Протеини: биологична роля. Биологичната роля на протеина в организма. Ролята на протеина в храненето

Ролята на протеините в организма

Функциите на протеините в организма са разнообразни. Те се дължат до голяма степен на сложността и разнообразието от форми и състав на самите протеини.

Една от най-важните функции на протеиновите молекули е пластмасата. Протеините са незаменим строителен материал. Всички клетъчни мембрани и мембрани на субклетъчните структури съдържат протеин, ролята на който е разнообразна. Количеството протеин в мембраните е повече от половината от масата. Това са протеини от различни състави, които могат да бъдат разделени чрез електрофореза или други методи. Мембранните протеини са трудни за разграничаване, тъй като при неутрални стойности на pH те са неразтворими във вода. Техните молекулни тегла варират от 23 000 до 60 000. От голямото разнообразие от структурни протеини, освен споменатите вече мембранни, даваме няколко примера, някои от които може би вече са познати на читателя: a-кератините са структурни компоненти на кожата, перата, копита ; колагенът е част от съединителната тъкан и представлява основата на сухожилията, хрущялите; фиброинът е основен компонент на коприната; еластинът е включен в структурата на еластичната съединителна тъкан - лигаменти. Но може би най-голямата група от структурни протеини са ензими с каталитична функция. Отделен раздел е посветен на тяхното описание и роля.

Много протеини имат контрактилна функция. На първо място, това са протеини от актин и миозин, които са част от мускулните влакна на висшите организми (най-просто, протеин дининът има контрактилна функция). Мускулните влакна - миофибрили - са дълги тънки нишки, състоящи се от множество паралелни, по-тънки мускулни нишки, заобиколени от вътреклетъчна течност. В него се разтваря необходимата за редукцията аденозин трифосфорна киселина (АТФ), гликогенът е хранително вещество, неорганични соли и много други вещества, по-специално калций.

Възникнал електрически импулс, възникнал в моторния нерв, предизвиква рязко увеличаване на мембранната пропускливост, освобождава калциеви йони. Катионите на Ca 2+ активират разграждането на АТФ, което служи като директен източник на енергия за функцията на контрактилните протеини. Актът на свиване на мускулите е следният: актинът и миозинът в мускулните влакна са успоредни и само частично се припокриват в покой. С редукцията актинът прониква по-дълбоко в миозина, т.е. нишките на един протеин се плъзгат по протежение на другия, без да променят собствената си дължина (фиг. 1). Правилността на такава схема на свиване на мускулите се потвърждава от електронно-микроскопични наблюдения и експериментално. За това изкуствените актомиозинови нишки бяха поставени в чиста вода. Протеинът придоби текстурата на насипен гел. Ако към този разтвор се добави разтвор на калциева сол и АТФ, тогава протеинът рязко свива. Учените са изчислили, че силата на мускулната контракция е 3,5 кг на 1 см 2 напречно сечение на мускулите.

Ролята на протеините в транспорта на вещества в организма е голяма. Имайки различни функционални групи и сложната структура на макромолекулата, протеините се свързват и пренасят много съединения в кръвния поток. Това е предимно хемоглобин, който пренася кислород от белите дробове до клетките. При някои безгръбначни животни, хемоцианиновият протеин, подобен на действие, играе същата роля. В мускулите този транспортен протеин, миоглобин, поема тази функция. Серумните протеини - албуминът - подпомагат транспорта на мастни киселини, а р-липопротеинът носи липиди. Металопротеините съдържат желязо (глобулин, хемоглобин), мед (церуплазмин). Тялото се нуждае от желязо за растеж и кръвоснабдяване. Общо около 2,5 g желязо се намира в човешкото тяло, а дневната му нужда е 1-2 mg.

Отлага се, т.е. се отлага в резерв, желязо в далака под формата на комплекс с протеинов феритин. А това показва друга функция на протеина - резервна. Интересното е, че при постоянното разграждане на хемоглобина желязото не се отделя от тялото, а се задържа под формата на феритин. Желязото във феритина може да съдържа огромно количество - до 23%. Както е необходимо за синтеза на нов хемоглобин, желязото се взема от това своеобразно депо.

Освен феритин, овалбумин - яйчен протеин, казеин - млечен протеин, зеин - протеин от царевично семе и някои други растителни протеини са класифицирани като резервни протеини.

Важна роля принадлежи на хормоните протеини. Значението на тази регулаторна функция на протеините е трудно да се надцени. Хормоните са биологично активни вещества, които влияят на метаболизма. Хормоните се екскретират в незначителни количества, но действията им винаги са точно насочени и високоефективни.

Фиг. 1. Схема на мускулна структура: А - разтягане (релаксация); B - намаление; B-напречно сечение; 1 - актин, 2 - миозин.

Действието на хормоните може да се извърши по различни начини: те или влияят върху активността на ензимите, като по този начин ускоряват или забавят метаболитните процеси, или променят пропускливостта на мембраните за определени вещества, или регулират скоростта на синтеза на ензими. Хормоните поддържат постоянни концентрации на вещества в кръвта и клетките, участват в растежа, възпроизводството и други жизненоважни процеси.

