط في البروتوزوا. تقوم البروتينات المقلصة بوظيفة نقل العضيات داخل الخلية. بسبب وجودهم ، يتم ضمان تغيير في الأشكال الخلوية.
من أمثلة البروتينات المقلصة الميوسين والأكتين. تجدر الإشارة إلى أن هذه البولي ببتيدات لا توجد فقط في خلايا ألياف العضلات. تؤدي البروتينات المقلصة مهامها في جميع أنسجة الحيوانات تقريبًا.
الميزات
تم العثور على بولي ببتيد فردي ، تروبوميوسين ، في الخلايا. الميوسين البروتين العضلي المقلص هو البوليمر الخاص به. يشكل معقدا مع الأكتين.
بروتينات العضلات المقلصة لا تذوب في الماء.
معدل التوليف متعدد الببتيد
ينظمها الغدة الدرقية وهرمونات الستيرويد. عند اختراق الخلية ، فإنها ترتبط بمستقبلات معينة. يخترق المركب المتشكل نواة الخلية ويرتبط بالكروماتين. هذا يزيد من معدل تخليق عديد الببتيد على مستوى الجينات.
توفر الجينات النشطة تخليقًا متزايدًا لبعض الحمض النووي الريبي. يترك النواة ، ويذهب إلى الريبوسومات وينشط تخليق البروتينات أو الإنزيمات أو الهرمونات الهيكلية أو الانقباضية الجديدة. هذا هو التأثير الابتنائي للجينات.
وفي الوقت نفسه ، يعتبر تخليق البروتين في الخلايا عملية بطيئة نوعًا ما. يتطلب تكاليف طاقة عالية ومواد بلاستيكية. وفقًا لذلك ، لا تستطيع الهرمونات التحكم بسرعة في عملية التمثيل الغذائي. مهمتهم الأساسية هي تنظيم نمو وتمايز وتطور الخلايا في الجسم.
تقلص العضلات
إنه مثال رئيسي لوظيفة مقلصة للبروتينات. في سياق البحث ، وجد أن أساس تقلص العضلات هو تغيير في الخصائص الفيزيائية لعديد الببتيد.
يتم تنفيذ الوظيفة الانقباضية بواسطة بروتين الأكتوميوسين ، الذي يتفاعل مع حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك. هذا الاتصال مصحوب بتقلص اللييفات العضلية. يمكن ملاحظة مثل هذا التفاعل خارج الجسم.
على سبيل المثال ، إذا تم نقع ألياف العضلات في الماء (المتعطن) ، وخالية من الإثارة ، وتعرضت لمحلول من ثلاثي فوسفات الأدينوزين ، فسيبدأ تقلصها الحاد ، على غرار تقلص العضلات الحية. هذه التجربة لها أهمية عملية كبيرة. يثبت حقيقة ذلكيتطلب تقلص العضلات تفاعلًا كيميائيًا لبروتينات مقلصة مع مادة غنية بالطاقة.
عمل فيتامين E
من ناحية ، هو مضاد الأكسدة الرئيسي داخل الخلايا. يحمي فيتامين هـ الدهون والمركبات الأخرى التي تتأكسد بسهولة من الأكسدة. في الوقت نفسه ، يعمل كحامل للإلكترون ويشارك في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، والتي ترتبط بتخزين الطاقة المنبعثة.
نقص فيتامين (هـ) يسبب ضمور الأنسجة العضلية: يتم تقليل محتوى بروتين الميوسين المقلص بشكل حاد ، ويتم استبداله بالكولاجين ، وهو بولي ببتيد خامل.
خصوصية الميوسين
يعتبر أحد البروتينات الانقباضية الرئيسية. يمثل حوالي 55 ٪ من إجمالي محتوى البولي ببتيدات في الأنسجة العضلية.
خيوط (خيوط سميكة) من اللييفات العضلية مصنوعة من الميوسين. يحتوي الجزيء على جزء ليفي طويل ، له هيكل مزدوج الحلزون ، ورؤوس (هياكل كروية). يحتوي الميوسين على 6 وحدات فرعية: 2 سلاسل ثقيلة و 4 سلاسل خفيفة تقع في الجزء الكروي.
المهمة الرئيسية للمنطقة الليفية هي القدرة على تكوين حزم من خيوط الميوسين أو الألياف الأولية السميكة.
على الرؤوس يوجد الموقع النشط لـ ATPase ومركز ربط الأكتين. هذا يضمن تحلل ATP وربطه بخيوط الأكتين.
أصناف
الأنواع الفرعية من الأكتين والميوسين هي:
- دينين من سوط وأهدابالبروتوزوا.
- سبكترين في أغشية كرات الدم الحمراء.
- نيوروستينين من الأغشية حول المشبكي.
يمكن أيضًا أن تُعزى البولي ببتيدات البكتيرية المسؤولة عن حركة المواد المختلفة في تدرج تركيز إلى أنواع مختلفة من الأكتين والميوسين. وتسمى هذه العملية أيضًا انجذاب كيميائي.
دور حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك
إذا وضعت خيوط الأكتوميوسين في محلول حامضي ، أضفت أيونات البوتاسيوم والمغنيسيوم ، يمكنك أن ترى أنه تم تقصيرها. في هذه الحالة ، لوحظ انهيار ATP. تشير هذه الظاهرة إلى أن انهيار حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك له علاقة معينة بتغير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتين المقلص ، وبالتالي مع عمل العضلات. تم تحديد هذه الظاهرة لأول مرة من قبل Szent-Gyorgyi و Engelhardt.
