Proteine sind die wichtigsten organischen Substanzen, deren Anzahl alle anderen Makromoleküle übertrifft, die in einer lebenden Zelle vorhanden sind. Sie machen mehr als die Hälfte der Trockenmasse von pflanzlichen und tierischen Organismen aus. Die Funktionen von Proteinen in der Zelle sind vielfältig, einige davon sind der Wissenschaft noch unbekannt. Trotzdem sind die Hauptrichtungen ihrer "Arbeit" gut untersucht. Einige werden benötigt, um die in Zellen und Geweben ablaufenden Prozesse zu stimulieren. Andere transportieren wichtige Mineralstoffe über die Zellmembran und durch die Blutgefäße von einem Organ zum anderen. Einige schützen den Körper vor fremden, oft pathogenen Erregern. Eines ist klar – kein einziger Prozess in unserem Körper läuft ohne Proteine ab.
Grundlegende Funktionen von Proteinen
Die Funktionen von Proteinen im Körper sind vielfältig. Jede Gruppe hat eine bestimmte ChemikalieGebäude, führt eine spezialisierte "Arbeit" aus. In einigen Fällen sind mehrere Arten von Proteinen miteinander verbunden. Sie sind für verschiedene Phasen desselben Prozesses verantwortlich. Oder sie betreffen mehrere gleichzeitig. Die regulatorische Funktion von Proteinen wird beispielsweise von Enzymen und Hormonen übernommen. Dieses Phänomen kann man sich vorstellen, indem man sich an das Hormon Adrenalin erinnert. Es wird vom Nebennierenmark produziert. Wenn es in die Blutgefäße gelangt, erhöht es die Sauerstoffmenge im Blut. Auch der Blutdruck steigt, der Zuckergeh alt steigt. Dadurch werden Stoffwechselvorgänge angeregt. Adrenalin ist auch ein Neurotransmitter in Fischen, Amphibien und Reptilien.
Enzymfunktion
Viele biochemische Reaktionen, die in den Zellen lebender Organismen ablaufen, laufen bei hohen Temperaturen und bei neutralem pH-Wert ab. Unter solchen Bedingungen ist die Geschwindigkeit ihres Durchgangs zu gering, sodass spezielle Katalysatoren, sogenannte Enzyme, benötigt werden. Ihre ganze Vielf alt wird in 6 Klassen zusammengefasst, die sich in der Spezifität der Aktion unterscheiden. Enzyme werden an Ribosomen in Zellen synthetisiert. Die Wissenschaft der Enzymologie beschäftigt sich mit ihrer Untersuchung.
Zweifellos ist die regulatorische Funktion von Proteinen ohne Enzyme nicht möglich. Sie haben eine hohe Wirkungsselektivität. Ihre Aktivität kann durch Inhibitoren und Aktivatoren reguliert werden. Außerdem weisen Enzyme üblicherweise eine Substratspezifität auf. Außerdem hängt die enzymatische Aktivität von den Bedingungen im Körper und insbesondere in den Zellen ab. Ihr Fluss wird durch Druck, sauren pH-Wert, Temperatur, Ionenstärke der Lösung beeinflusstSalzkonzentration im Zytoplasma.
Proteintransportfunktion
Die Zelle muss ständig die für den Körper notwendigen mineralischen und organischen Substanzen erh alten. Sie werden als Baustoffe und Energieträger in Zellen benötigt. Aber der Mechanismus ihres Empfangs ist ziemlich kompliziert. Zellwände bestehen aus mehr als nur Proteinen. Biologische Membranen sind nach dem Prinzip einer Doppelschicht aus Lipiden aufgebaut. Dazwischen sind verschiedene Proteine eingebettet. Es ist sehr wichtig, dass sich die hydrophilen Bereiche auf der Oberfläche der Membran befinden, während sich die hydrophoben Bereiche in ihrer Dicke befinden. Somit macht eine solche Struktur die Schale undurchdringlich. Sie können es nicht alleine passieren, ohne "Hilfe", so wichtige Komponenten wie Zucker, Metol-Ionen und Aminosäuren. Sie werden von spezialisierten Proteinen, die in Lipidschichten eingebettet sind, durch die Zytoplasmamembran zum Zytoplasma transportiert.