Много хормони са протеини, полипептиди или единични аминокиселини. Те се секретират в кръвта от специални (ендокринни) жлези: хипофизата, щитовидната жлеза, панкреаса, надбъбречните жлези и епифизата.

Един от най-известните хормонални протеини е инсулинът. Този прост протеин се състои само от аминокиселини. Нейните първични и други структури са дешифрирани и добре проучени. Функционалната роля на инсулина е многостранна. Намалява кръвната захар чрез увеличаване на пропускливостта на клетъчните мембрани за глюкоза, т.е. допринася за нейния преход от кръв към клетката. Поради нормалното функциониране на инсулина, нивото на кръвната захар се поддържа постоянно. При липса на инсулин кръвната захар се повишава, захарта се отделя с урината - развива се диабет. Инсулинът има и други функции: насърчава синтеза на гликоген в черния дроб и мускулите, повишава образуването на мазнини от въглехидрати, активира ензима глюкокиназа, влияе върху метаболизма на фосфора, обогатява клетките с калий.

В допълнение към инсулина, протеиновите хормони на хипофизата, ендокринната жлеза, свързана с един от мозъчните региони, имат регулаторна функция. Тази много малка грахова жлеза отделя няколко хормона с протеинова или полипептидна природа наведнъж. Някои от тях не засягат органите и тъканите на жив организъм, но други ендокринни жлези, принуждавайки ги да работят по-интензивно или ограничават функцията си. Хипофизната жлеза отделя хормон на растежа, в отсъствието на който се развива джудже. Въвеждането му на експериментални животни в големи дози води до значително увеличаване на масата. Този хормон е протеин с молекулно тегло от 27 000 до 46 000, в зависимост от това от кое животно е изолиран. Прекомерната секреция на този хормон при хората може да доведе до увеличаване на растежа до 2,5 м, телесно тегло - до 150 кг. Има засилен растеж на пръстите, носа, езика, долната челюст. Това заболяване се нарича акромегалия, което се превежда от гръцки като "голям крайник".

Средната хипофизна жлеза отделя друг хормон - странично, който е полипептид. Той регулира пигментацията. При жабите и някои риби отделянето на интермедин води до промяна в пигментните клетки на кожата, които са отговорни за адаптирането на цвета на тялото към цвета на околната среда. Следователно за някои организми достатъчно или недостатъчно количество от този хормон е въпрос на живот или смърт.

Един от важните и химически интересни хормони е вазопресинът. Потиска уринирането и повишава кръвното налягане. Това е октапептид с циклична структура със странична верига:

В зависимост от вида на животното в структурата на молекулата, една аминокиселина може да бъде заменена с друга.

Хипофизната жлеза отделя и други хормони, които са прости или сложни протеини, както и пептиди.

Регулаторната функция се изпълнява и от протеините, съдържащи се в щитовидната жлеза - тиреоглобулини, чието молекулно тегло е около 600 000. Тези протеини съдържат йод. Когато жлезата е недоразвита, метаболизмът се нарушава. На места, където храната и водата са бедни на йод, се появи заболяване - ендемичен гуша: щитовидната жлеза расте, тъканта й се опита да хване йод от постъпващите продукти. Понастоящем йод се добавя към питейна вода на такива места, а калиевият йодид се добавя към трапезната сол.

Изброяването на хормони от протеинов или пептиден характер може да продължи. Те играят голяма роля за регулирането на въглехидратите, мазнините и други видове метаболизъм. Без тях са невъзможни балансираните химични процеси на тялото и дори самият живот.

Описание на функциите на протеините и тяхната роля в живия организъм би било далеч от пълно, ако не се спре: на защитната функция на протеина. Отдавна е известно, че жизненоважните органи и тъкани са покрити с плътен мастен слой. Мазнината има свойството на топлоизолатор, предпазващ от механични повреди на орган, хранително вещество, което е натрупало много енергия. Оказа се, че в някои случаи на клетъчно ниво протеинът е надарен с подобни функции. Известно е, че нуклеиновата киселина на вирусна частица е заобиколена от плътна протеинова обвивка. Функциите на този протеин са многообразни, но предпазването на генетичния материал на вирусна частица от увреждане, мутации и действието на ензимите е една от най-важните. Протеинът заобикаля вирусната нуклеинова киселина, докато навлезе в клетката. След това защитната роля на протеина вече не е необходима.

Интересна роля играят протеините в други нуклеопротеини - комплекси на нуклеинова киселина с протеини. Хистоните са свързани с ДНК в хромозомите - силно основни протеини с молекулно тегло от 10 000 до 21 000 и положителен заряд. Това прави ДНК-протеиновия комплекс особено силен.

В последно време представите ни за защитната роля на протеините значително се разшириха и клонът на знанието, изучаващ защитната реакция на организма от всичко чуждо, се нарича имунология.