توليف وانهيار ATP ضروريان في عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية. أثناء تفكك الجليكوجين ، المصحوب بإنتاج حمض اللاكتيك ، كما هو الحال في نزع الفسفرة من الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك وأحماض الكرياتين الفوسفوريك ، لا يلزم مشاركة الأكسجين. هذا ما يفسر قدرة العضلة المعزولة على العمل في ظل الظروف اللاهوائية.
حمض اللاكتيك والمنتجات التي تتشكل أثناء تكسير الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك وأحماض الكرياتين الفوسفوريك تتراكم في ألياف العضلات المتعبة عند العمل في بيئة لاهوائية. نتيجة لذلك ، يتم استنفاد احتياطيات المواد ، والتي يتم خلالها إطلاق الطاقة اللازمة. إذا تم وضع العضلة المتعبة في بيئة تحتوي على الأكسجين ، فإنها ستفعلتستهلكه. سيبدأ بعض حمض اللاكتيك في التأكسد. نتيجة لذلك ، يتكون الماء وثاني أكسيد الكربون. سيتم استخدام الطاقة المنبعثة لإعادة تخليق الكرياتين الفوسفوريك وأحماض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك والجليكوجين من منتجات الاضمحلال. نتيجة لذلك ، ستكتسب العضلات مرة أخرى القدرة على العمل.
العضلات الهيكلية
لا يمكن تفسير الخصائص الفردية للببتيدات إلا من خلال مثال وظائفها ، أي مساهمتها في الأنشطة المعقدة. من بين الهياكل القليلة التي تم إنشاء علاقة ارتباط بين البروتين ووظيفة الأعضاء ، تستحق العضلات الهيكلية اهتمامًا خاصًا.
يتم تنشيط خليتها بواسطة النبضات العصبية (إشارات موجهة بواسطة الغشاء). جزيئيًا ، يعتمد الانكماش على دوران الجسور المتقاطعة من خلال التفاعلات الدورية بين الأكتين والميوسين و Mg-ATP. تعمل البروتينات المرتبطة بالكالسيوم وأيونات الكالسيوم كوسيط بين المؤثرات والإشارات العصبية.
الوساطة تحد من سرعة الاستجابة لنبضات "التشغيل / الإيقاف" وتمنع الانقباضات التلقائية. في الوقت نفسه ، لا يتم التحكم في بعض التذبذبات (التقلبات) لألياف عضلات دولاب الموازنة للحشرات المجنحة بواسطة الأيونات أو المركبات منخفضة الجزيئات المماثلة ، ولكن بشكل مباشر عن طريق البروتينات الانقباضية. نتيجة لذلك ، من الممكن حدوث تقلصات سريعة جدًا ، والتي ، بعد التنشيط ، تستمر من تلقاء نفسها.
خصائص الكريستال السائل للببتيدات
عند تقصير ألياف العضلاتفترة الشبكة التي شكلتها التغيرات الأولية. عندما تدخل شبكة من الخيوط الرفيعة في هيكل من العناصر السميكة ، يتم استبدال التناظر رباعي الزوايا بالتناظر السداسي. يمكن اعتبار هذه الظاهرة انتقالًا متعدد الأشكال في نظام بلوري سائل.
ميزات العمليات الكيميائية الميكانيكية
إنها تتلخص في تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية. يشبه نشاط ATP-ase لأغشية خلايا الميتوكوندريا فعل نظام iosin للعضلات الهيكلية. كما يتم ملاحظة السمات المشتركة في خواصها الكيميائية الميكانيكية: يتم تقليلها تحت تأثير ATP.
وبالتالي ، يجب أن يوجد بروتين مقلص في أغشية الميتوكوندريا. وهو حقاً هناك. لقد ثبت أن polypeptides مقلص تشارك في الكيمياء الميكانيكية للميتوكوندريا. ومع ذلك ، اتضح أيضًا أن فوسفاتيديلينوسيتول (دهون الغشاء) يلعب أيضًا دورًا مهمًا في العمليات.
إضافي
جزيء بروتين الميوسين لا يساهم فقط في تقلص العضلات المختلفة ، ولكن يمكنه أيضًا المشاركة في العمليات داخل الخلايا الأخرى. هذا ، على وجه الخصوص ، يتعلق بحركة العضيات ، وربط خيوط الأكتين بالأغشية ، وتكوين الهيكل الخلوي وعمله ، وما إلى ذلك. دائمًا تقريبًا ، يتفاعل الجزيء بطريقة أو بأخرى مع الأكتين ، وهو ثاني مفتاح مقلص بروتين.
لقد تم إثبات أن جزيئات الأكتوميوسين يمكن أن تتغير بطولها تحت تأثير الطاقة الكيميائية المنبعثة عند انشقاق بقايا حمض الفوسفوريك من ATP. بمعنى آخر ، هذه العمليةيسبب تقلص العضلات.
وهكذا يعمل نظام ATP كنوع من تراكم الطاقة الكيميائية. حسب الحاجة ، يتحول مباشرة إلى ميكانيكي من خلال الأكتوموسين. في الوقت نفسه ، لا توجد مرحلة وسيطة مميزة لعمليات تفاعل العناصر الأخرى - الانتقال إلى الطاقة الحرارية.
