البروتينات ، التي سيتم النظر في دورها البيولوجي اليوم ، هي مركبات جزيئية كبيرة مبنية من الأحماض الأمينية. من بين جميع المركبات العضوية الأخرى ، فهي من بين أكثر المركبات العضوية تعقيدًا في بنيتها. وفقًا لتكوين العناصر ، تختلف البروتينات عن الدهون والكربوهيدرات: بالإضافة إلى الأكسجين والهيدروجين والكربون ، فإنها تحتوي أيضًا على النيتروجين. إضافة إلى أن الكبريت عنصر لا غنى عنه لأهم البروتينات ، وبعضها يحتوي على اليود والحديد والفوسفور.
الدور البيولوجي للبروتين مرتفع جدا. هذه المركبات هي التي تشكل الجزء الأكبر من كتلة البروتوبلازم ، وكذلك نوى الخلايا الحية. تم العثور على البروتينات في جميع الكائنات الحية الحيوانية والنباتية.
وظيفة واحدة أو أكثر
يختلف الدور البيولوجي ووظائف مركباتها المختلفة. كمادة ذات بنية كيميائية محددة ، يؤدي كل بروتين وظيفة عالية التخصص. فقط في بعض الحالات يمكن أن تؤدي عدة مترابطة في وقت واحد. على سبيل المثال ، الأدرينالين ، الذي ينتج في النخاعالغدد الكظرية ، التي تدخل مجرى الدم ، تزيد من ضغط الدم واستهلاك الأكسجين وسكر الدم. بالإضافة إلى ذلك ، فهو منبه لعملية التمثيل الغذائي ، وفي الحيوانات ذوات الدم البارد هو أيضًا وسيط للجهاز العصبي. كما ترى ، فإنه يؤدي العديد من الوظائف في وقت واحد.
الوظيفة الأنزيمية (الحفازة)
يتم إجراء تفاعلات كيميائية حيوية متنوعة تحدث في الكائنات الحية في ظروف معتدلة ، حيث تكون درجة الحرارة قريبة من 40 درجة مئوية ، وتكون قيم الأس الهيدروجيني محايدة تقريبًا. في ظل هذه الظروف ، فإن معدلات التدفق للعديد منها لا تكاد تذكر. لذلك ، من أجل تحقيقها ، هناك حاجة إلى إنزيمات - محفزات بيولوجية خاصة. يتم تحفيز جميع التفاعلات تقريبًا ، باستثناء التحلل الضوئي للماء ، في الكائنات الحية بواسطة الإنزيمات. هذه العناصر هي إما بروتينات أو مجمعات من البروتينات مع عامل مساعد (جزيء عضوي أو أيون معدني). تعمل الإنزيمات بشكل انتقائي للغاية ، حيث تبدأ العملية اللازمة. لذا ، فإن الوظيفة التحفيزية التي تمت مناقشتها أعلاه هي واحدة من تلك التي تؤديها البروتينات. ومع ذلك ، لا يقتصر الدور البيولوجي لهذه المركبات على تنفيذها. هناك العديد من الميزات التي سنلقي نظرة عليها أدناه.
وظيفة النقل
لوجود الخلية من الضروري أن تدخل فيها مواد كثيرة تزودها بالطاقة ومواد البناء. جميع الأغشية البيولوجية مبنية على أساس مشتركالمبدأ. هذه طبقة مزدوجة من الدهون ، والبروتينات مغمورة فيها. في الوقت نفسه ، تتركز المناطق المحبة للماء من الجزيئات الكبيرة على سطح الأغشية ، وتتركز "ذيول" الكارهة للماء في سمكها. تظل هذه البنية غير منفذة للمكونات الهامة: الأحماض الأمينية والسكريات وأيونات المعادن القلوية. يحدث تغلغل هذه العناصر في الخلية بمساعدة بروتينات النقل المضمنة في غشاء الخلية. البكتيريا ، على سبيل المثال ، لديها بروتين خاص ينقل اللاكتوز (سكر الحليب) عبر الغشاء الخارجي.
الكائنات متعددة الخلايا لديها نظام لنقل المواد المختلفة من عضو إلى آخر. نحن نتحدث بشكل أساسي عن الهيموغلوبين (في الصورة أعلاه). بالإضافة إلى ذلك ، يوجد ألبومين المصل (بروتين النقل) باستمرار في بلازما الدم. لديه القدرة على تكوين مجمعات قوية من الأحماض الدهنية التي تتكون أثناء هضم الدهون ، وكذلك مع عدد من الأحماض الأمينية الكارهة للماء (على سبيل المثال ، مع التربتوفان) ومع العديد من الأدوية (بعض البنسلين ، السلفوناميدات ، الأسبرين). يعتبر الترانسفرين ، الذي يتوسط في نقل أيونات الحديد في الجسم ، مثالاً آخر. يمكننا أيضًا أن نذكر سيروبلازمين ، الذي يحمل أيونات النحاس. لذلك ، نظرنا في وظيفة النقل التي تؤديها البروتينات. دورهم البيولوجي مهم جدًا أيضًا من وجهة النظر هذه
وظيفة المستقبل
بروتينات المستقبلات ذات أهمية كبيرة ، خاصة لدعم حياة الكائنات متعددة الخلايا. إنها مدمجةفي غشاء خلية البلازما ويعمل على إدراك وتحويل الإشارات التي تدخل الخلية. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون الإشارات من خلايا أخرى ومن البيئة. مستقبلات أستيل كولين حاليا هي الأكثر دراسة. توجد في عدد من جهات الاتصال الداخلية على غشاء الخلية ، بما في ذلك الوصلات العصبية العضلية ، في القشرة الدماغية. تتفاعل هذه البروتينات مع أستيل كولين وتنقل إشارة إلى الخلية.