Човек, който е претърпял едра шарка, придобива имунитет, тоест не развива едра шарка до края на живота си. Това е така, защото в организма са разработени специални протеини за вируса на едра шарка - антитела, които могат да защитят организма от това заболяване. Антителата са протеини със защитни функции, свързани с фракцията на серумните γ-глобулини.

А чуждите протеини, вируси или полизахариди, които причиняват образуването на антитела, когато навлизат в тялото, се наричат \u200b\u200bантигени. Хората са се научили да стимулират образуването на антитела, за да предпазят тялото от възможни инфекции. За да направите това, отслабените или мъртви култури на патогенния принцип се въвеждат в кръвта, тоест те се ваксинират. Имунологичната защита очевидно е възникнала в еволюцията сравнително наскоро, тъй като е налична само при гръбначни животни.

Наличието на имунитет, който предпазва организма от чужди молекули, понякога е пречка за медицината. Лекарите не могат да прилагат редица лекарства, тъй като те ще бъдат усвоени в стомашно-чревния тракт и ще загубят лечебните си свойства и те не могат да се инжектират директно в кръвта, тъй като антителата се произвеждат върху тези лекарства, т.е. те са антигени. Образуването на антитела по време на трансплантация на органи също е нежелателно. В крайна сметка, трансплантиран орган се състои от чужди молекули, върху които започват да се произвеждат протеини - антитела, което води до отхвърляне на този орган. За борба с това явление са разработени специални вещества, потискащи имунитета - имуносупресори.

Антителата имат молекулно тегло около 150 000 и се състоят от четири субединици, т.е. четири полипептидни вериги. Те имат специални специфични области, които са способни да се свързват с антиген, с някои от неговите структурни групи. Антителата са силно специфични срещу чужди вещества. Те не образуват антиген-антитяло комплекс с други протеини. Дори протеините, които са функционално идентични и много сходни по молекулно тегло и структурни характеристики с протеините, например хемоглобините на различни животни, не са имунологично идентични. Например антителата, разработени за администриране на конски хемоглобин, не образуват или в много по-малка степен комплекси с хемоглобини на други гръбначни животни. Освен това, степента на свързване на антигена с антитялото е по-висока при сродни видове, в нашия пример, с хемоглобините на зебра, крава, но не и с хемоглобините на птици или гризачи.

Днес нивото на образуване на антитела се определя при пациенти, за да се изясни диагнозата на заболяването и да се предпише целево лечение.

Някои протеини се характеризират с функцията на токсините. Токсичните протеини се намират в отровата на змии, насекоми, растения и микроорганизми. Най-изследваните протеинови токсини от отрови от азиатски, горски, африкански, индийски, египетски и други змии. По правило те се състоят от 60 аминокиселинни остатъци и имат маса около 7000.

Токсините на скорпиона са сходни по състав и маса на аминокиселини. Те, подобно на змийските токсини, са невротоксини, тоест предотвратяват предаването на нервен импулс чрез взаимодействие със специфични протеини на нервната тъкан.

Сравнително изследване на различни токсични протеини разкри тяхното общо свойство - наличието на много дисулфидни мостове в третичната структура на молекулата. Но има токсини, молекулни тегла, аминокиселинният състав и третичната им структура значително се различават от изброените. Това са дифтерия, тетанус, холера и други протеинови токсини. Например, ботулизмът токсин има маса от около 150 000. Установено е, че въпреки голямото молекулно тегло на тези протеини, сравнително малки фрагменти от техните молекули имат токсични свойства.

Напоследък протеини с рецепторна функция бяха разпределени в специална група. Каква е тяхната роля в организма? Има доказателства, че много хормони, които активно влияят на метаболизма, не проникват в клетката, а се свързват със специфични протеини, разположени на повърхността на клетъчните мембрани. Това допринася за прехвърлянето на хормонални ефекти вътре в клетката. Установени са такива протеинови рецептори за редица хормони: инсулин, глюкагон, адреналин и др. Смята се, че рецепторен протеин, разположен на външната мембрана, контактува с единия от хормоните с единия край, а другият има ензим върху вътрешната мембрана. След свързване с хормона, конформацията на рецепторния протеин се променя. Тази промяна отвън е сигнал за включването на ензима вътре в клетката, прехвърлянето му от неактивно в активно състояние. Възможно е хормонът да проникне в клетката под формата на хормоно-протеинов комплекс, като предварително се е свързал с протеиновия рецептор. Количеството на рецепторните протеини на повърхността на клетките е голямо. Например, една мастна клетка съдържа около 160 000 инсулинови рецепторни места. Това съответства на 21 рецептора на 1 мкм 2 клетъчна повърхност.

Рецепторните протеини се намират както в растенията, така и в долните организми.