Transport von Stoffen von einem Organ zum anderen
Aber die Transportfunktion von Proteinen findet nicht nur zwischen der Interzellularsubstanz und der Zelle statt. Einige für physiologische Prozesse wichtige Substanzen müssen von einem Körper zum anderen transportiert werden. Das Transportprotein im Blut ist beispielsweise Serumalbumin. Es ist mit einer einzigartigen Fähigkeit ausgestattet, Verbindungen mit Fettsäuren zu bilden, die bei der Verdauung von Fetten, mit Medikamenten sowie mit Steroidhormonen entstehen. Wichtige Trägerproteine sind Hämoglobin (liefert Sauerstoffmoleküle), Transferrin (bindet sich an Eisenionen) und Ceruplasmin (bildet Komplexe mitKupfer).
Signalfunktion von Proteinen
Rezeptorproteine sind von großer Bedeutung im Ablauf physiologischer Prozesse in vielzelligen komplexen Organismen. Sie sind in die Plasmamembran eingebettet. Sie dienen dazu, verschiedene Arten von Signalen wahrzunehmen und zu entschlüsseln, die nicht nur aus benachbarten Geweben, sondern auch aus der äußeren Umgebung in einem kontinuierlichen Strom in die Zellen gelangen. Das derzeit vielleicht am besten untersuchte Rezeptorprotein ist Acetylcholin. Es befindet sich in einer Reihe von intereuronalen Verbindungen auf der Zellmembran.
Aber die Signalfunktion von Proteinen findet nicht nur innerhalb der Zellen statt. Viele Hormone binden an spezifische Rezeptoren auf ihrer Oberfläche. Eine so gebildete Verbindung ist ein Signal, das physiologische Prozesse in Zellen aktiviert. Ein Beispiel für solche Proteine ist Insulin, das im Adenylatcyclase-System wirkt.
Schutzfunktion
Die Funktionen von Proteinen in einer Zelle sind unterschiedlich. Einige von ihnen sind an Immunantworten beteiligt. Dies schützt den Körper vor Infektionen. Das Immunsystem ist in der Lage, auf die identifizierten Fremdstoffe mit der Synthese einer großen Anzahl von Lymphozyten zu reagieren. Diese Substanzen können diese Wirkstoffe selektiv schädigen, sie können körperfremd sein, wie Bakterien, supramolekulare Partikel, oder sie können Krebszellen sein.
Eine der Gruppen - "Beta"-Lymphozyten - produziert Proteine, die in den Blutkreislauf gelangen. Sie haben eine sehr interessante Funktion. Diese Proteine müssen fremde Zellen und Makromoleküle erkennen. Dann verbinden sie sich mit ihnen,bilden einen Komplex, der zerstört werden soll. Diese Proteine werden Immunglobuline genannt. Die Fremdkomponenten selbst sind Antigene. Und die ihnen entsprechenden Immunglobuline sind Antikörper.
Strukturfunktion
Im Körper gibt es neben hochspezialisierten auch Strukturproteine. Sie sind notwendig, um mechanische Festigkeit bereitzustellen. Diese Funktionen von Proteinen in der Zelle sind wichtig, um die Form und Jugend des Körpers zu erh alten. Das bekannteste ist Kollagen. Es ist das Hauptprotein der extrazellulären Matrix des Bindegewebes. Bei höheren Säugetieren macht es bis zu 1/4 der Gesamtmasse an Proteinen aus. Kollagen wird in Fibroblasten synthetisiert, die die Hauptzellen des Bindegewebes sind.
Solche Funktionen von Proteinen in der Zelle sind von großer Bedeutung. Neben Kollagen ist ein weiteres Strukturprotein bekannt - Elastin. Es ist auch ein Bestandteil der extrazellulären Matrix. Elastin ist in der Lage, Geweben die Fähigkeit zu verleihen, sich innerhalb bestimmter Grenzen zu dehnen und leicht in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Ein weiteres Beispiel für ein Strukturprotein ist Fibroin, das in Seidenraupenraupen vorkommt. Es ist der Hauptbestandteil von Seidenfäden.
Motorproteine
Die Rolle von Proteinen in der Zelle kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Sie nehmen auch an der Arbeit der Muskeln teil. Muskelkontraktion ist ein wichtiger physiologischer Prozess. Dadurch wird das in Form von Makromolekülen gespeicherte ATP in chemische Energie umgewandelt. Die direkten Teilnehmer an diesem Prozess sind zwei Proteine - Aktin und Myosin.
