Proteine, deren biologische Rolle heute betrachtet wird, sind makromolekulare Verbindungen, die aus Aminosäuren aufgebaut sind. Unter allen anderen organischen Verbindungen gehören sie in ihrer Struktur zu den komplexesten. Je nach elementarer Zusammensetzung unterscheiden sich Proteine von Fetten und Kohlenhydraten: Sie enth alten neben Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff auch Stickstoff. Außerdem ist Schwefel ein unverzichtbarer Bestandteil der wichtigsten Proteine, einige enth alten Jod, Eisen und Phosphor.
Die biologische Rolle des Proteins ist sehr hoch. Es sind diese Verbindungen, die den Großteil der Protoplasmamasse sowie die Kerne lebender Zellen ausmachen. Proteine kommen in allen tierischen und pflanzlichen Organismen vor.
Eine oder mehrere Funktionen
Die biologische Rolle und Funktion ihrer verschiedenen Verbindungen ist unterschiedlich. Als Substanz mit spezifischer chemischer Struktur erfüllt jedes Protein eine hochspezialisierte Funktion. Nur in einigen Fällen kann es mehrere miteinander verbundene gleichzeitig ausführen. Zum Beispiel Adrenalin, das im Rückenmark produziert wirdNebennieren, Eintritt in den Blutkreislauf, erhöht den Blutdruck und den Sauerstoffverbrauch, den Blutzucker. Darüber hinaus ist es ein Stimulans des Stoffwechsels und bei K altblütern auch ein Mediator des Nervensystems. Wie Sie sehen können, führt es viele Funktionen gleichzeitig aus.
Enzymatische (katalytische) Funktion
Verschiedene biochemische Reaktionen, die in lebenden Organismen ablaufen, finden unter milden Bedingungen statt, bei denen die Temperatur nahe bei 40°C liegt und die pH-Werte fast neutral sind. Unter diesen Bedingungen sind die Durchflussraten vieler von ihnen vernachlässigbar. Um sie zu realisieren, werden daher Enzyme benötigt - spezielle biologische Katalysatoren. Nahezu alle Reaktionen, außer der Photolyse von Wasser, werden in lebenden Organismen durch Enzyme katalysiert. Diese Elemente sind entweder Proteine oder Komplexe von Proteinen mit einem Cofaktor (organisches Molekül oder Metallion). Enzyme wirken sehr selektiv und starten den notwendigen Prozess. Die oben diskutierte katalytische Funktion ist also eine von denen, die Proteine ausüben. Die biologische Rolle dieser Verbindungen ist jedoch nicht auf ihre Umsetzung beschränkt. Es gibt noch viele weitere Funktionen, die wir uns unten ansehen werden.
Transportfunktion
Für die Existenz einer Zelle ist es notwendig, dass viele Stoffe in sie eindringen, die ihr Energie und Baustoffe liefern. Alle biologischen Membranen sind gemeinsam aufgebautPrinzip. Dies ist eine Doppelschicht aus Lipiden, in die Proteine eingetaucht sind. Gleichzeitig werden hydrophile Regionen von Makromolekülen auf der Oberfläche der Membranen konzentriert und hydrophobe "Schwänze" werden in ihrer Dicke konzentriert. Diese Struktur bleibt undurchlässig für wichtige Bestandteile: Aminosäuren, Zucker, Alkalimetallionen. Das Eindringen dieser Elemente in die Zelle erfolgt mit Hilfe von Transportproteinen, die in die Zellmembran eingebettet sind. Bakterien haben zum Beispiel ein spezielles Protein, das Laktose (Milchzucker) durch die äußere Membran transportiert.
Vielzellige Organismen haben ein System zum Transport verschiedener Substanzen von einem Organ zum anderen. Wir sprechen hauptsächlich über Hämoglobin (Bild oben). Außerdem ist im Blutplasma ständig Serumalbumin (Transportprotein) vorhanden. Es hat die Fähigkeit, starke Komplexe mit Fettsäuren zu bilden, die bei der Verdauung von Fetten gebildet werden, sowie mit einer Reihe hydrophober Aminosäuren (z. B. mit Tryptophan) und mit vielen Arzneimitteln (einige Penicilline, Sulfonamide, Aspirin). Ein weiteres Beispiel ist Transferrin, das den Transport von Eisenionen im Körper vermittelt. Wir können auch Ceruplasmin erwähnen, das Kupferionen trägt. Wir haben also die Transportfunktion von Proteinen betrachtet. Ihre biologische Rolle ist unter diesem Gesichtspunkt ebenfalls sehr bedeutsam.