Особен интерес представляват рецепторите, които абсорбират енергия (например звук или светлина), преобразуват я със специални протеинови молекули и я предават на централната нервна система. Фоторецепторният протеин, който преобразува светлинната енергия, е опсин. При взаимодействие с ретиналния алдехид протеинът опсин се превръща в родопсин. Когато светлината се абсорбира, родопсинът променя конформацията си и възбужда нервен импулс. Такъв е опростеният механизъм на визуалния акт.

От протеините на вкусовите рецептори най-проучваният е чувствителният към сладкия протеин. Той има молекулно тегло около 150 000 и съдържа голям процент дикарбоксилни аминокиселини. Този протеин е в състояние да свързва моно- и дизахариди, предавайки информация за тях на централната нервна система.

Трябва да споменем и съществуването на протеинови вещества, които инхибират действието на ензимите. Такива протеини имат инхибиторни функции. При взаимодействие с тези протеини ензимът образува комплекс и губи своята активност изцяло или отчасти. Много протеини - ензимни инхибитори - са изолирани в чист вид и са добре проучени. Техните молекулни маси варират значително; често принадлежат към сложни протеини - гликопротеини, вторият компонент на които е въглехидрат.

Ако протеините са били класифицирани само по техните функции, тогава подобна систематизация не би могла да се счита за пълна, тъй като новите изследвания предоставят много факти, които дават възможност за изолиране на нови групи протеини с нови функции. Сред тях уникални, наскоро открити вещества, са невропептидите. Те регулират най-важните жизнени процеси: памет, сън, болка, чувство на страх, безпокойство. Някои от невропептидите вече са изолирани, тяхната структура е установена, те дори се получават синтетично.

Функциите на отделните протеини все още не са изяснени, въпреки че има основателна причина да се говори за най-важната им роля в живота на организмите. а-фетопротеинът е ембрионален протеин, т.е. присъства в кръвта на човешки плод и животни. Освен това, в ранните етапи на ембриогенезата, той е преобладаващият в количество протеин, което предполага, че α-фетопротеинът изпълнява функцията на ембрионалния албумин. Молекулното тегло на този протеин е около 70 000. Синтезът му рязко се инхибира след раждането, а при възрастен а-фетопротеин съдържа само 5 µg на 1 литър кръв. При рак на черния дроб синтезата на този протеин се увеличава драстично. Това явление е открито от съветските учени Г. И. Абелев и Ю. С. Татаринов и е в основата на ранната диагноза на това заболяване. Резултатите от откритието сега се използват в цял свят за провеждане на масови тестове за ранно откриване на болестта.

Анализирайки определени функции на протеините, ние даваме примери за всеки един протеин от една специфична функция. В орган, тъкан или отделна клетка протеиновите функции са свързани помежду си. Едни и същи протеини могат да изпълняват няколко функции, което дава основание да се говори за функциите на цялата тъкан или ролята на протеините в такава, например, биологична течност като кръвна плазма. Нека разгледаме по-подробно функциите му.

Плазмата е течната част на кръвта, която включва химически съединения от различни класове, но 85% от сухото й тегло се състои от протеини. Броят им зависи главно от вида и възрастта на живите организми, диетата и физиологичното състояние.

Химичният състав на протеините в кръвната плазма започва да се изучава през 30-те години на миналия век, но изучаването на техните физико-химични свойства, структура и физиологични функции става възможно едва в началото на 20 век. С развитието на аналитичните и подготвителните методи на протеиновата химия се задълбочиха знанията в областта на химията на кръвните протеини. Беше възможно да се покаже, че плазмата съдържа около сто индивидуални протеина, които се различават един от друг.

Протеините на кръвната плазма, които имат еднаква подвижност в електрическо поле и поради това не са разделени чрез електрофореза, могат да се различават по други физикохимични свойства: молекулно тегло, скорост на отлагане или дифузия, изоелектрични точки, хроматографски характеристики и други показатели.

Затова за отделянето и аналитичното определяне на кръвните протеини се използва комплекс от различни методи.

В допълнение към протеините, които постоянно присъстват в плазмата, протеините се намират в кръвта, появата на които се обяснява с увреждане на тъканите и освобождаване на тъканни протеини в кръвта или с промяна в клетъчната проницаемост на протеините. Това явление се наблюдава при някои заболявания: увреждане на черния дроб, инфаркт на миокарда и др. В тези случаи съставът на кръвната плазма е показател за състоянието на орган, тъкан или организъм, необходим за диагностициране на заболяването и мониторинг на ефективността на лечението.

Една от основните функции на протеините в кръвната плазма е прехвърлянето на метаболитни продукти, които влизат в кръвния поток. Най-важната роля в транспортните процеси играе албуминът, който влиза в контакт с различни вещества. В неговата молекула голям брой SH-групи, амино групи лизин и други реактивни места. Следователно, той лесно свързва многобройни продукти на метаболизма, както и медни, цинкови, манганови, хлорни, йодни йони. Албуминът се комбинира с хормони, токсини, различни лекарствени вещества. Тези съединения са крехки, което е особено необходимо за албумина да изпълнява транспортна функция. Те лесно се дисоциират и освободеният албумин преминава обратно от органа или тъканта в кръвообращението.