يجب إزالة الناقل العصبي لاستقبال الإشارة وتحويلها حتى تتاح للخلية فرصة الاستعداد لإدراك المزيد من الإشارات. لهذا الغرض ، يتم استخدام أسيتيل كولينستراز - وهو إنزيم خاص يحفز التحلل المائي لأسيتيل كولين إلى الكولين والأسيتات. أليس صحيحًا أن وظيفة المستقبل التي تؤديها البروتينات مهمة جدًا أيضًا؟ الدور البيولوجي للوظيفة الوقائية التالية للجسم هائل. ببساطة لا يمكن للمرء أن يختلف مع هذا
وظيفة الحماية
في الجسم ، يستجيب جهاز المناعة لظهور جزيئات غريبة فيه عن طريق إنتاج عدد كبير من الخلايا الليمفاوية. هم قادرون على إتلاف العناصر بشكل انتقائي. يمكن أن تكون هذه الجسيمات الغريبة خلايا سرطانية ، وبكتيريا ممرضة ، وجزيئات فوق الجزيئات (جزيئات كبيرة ، وفيروسات ، وما إلى ذلك). الخلايا الليمفاوية B هي مجموعة من الخلايا الليمفاوية التي تنتج بروتينات خاصة. يتم إطلاق هذه البروتينات في الدورة الدموية. يتعرفون على الجسيمات الأجنبية ، بينما يشكلون مجمعًا شديد التحديد في مرحلة التدمير. تسمى هذه البروتينات الغلوبولين المناعي. المواد الغريبة تسمى المستضدات.التي تؤدي إلى استجابة الجهاز المناعي.
الوظيفة الهيكلية
إلى جانب البروتينات التي تؤدي وظائف عالية التخصص ، هناك أيضًا تلك التي تكون أهميتها هيكلية بشكل أساسي. بفضلهم ، يتم توفير القوة الميكانيكية ، بالإضافة إلى الخصائص الأخرى لأنسجة الكائنات الحية. تشمل هذه البروتينات ، في المقام الأول ، الكولاجين. يشكل الكولاجين (في الصورة أدناه) في الثدييات حوالي ربع كتلة البروتينات. يتم تصنيعه في الخلايا الرئيسية التي تشكل النسيج الضام (يسمى الخلايا الليفية).
في البداية ، يتكون الكولاجين على شكل بروكولاجين - سلائفه ، ويخضع لمعالجة كيميائية في الخلايا الليفية. ثم يتم تشكيلها على شكل ثلاث سلاسل متعددة الببتيد ملتوية في دوامة. تتحد بالفعل خارج الخلايا الليفية في ألياف الكولاجين التي يبلغ قطرها عدة مئات من النانومترات. هذا الأخير يشكل خيوط الكولاجين ، والتي يمكن رؤيتها بالفعل تحت المجهر. في الأنسجة المرنة (جدران الرئتين والأوعية الدموية والجلد) ، تحتوي المصفوفة خارج الخلية ، بالإضافة إلى الكولاجين ، على بروتين الإيلاستين. يمكن أن تمتد على مدى واسع إلى حد ما ثم تعود إلى حالتها الأصلية. مثال آخر على البروتين الهيكلي الذي يمكن تقديمه هنا هو الحرير الفيبروين. يتم عزله أثناء تكوين خادرة يرقة دودة القز. إنه المكون الرئيسي لخيوط الحرير. دعنا ننتقل إلى وصف البروتينات الحركية.
بروتينات المحرك
وفي تنفيذ العمليات الحركية ، الدور البيولوجي للبروتينات كبير.دعنا نتحدث بإيجاز عن هذه الوظيفة. تقلص العضلات هو العملية التي يتم خلالها تحويل الطاقة الكيميائية إلى عمل ميكانيكي. المشاركون المباشرون هم نوعان من البروتينات - الميوسين والأكتين. الميوسين له هيكل غير عادي للغاية. يتكون من رأسين كرويين وذيل (جزء خيطي طويل). حوالي 1600 نانومتر هو طول جزيء واحد. يبلغ طول الرؤوس حوالي 200 نانومتر.