Diese Motorproteinesind fadenförmige Moleküle, die im kontraktilen System der Skelettmuskulatur funktionieren. Sie werden auch in Nicht-Muskelgeweben in eukaryotischen Zellen gefunden. Ein weiteres Beispiel für Motorproteine ist Tubulin. Daraus werden Mikrotubuli aufgebaut, die ein wichtiger Bestandteil von Flagellen und Zilien sind. Mikrotubuli, die Tubulin enth alten, werden auch in den Zellen des Nervengewebes von Tieren gefunden.
Antibiotika
Die Schutzfunktion von Proteinen in der Zelle ist enorm. Ein Teil davon wird einer Gruppe zugeordnet, die gemeinhin als Antibiotika bezeichnet wird. Dies sind Substanzen natürlichen Ursprungs, die in der Regel in Bakterien, mikroskopisch kleinen Pilzen und anderen Mikroorganismen synthetisiert werden. Sie zielen darauf ab, die physiologischen Prozesse anderer konkurrierender Organismen zu unterdrücken. Antibiotika mit Proteinursprung wurden in den 40er Jahren entdeckt. Sie haben die Medizin revolutioniert und ihr einen starken Entwicklungsschub gegeben.
Antibiotika sind aufgrund ihrer chemischen Natur eine sehr heterogene Gruppe. Sie unterscheiden sich auch in ihrem Wirkmechanismus. Einige verhindern die Proteinsynthese in Zellen, andere blockieren die Produktion wichtiger Enzyme, andere hemmen das Wachstum und wieder andere hemmen die Fortpflanzung. Beispielsweise interagiert das bekannte Streptomycin mit den Ribosomen von Bakterienzellen. Dadurch verlangsamen sie die Synthese von Proteinen dramatisch. Gleichzeitig interagieren diese Antibiotika nicht mit eukaryotischen Ribosomen des menschlichen Körpers. Das bedeutet, dass diese Substanzen für höhere Säugetiere nicht toxisch sind.
Dies sind nicht alle Funktionen von Proteinen in der Zelle. Tischantibiotische Substanzen ermöglicht es Ihnen, andere hochspezialisierte Wirkungen zu bestimmen, die diese spezifischen Naturstoffe auf Bakterien und nicht nur haben können. Derzeit werden Antibiotika mit Proteinursprung untersucht, die bei Wechselwirkung mit DNA die Prozesse stören, die mit der Verkörperung von Erbinformationen verbunden sind. Bisher werden solche Substanzen aber nur in der Chemotherapie onkologischer Erkrankungen eingesetzt. Ein Beispiel für eine solche antibiotische Substanz ist Dactinomycin, das von Aktinomyceten synthetisiert wird.
Toxine
Proteine in einer Zelle erfüllen eine sehr spezifische und sogar außergewöhnliche Funktion. Eine Reihe lebender Organismen produzieren giftige Substanzen - Toxine. Dies sind naturgemäß Proteine und komplexe organische Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht. Ein Beispiel ist das giftige Fruchtfleisch des Pilz-Blasstauchers.
Reserve- und Nahrungsproteine
Einige Proteine haben die Aufgabe, die Embryonen von Tieren und Pflanzen mit Nährstoffen zu versorgen. Es gibt viele solcher Beispiele. Genau darin liegt die Bedeutung des Proteins in der Zelle von Getreidesamen. Sie werden den entstehenden Keim der Pflanze in den ersten Stadien ihrer Entwicklung ernähren. Bei Tieren sind die Nahrungsproteine Eialbumin und Milchkasein.
Unerforschte Eigenschaften von Proteinen
Die obigen Beispiele sind nur der Teil, der bereits ausreichend untersucht wurde. Aber in der Natur gibt es viele Geheimnisse. Proteine in der Zelle vieler biologischer Arten sind einzigartig und klassifizieren sie derzeit sogarschwer. Beispielsweise ist Monellin ein Protein, das aus einer afrikanischen Pflanze entdeckt und isoliert wurde. Es schmeckt süß, ist aber nicht fettleibig und ungiftig. In Zukunft kann es ein ausgezeichneter Ersatz für Zucker sein. Ein weiteres Beispiel ist ein Protein, das in manchen arktischen Fischen vorkommt und das Gefrieren des Blutes verhindert, indem es im wörtlichen Sinne des Vergleichs als Frostschutz wirkt. Bei einer Reihe von Insekten wurde das Protein Resilin, das eine einzigartige, nahezu perfekte Elastizität besitzt, in den Flügelgelenken gefunden. Und das sind nicht alle Beispiele für Substanzen, die noch untersucht und klassifiziert werden müssen.