Транспортните протеини на кръвната плазма са глобулини, селективно взаимодействащи с тироксин, стероидни хормони и железни йони. Важна група от плазмените протеини са въглехидратно-полипептидните комплекси - мукоиди, съдържащи от 40 до 70% захари. Тази група включва вещества, които определят принадлежността на кръв към определена група. Наличието на въглехидратен компонент стабилизира протеина. Някои гликопротеини остават стабилни и са активни след нагряване на плазмата до 100 ° C.

Голяма група плазмени протеини е представена от липопротеини, чиято функция е свързването и транспортирането на мазнини, пренасянето на мастноразтворими вещества, някои витамини. Потенциалната способност на кръвните протеини да свързват вещества е толкова голяма, че в почти нормални условия се използва само малка част от техните реакционни групи. Останалите групи са необходимия резерв за компенсиране на промените в метаболизма или в случай на заболяване.

Количественият и качествен състав на плазмените протеини определя преразпределението на водата между кръвообращението и тъканите, влияе активно на кръвното налягане и съдовата пропускливост. Вискозитетът на кръвта зависи от съдържанието и състава на плазмените протеини. Фибриногенът и макроглобулинът - протеини с високо молекулно тегло - оказват най-голямо влияние върху вискозитета.

Регулаторните функции на плазмените протеини не се ограничават до това. Особено внимание трябва да се обърне на въпроса за ролята на кръвните ензими. Те са разделени на две групи. Едната група е представена от ензими, които постоянно присъстват в кръвта. Това са ензими от системата за коагулация и антикоагулация на кръвта, липаза, каталаза и др. Другата група е съставена от ензими, които влизат в кръвта от органи и тъкани, когато клетките се разпадат или когато клетъчните мембрани са пропускливи.

Ензимите от първата група изпълняват строго определени функции, регулиращи метаболизма на мазнините, процесите на окисляване, коагулация и други жизненоважни реакции. Ензимите от втората група в повечето случаи не участват пряко в кръвните реакции. Обикновено те не трябва да се съдържат в кръвта или концентрациите им са незначителни. Но тяхното откриване в плазмата представлява голям интерес, тъй като показва увреждане на определен орган или тъкан. Появата в кръвообращението на някои ензими помага да се установи диагноза на заболяването, да се разкаже за дълбочината на увреждане на орган или тъкан, т.е. за стадия на заболяването. За тази цел в момента в клиники се идентифицират повече от 40 различни ензими. От най-голямо значение е изследването на активността на трансаминазите, фосфатазите, дехидрогеназите, както и техните изоензими. Подобни анализи могат по-ясно да идентифицират откъде идва ензимът в кръвта и следователно да установят локализацията на лезията.

Количеството протеини в кръвната плазма значително надвишава нивото, необходимо за изпълнение на транспортни, регулаторни и защитни функции. Този „излишък“ от кръвни протеини не е случаен. Той създава резервен фонд от протеини, който винаги може да се използва за метаболитни нарушения. Тези протеини се консумират и при синтеза на тъканни протеини, хормони, ензими, в случаи на глад, когато азотните вещества не идват с хранителни продукти. Липсата на незаменими аминокиселини в храната също може да компенсира плазмените протеини. Именно от тях се вземат тези дефицитни градивни елементи за тялото. По този начин, протеиновият резерв на кръвната плазма позволява да се поддържат метаболитните процеси в органи и тъкани при екстремни условия за дълго време.

Вече споменахме защитната функция на протеините в кръвната плазма. Нека сега разгледаме някои аспекти на този въпрос по-подробно. Удивително свойство на протеините в кръвната плазма - имуноглобулини - е способността за селективно взаимодействие само с определени антигени (бактерии, вируси, токсини, чужди протеини). Каква е причината за такава селективност на имуноглобулини към антигени? Установено е, че в реакцията между антигена и антитялото участва не цялата имуноглобулинова молекула, а малка площ (по-малко от 1% от теглото), активният център. Защитните протеини - имуноглобулини - се синтезират от специални имунокомпетентни клетки. Намаляването на синтеза им води до рязко намаляване на устойчивостта на организма към инфекции. Прекомерният неконтролиран синтез на имунологично неактивни имуноглобулини също води до сериозни последици. Такива явления се наблюдават например при ревматизъм, когато в плазмата се появяват високи концентрации на определен протеин.

В допълнение към антителата, плазмата съдържа някои вещества от протеинов характер, които не са свързани с имуноглобулини, но имат свойствата да предпазват организма от инфекции.

Плазмените протеини играят важна роля във функционирането на системите за коагулация и антикоагулация. Без тях би било невъзможно да се поддържа постоянен обем циркулираща кръв и нормално кръвоснабдяване на органи и тъкани.