الأكتين (في الصورة أعلاه) هو بروتين كروي بوزن جزيئي 42000. يمكن أن يتبلمر ليشكل بنية طويلة ويتفاعل بهذا الشكل مع رأس الميوسين. من السمات المهمة لهذه العملية اعتمادها على وجود ATP. إذا كان تركيزه مرتفعًا بدرجة كافية ، يتم تدمير المركب المكون من الميوسين والأكتين ، ثم يتم استعادته مرة أخرى بعد حدوث التحلل المائي لـ ATP نتيجة لعمل myosin ATPase. يمكن ملاحظة هذه العملية ، على سبيل المثال ، في محلول يوجد فيه كلا البروتينين. يصبح لزجًا نتيجة تكوين مركب عالي الوزن الجزيئي في غياب ATP. عند إضافته ، تنخفض اللزوجة بشكل حاد بسبب تدمير المركب الذي تم إنشاؤه ، وبعد ذلك يبدأ تدريجياً في التعافي نتيجة للتحلل المائي ATP. في عملية تقلص العضلات ، تلعب هذه التفاعلات دورًا مهمًا جدًا.
المضادات الحيوية
نواصل الكشف عن موضوع "الدور البيولوجي للبروتين في الجسم". مجموعة كبيرة جدا ومهمة جداالمركبات الطبيعية تشكل مواد تسمى المضادات الحيوية. هم من أصل جرثومي. تفرز أنواع خاصة من الكائنات الحية الدقيقة هذه المواد. لا جدال في الدور البيولوجي للأحماض الأمينية والبروتينات ، لكن المضادات الحيوية تؤدي وظيفة خاصة ومهمة للغاية. أنها تمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة التي تتنافس معها. في الأربعينيات من القرن الماضي ، أحدث اكتشاف واستخدام المضادات الحيوية ثورة في علاج الأمراض المعدية التي تسببها البكتيريا. وتجدر الإشارة إلى أن المضادات الحيوية في معظم الحالات لا تعمل على الفيروسات ، لذا فإن استخدامها كأدوية مضادة للفيروسات غير فعال.
أمثلة على المضادات الحيوية
كانت مجموعة البنسلين أول مجموعة تم وضعها موضع التنفيذ. ومن أمثلة هذه المجموعة الأمبيسيلين والبنزيل بنسلين. تتنوع المضادات الحيوية في آلية عملها وطبيعتها الكيميائية. يتفاعل بعض من تلك المستخدمة على نطاق واسع اليوم مع الريبوسومات البشرية ، بينما يُثبط تخليق البروتين في الريبوسومات البكتيرية. في الوقت نفسه ، نادرًا ما يتفاعلون مع الريبوسومات حقيقية النواة. لذلك ، فهي مدمرة للخلايا البكتيرية ، وسامة قليلاً للحيوانات والبشر. تشمل هذه المضادات الحيوية الستربتومايسين والليفوميسيتين (الكلورامفينيكول).
الدور البيولوجي للتخليق الحيوي للبروتين مهم للغاية ، وهذه العملية نفسها لها عدة مراحل. سنتحدث عنها فقط بعبارات عامة
العملية والدور البيولوجي للتخليق الحيوي للبروتين
هذه العملية متعددة الخطوات ومعقدة للغاية. يحدث في الريبوسومات -عضيات خاصة. تحتوي الخلية على العديد من الريبوسومات. الإشريكية القولونية ، على سبيل المثال ، لديها حوالي 20 ألف منهم.
"وصف عملية التخليق الحيوي للبروتين ودوره البيولوجي" - مثل هذه المهمة التي تلقاها الكثير منا في المدرسة. وبالنسبة للكثيرين كان الأمر صعبا. حسنًا ، دعنا نحاول فهمها معًا.
جزيئات البروتين هي سلاسل بولي ببتيد. إنها تتكون ، كما تعلم بالفعل ، من الأحماض الأمينية الفردية. ومع ذلك ، فإن الأخيرة ليست نشطة بما فيه الكفاية. من أجل الجمع بين جزيء البروتين وتشكيله ، فإنها تتطلب التنشيط. يحدث نتيجة لعمل إنزيمات خاصة. كل حمض أميني له إنزيم خاص به مضبوط خصيصًا له. مصدر الطاقة لهذه العملية هو ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). نتيجة للتنشيط ، يصبح الحمض الأميني أكثر قابلية للارتباط ويرتبط تحت تأثير هذا الإنزيم بـ t-RNA ، والذي ينقله إلى الريبوسوم (ولهذا السبب ، يسمى هذا الحمض النووي الريبي النقل). وهكذا ، تدخل الأحماض الأمينية المنشطة المرتبطة بـ tRNA الريبوسوم. الريبوسوم هو نوع من الناقلات لتجميع سلاسل البروتين من الأحماض الأمينية الواردة.
من الصعب المبالغة في تقدير دور تخليق البروتين ، لأن المركبات المركبة تؤدي وظائف مهمة للغاية. تقريبا كل الهياكل الخلوية تتكون منهم.
لذا ، فقد وصفنا بشكل عام عملية التخليق الحيوي للبروتين ودوره البيولوجي. بهذا نختتم مقدمتنا للبروتينات. نتمنى لك الرغبة في استمرارها