Rezeptorfunktion
Rezeptorproteine sind vor allem für die Lebenserh altung vielzelliger Organismen von großer Bedeutung. Sie sind eingebautin die Plasmazellmembran ein und dienen der Wahrnehmung und Weiterverarbeitung der in die Zelle eintretenden Signale. Dabei können die Signale sowohl von anderen Zellen als auch aus der Umgebung stammen. Acetylcholin-Rezeptoren sind derzeit am besten untersucht. Sie befinden sich in einer Reihe von interneuronalen Kontakten auf der Zellmembran, einschließlich an neuromuskulären Verbindungen, in der Großhirnrinde. Diese Proteine interagieren mit Acetylcholin und übermitteln ein Signal in die Zelle.
Der Neurotransmitter, der das Signal empfangen und umwandeln soll, muss entfernt werden, damit die Zelle die Möglichkeit hat, sich auf die Wahrnehmung weiterer Signale vorzubereiten. Dazu wird Acetylcholinesterase verwendet – ein spezielles Enzym, das die Hydrolyse von Acetylcholin zu Cholin und Acetat katalysiert. Ist nicht auch die Rezeptorfunktion von Proteinen sehr wichtig? Die biologische Rolle der nächsten Schutzfunktion für den Körper ist enorm. Dem kann man einfach nicht widersprechen.
Schutzfunktion
Im Körper reagiert das Immunsystem auf das Auftreten von Fremdpartikeln, indem es eine große Anzahl von Lymphozyten produziert. Sie sind in der Lage, Elemente selektiv zu beschädigen. Solche Fremdpartikel können Krebszellen, pathogene Bakterien, supramolekulare Partikel (Makromoleküle, Viren etc.) sein. B-Lymphozyten sind eine Gruppe von Lymphozyten, die spezielle Proteine produzieren. Diese Proteine werden in das Kreislaufsystem freigesetzt. Sie erkennen Fremdpartikel und bilden bei der Zerstörung einen hochspezifischen Komplex. Diese Proteine werden Immunglobuline genannt. Fremdstoffe werden Antigene genannt.die eine Reaktion des Immunsystems auslösen.
Strukturfunktion
Neben Proteinen, die hochspezialisierte Funktionen erfüllen, gibt es auch solche, deren Bedeutung hauptsächlich struktureller Natur ist. Dank ihnen wird mechanische Festigkeit sowie andere Eigenschaften des Gewebes lebender Organismen bereitgestellt. Zu diesen Proteinen gehört vor allem Kollagen. Kollagen (Bild unten) macht bei Säugetieren etwa ein Viertel der Proteinmasse aus. Es wird in den Hauptzellen synthetisiert, aus denen das Bindegewebe besteht (Fibroblasten genannt).
Zunächst wird Kollagen als Prokollagen gebildet – sein Vorläufer, der in Fibroblasten einer chemischen Verarbeitung unterzogen wird. Dann wird es in Form von drei zu einer Spirale verdrehten Polypeptidketten gebildet. Sie verbinden sich bereits außerhalb der Fibroblasten zu mehreren hundert Nanometer großen Kollagenfibrillen. Letztere bilden Kollagenfäden, die man bereits unter dem Mikroskop erkennen kann. In elastischen Geweben (Lungenwände, Blutgefäße, Haut) enthält die extrazelluläre Matrix neben Kollagen auch das Protein Elastin. Es kann sich über einen ziemlich weiten Bereich ausdehnen und dann in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren. Ein weiteres Beispiel für ein Strukturprotein, das hier genannt werden kann, ist Seidenfibroin. Es wird während der Puppenbildung der Raupe der Seidenraupe isoliert. Es ist der Hauptbestandteil von Seidenfäden. Kommen wir zur Beschreibung der Motorproteine.
Motorproteine
Und bei der Umsetzung motorischer Prozesse ist die biologische Rolle von Proteinen groß. Lassen Sie uns kurz über diese Funktion sprechen. Muskelkontraktion ist der Prozess, bei dem chemische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Seine direkten Teilnehmer sind zwei Proteine - Myosin und Aktin. Myosin hat eine sehr ungewöhnliche Struktur. Es besteht aus zwei kugelförmigen Köpfen und einem Schwanz (einem langen fadenförmigen Teil). Etwa 1600 nm ist die Länge eines Moleküls. Die Köpfe machen etwa 200 nm aus.