По време на коагулацията на кръвта плазменият фибриноген се превръща в неразтворим протеин - фибрин. И полученото преплитане на фибринови нишки затваря повредения съд, предотвратявайки загубата на кръв. Процесът на коагулация на кръвта е доста сложен. Тя включва много компоненти. Всички те, с изключение на калциевите йони, са протеини.

При нормални условия - вътре в съдовото легло - кръвта не се коагулира поради неактивно състояние на коагулационната система и наличието на антикоагулационна система. В превенцията на коагулацията основна роля играят хепарин, фибринолизин и други антикоагуланти. Ролята на фибринолизиновия протеин е да разтваря фибриновите съсиреци в кръвообращението и да предотвратява запушването на кръвоносните съдове - тромбоза.

Въпреки факта, че кръвните протеини са добре проучени, все още има много проблеми в този раздел от протеиновата химия. Връзката между структурата и функцията на някои плазмени протеини, както и физиологичната роля на редица протеини, не е изяснена. Разработват се нови начини за изолиране на протеинови препарати, използвани като терапевтични средства. Въвеждат се нови методи за диагностициране и лечение на заболявания, основаващи се на изучаването на химията на плазмените протеини.

Изтеглете резюмето: Нямате достъп за изтегляне на файлове от нашия сървър.

1.   Съставът на протеиновите молекули. Протеините са органични вещества, чиито молекули включват

въглерод, водород, кислород и азот, а понякога и сяра и други химически вещества

елементи.

2.   Структурата на протеините. Протеини - съставени макромолекули

от десетки, стотици аминокиселини. Разнообразие от аминокиселини (около 20 вида),

съставни протеини.

3. Видовата специфичност на протеините е разликата в протеините, т.е.

включени в организмите, принадлежащи към различни видове, определени от броя

аминокиселини, тяхното разнообразие, последователността на съединенията в молекулите

протеин. Спецификата на протеините в различни организми от един и същи вид е причината

отхвърляне на органи и тъкани (несъвместимост на тъканите) по време на трансплантацията им от

един човек на друг.

4. Протеинова структура - сложна молекулярна конфигурация

протеини в космоса, подкрепени от различни химически връзки -

йонни, водородни, ковалентни. Естественото състояние на протеина. Денатурация -

нарушение на структурата на протеиновите молекули под влияние на различни фактори -

отопление, радиация, химикали. Примери за денатурация:

промяна в свойствата на протеина по време на варене на яйца, преминаването на протеин от течно състояние в

солиден при изграждането на паяжина.

5.   Ролята на протеините в организма:

Каталитичен. Протеини - катализатори, които се увеличават

скоростта на химичните реакции в клетките на тялото. Ензими - биологични

катализатори;

Структура. Протеини - елементи на плазмата

мембрани, както и хрущял, кости, пера, нокти, коса, всички тъкани и органи;

Енергетиката. Способността на протеиновите молекули да

окисляване с освобождаването на енергията, необходима за живота на тялото;

Съкращения. Актинът и миозинът са протеини, които съставляват

състава на мускулните влакна и намаляването им поради способността

молекули от тези протеини за денатуриране;

Motor. Движението на редица едноклетъчни

организми, както и сперматозоиди с помощта на реснички и жлези,

които включват протеини;

Транспорт. Например, хемоглобинът е протеин в

в състава на червените кръвни клетки и осигурява прехвърлянето на кислород и въглероден диоксид;

Акции. Натрупването на протеини в тялото като

резервирайте хранителни вещества, например в яйца, мляко, растителни семена;

Защитен. Антитела, фибриноген, тромбин - протеини,

участва в развитието на имунитета и коагулацията на кръвта;

Регулиране. Хормони - вещества, които осигуряват

заедно с нервната система, хуморалната регулация на функциите на тялото. Хормонална роля

инсулин в регулирането на кръвната захар.

2. Биологичното значение на размножаването на организмите. Методи за възпроизвеждане.

1.   Възпроизвеждането и неговото значение.

Размножаване - възпроизвеждане на подобни организми, което осигурява

съществуването на видове в продължение на много хилядолетия допринася за увеличаване на

броя на индивидите от вида, непрекъснатостта на живота. Асексуални, сексуални и

вегетативно размножаване на организми.

2.   Асексуалното възпроизвеждане е най-древният начин. Най-

един организъм участва в сексуалност, докато най-често участва в сексуална

две лица. В растенията, асексуално възпроизвеждане с помощта на спори - един

специализирани клетки. Размножаване със спори водорасли, мъх, хвощ,

разграбвания, папрати. Обриви от спори от растенията, тяхното покълване и развитие на

те нови помощни организми при благоприятни условия. Смърт на огромен брой

спор, попадащ в неблагоприятни условия. Малка вероятност за поява

нови организми от спори, защото съдържат малко хранителни вещества и

разсадът ги абсорбира главно от околната среда.

3.   Вегетативно размножаване - размножаване на растения с

използване на вегетативни органи: въздушни или подземни издънки, части от корена,

лист, грудка, луковици. Участие във вегетативното размножаване на един организъм

или части от тях. Афинитетът на дъщерното растение с майката

продължава развитието на тялото на майката. Голяма ефективност и

разпространението на вегетативно размножаване в природата, като спомагателен организъм

образува се по-бързо от майчината част, отколкото от спората. Вегетативни примери

размножаване: с помощта на коренища - момина сълза, мента, житна трева и др .; вкореняване

долни клони, докосващи почвата (наслояване) - касис, диво грозде; мустак

Диви ягоди; луковици - лале, нарцис, минзухар. Използване на вегетативно

размножаване при отглеждане на култивирани растения: картофите се размножават с грудки,

луковици - лук и чесън, наслояване - касис и цариградско грозде, корен

потомство - череша, слива, резници - овощни дървета.

4.   Сексуална репродукция Същността на сексуалното възпроизвеждане

при образуването на зародишни клетки (гамети), сливането на мъжката зародишна клетка

(сперматозоиди) и женски (яйцеклетка) - оплождане и развитие на ново

дъщерен организъм от оплодена яйцеклетка. Благодарение на торенето

спомагателен организъм с по-разнообразен набор от хромозоми, което означава с повече

различни наследствени черти, в резултат на които може да се окаже, че са

по-адаптирани към местообитанието. Наличието на сексуална репродукция в

сексуалният процес в растенията по време на тяхната еволюция, появата на най-сложните

форми в семенните растения.

5. Размножаването на семена става с помощта на семена,

вегетативното размножаване също е широко разпространено). Последователност на стъпките

размножаване на семена: опрашване - прехвърляне на прашец към стигмата на плодника, неговото

покълване, поява чрез разделяне на две сперматозоиди, напредъкът им в

овул, след това сливането на едната сперма с яйцеклетка, а другата с

вторично ядро \u200b\u200b(в покритосеменни растения). Образуване на семена на овул -

ембрионът с запас от хранителни вещества, а от стените на яйчника - плода. Семена -

зародишът на ново растение, при благоприятни условия, той покълва и за първи път

разсадът се захранва от хранителните вещества на семето, а след това и от корените му

започват да абсорбират вода и минерали от почвата, а листата - въглероден диоксид

газ от въздуха на слънчевата светлина. Независимият живот на ново растение.

В процеса на метаболизма между тялото и околната среда водещото място заема метаболизма на протеини. Протеините са сложни азотни високомолекулни полимери, състоящи се от аминокиселини. Те съставляват приблизително 20% от човешката телесна маса и повече от 50% от масата на сухата клетка. Ролята на протеините в човешкото тяло е изключително голяма, тъй като функциите им са многообразни. Протеините са част от ядрото, протоплазмата, клетъчните мембрани на всички органи и тъкани, следователно, най-важната функция на протеините е пластмасата. Протеините участват в репродукцията на жива материя. Протеините на костите и хрущялите изпълняват поддържаща функция. Актинът и миозинът осигуряват свиване на мускулите. Протеините имат каталитична активност; всички ензими са протеини. Защитните реакции на тялото са свързани с тях; по-специално, образуването на антитела, когато чужди вещества влизат в тялото. Протеините образуват неактивни комплекси с антитоксини, които се екскретират от тялото, следователно те изпълняват антитоксична функция. Процесът на коагулация на кръвта, който протича с участието на плазмени протеини, предотвратява големи загуби на кръв. Някои плазмени протеини и образувани елементи осигуряват прехвърлянето на хранителни вещества, поради което те изпълняват транспортна функция. Хранителните протеини влияят на процесите на възбуждане и инхибиране в мозъчната кора. Много хормони и техните производни са протеини. Така се осъществява регулаторната функция на протеините.

В един жив организъм, от момента на възникването му до смъртта, разрушаването на клетките, както и на извънклетъчната субстанция на тъканите и органите, и тяхното размножаване, тяхното заместване с нови, непрекъснато протичат едновременно. Тези противоположни процеси, чието единство е същността на живота, са толкова интензивни, че по време на живота на всеки организъм техните тъкани и клетки имат време да се променят многократно: например червените кръвни клетки се подновяват напълно за 3,5-4 месеца. Следователно е напълно разбираемо колко огромен редовен прием на материал в организма е в състояние непрекъснато да изпълнява отпадъците от протеинови вещества, срещащи се в него. Такъв материал може и наистина са протеини.

По отношение на важността в метаболитните процеси, пластичната роля на протеините (при организирането на различни структури) е неизмеримо превъзхождаща ролята им на енергиен източник. Освен това, пластичната функция на протеините е не само страхотна, но и незаменима, тъй като

белтъците в това отношение не могат да бъдат заменени нито с мазнини, нито от въглехидрати, които са част от живата материя или влизат в тялото от външната среда.

Без протеини или техните съставни части - аминокиселини - не може да се осигури възпроизвеждането на основните структурни елементи на органи и тъкани, както и образуването на редица важни вещества, като ензими и хормони.