Aktin (Bild oben) ist ein globuläres Protein mit einem Molekulargewicht von 42000. Es kann zu einer langen Struktur polymerisieren und in dieser Form mit dem Myosinkopf interagieren. Ein wichtiges Merkmal dieses Prozesses ist seine Abhängigkeit von der Anwesenheit von ATP. Wenn seine Konzentration hoch genug ist, wird der aus Myosin und Aktin gebildete Komplex zerstört und dann wiederhergestellt, nachdem die ATP-Hydrolyse als Ergebnis der Wirkung der Myosin-ATPase auftritt. Dieser Vorgang kann beispielsweise in einer Lösung beobachtet werden, in der beide Proteine vorhanden sind. Es wird viskos infolge der Bildung eines hochmolekularen Komplexes in Abwesenheit von ATP. Wenn es hinzugefügt wird, nimmt die Viskosität aufgrund der Zerstörung des gebildeten Komplexes stark ab, wonach es sich infolge der ATP-Hydrolyse allmählich zu erholen beginnt. Bei der Muskelkontraktion spielen diese Wechselwirkungen eine sehr wichtige Rolle.
Antibiotika
Wir enthüllen weiterhin das Thema "Die biologische Rolle von Proteinen im Körper". Eine sehr große und sehr wichtige GruppeNatürliche Verbindungen bilden Substanzen, die Antibiotika genannt werden. Sie sind mikrobiellen Ursprungs. Diese Substanzen werden von speziellen Arten von Mikroorganismen ausgeschieden. Die biologische Rolle von Aminosäuren und Proteinen ist unbestritten, aber Antibiotika erfüllen eine besondere, sehr wichtige Funktion. Sie hemmen das Wachstum von Mikroorganismen, die mit ihnen konkurrieren. In den 1940er Jahren revolutionierte die Entdeckung und Anwendung von Antibiotika die Behandlung von durch Bakterien verursachten Infektionskrankheiten. Es sollte beachtet werden, dass Antibiotika in den meisten Fällen bei Viren nicht wirken, sodass ihre Verwendung als antivirale Medikamente unwirksam ist.
Beispiele für Antibiotika
Die Penicillin-Gruppe war die erste, die in die Praxis umgesetzt wurde. Beispiele dieser Gruppe sind Ampicillin und Benzylpenicillin. Antibiotika sind in ihrem Wirkungsmechanismus und ihrer chemischen Natur vielfältig. Einige der heute weit verbreiteten interagieren mit menschlichen Ribosomen, während die Proteinsynthese in bakteriellen Ribosomen gehemmt wird. Gleichzeitig interagieren sie kaum mit eukaryotischen Ribosomen. Daher sind sie für Bakterienzellen zerstörerisch und für Tiere und Menschen leicht giftig. Zu diesen Antibiotika gehören Streptomycin und Levomycetin (Chloramphenicol).
Die biologische Rolle der Proteinbiosynthese ist sehr wichtig, und dieser Prozess selbst hat mehrere Stufen. Wir werden nur allgemein darüber sprechen.
Prozess und biologische Rolle der Proteinbiosynthese
Dieser Prozess ist mehrstufig und sehr komplex. Es kommt in Ribosomen vor -spezielle Organellen. Die Zelle enthält viele Ribosomen. E. coli hat zum Beispiel etwa 20.000 davon.
"Beschreibe den Prozess der Proteinbiosynthese und seine biologische Rolle" - eine solche Aufgabe bekamen viele von uns in der Schule. Und für viele war es schwierig. Nun, versuchen wir es gemeinsam herauszufinden.
Proteinmoleküle sind Polypeptidketten. Sie bestehen, wie Sie bereits wissen, aus einzelnen Aminosäuren. Letztere sind jedoch nicht aktiv genug. Um sich zu verbinden und ein Proteinmolekül zu bilden, müssen sie aktiviert werden. Es entsteht durch die Wirkung spezieller Enzyme. Jede Aminosäure hat ihr eigenes Enzym, das speziell darauf abgestimmt ist. Die Energiequelle für diesen Prozess ist ATP (Adenosintriphosphat). Durch die Aktivierung wird die Aminosäure labiler und bindet unter der Wirkung dieses Enzyms an t-RNA, die sie an das Ribosom weiterleitet (deshalb nennt man diese RNA Transport). Auf diese Weise gelangen aktivierte Aminosäuren, die mit tRNA verbunden sind, in das Ribosom. Das Ribosom ist eine Art Förderer für den Zusammenbau von Proteinketten aus ankommenden Aminosäuren.
Die Rolle der Proteinsynthese ist schwer zu überschätzen, da die synthetisierten Verbindungen sehr wichtige Funktionen erfüllen. Fast alle Zellstrukturen bestehen aus ihnen.
Also haben wir den Prozess der Proteinbiosynthese und seine biologische Rolle allgemein beschrieben. Damit ist unsere Einführung in Proteine abgeschlossen. Wir hoffen, Sie haben den Wunsch, damit fortzufahren.