Биологичната стойност на протеините.За задоволяване на нуждите на организма е от съществено значение не само количеството, но и качеството на протеините в храната. Известно е, че различните протеини се различават един от друг в процента на отделните аминокиселини. Ето защо, в зависимост от аминокиселинния състав, за покриване на протеиновите нужди е необходим един протеин повече, друг по-малко. В този смисъл можем да говорим за различни биологични стойности на протеините.

Биологичната стойност на един протеин е по-висока, колкото по-близо е неговият състав до състава на протеините на даден организъм. Протеините, намиращи се в храните, консумирани от хората, съдържат всички аминокиселини в различни количества и никога не се случва, че някоя аминокиселина напълно липсва. Степента на асимилация на протеина, неговата биологична стойност се определя обаче не само от аминокиселинния състав на протеина, но и от възможността за разграждане на протеина от ензимите на храносмилателните сокове. Протеиновите вещества като коса, вълна, пера и др. Не могат да се използват като хранителни продукти именно защото не се разпадат до аминокиселини под въздействието на протеолитични ензими в храносмилателния тракт на човека.

В тясна връзка с въпроса за биологичната стойност на протеина е идеята за така наречените жизненоважни или незаменими аминокиселини (Таблица 2).

Изследването на азотния метаболизъм при здрави възрастни, които са били на изкуствена диета, при която протеинът е заменен изцяло със смес от чисти аминокиселини, ни позволява да направим редица значителни изводи. За поддържане на азотния баланс и телесното тегло, както и работоспособност (с умерено физическо натоварване) и задоволително благополучие са необходими осем незаменими аминокиселини и източници на азот (под формата например глицин и други незаменими аминокиселини).

Изключването на всяка незаменима аминокиселина води до отрицателен азотен баланс и разстройство на нервната система (обща слабост, замаяност, раздразнителност, нарушена чувствителност на кожата и понякога болка).

Таблица 2

Етерични и есенциални аминокиселини

Препоръчителен прием на протеини в ежедневната диета.Колко протеин е необходим в храненето на човека, за да се гарантира запазването на здравето и работата му? Различните изследователи са получавали различни количества протеин в храната, което поддържа азотния баланс. Тези стойности се колебаят в зависимост от състава на храната и от това кои протеинови продукти се приемат. Но средно азотното равновесие се установява при хора с консумацията на 30-45 g протеин на ден. Този минимален протеин, необходим за поддържане на азотния баланс в диета, която напълно покрива енергийните нужди на организма, се нарича „физиологичен минимум на протеин“.

Един възрастен трябва да консумира най-малко 100 g протеин на ден с енергиен разход 2500 kcal и най-малко 120 g протеин в горещ климат. Тези норми съответстват на умствения труд и физическия труд, напълно механизирани. Когато се изразходва голямо количество енергия, тоест с физически труд, който не е достатъчно механизиран, са необходими допълнителни 10 g протеин за всеки 500 kcal. По този начин, при физически труд с енергиен разход 4000 kcal, се изискват 130-150 g протеин на ден. Средно необходимостта от протеин се определя равна на поне 1 g диетичен протеин / kg телесно тегло.

Потребността от протеини при децата е значително по-висока от тази на възрастните. Тя варира от 4 до 1,5 g / kg телесно тегло поради преобладаването

пластмасови процеси. Необходимостта от протеин се увеличава по време на бременност, лактация, с всички патологични състояния, свързани със загубата на тъканни протеини (нефроза, големи изгаряния, обширни наранявания и др.).

Прекомерното съдържание на протеини в диетата води до увеличаване на образуването на амоняк в тъканите, токсични продукти в дебелото черво и до увеличаване на натоварването върху черния дроб и бъбреците.

Степента на усвояемост от организма на хранителни вещества, включително протеини, се влияе значително от естеството и степента на кулинарна обработка на продуктите. Използвайки тези или други методи, е възможно да се увеличи степента на асимилация на хранителни вещества и следователно да се намали количеството консумирана храна или, обратно, да се влоши усвояемостта на храната.

Прекомерната термична обработка (например пържене) влияе на усвояемостта на протеините поради прекомерната им денатурация, което възпрепятства проникването на ензими през плътната кора, образувана на повърхността на продуктите.

Вареното месо или риба се усвояват по-добре от пържено, тъй като съдържащата се в тях съединителна тъкан придобива състояние, подобно на желе по време на готвене, докато протеините частично се разтварят във вода и по-лесно се разграждат от протеолитичните ензими. Нарязването на месо, рибата улеснява процеса на храносмилане. Затова ястията от котлената маса се абсорбират по-добре, отколкото от естествено парче.

Трябва да се подчертае, че установените оптимални нива на аминокиселини в човешкото хранене не са постоянни при никакви условия. Те могат да се увеличат значително и неравномерно за различни аминокиселини, при някои физиологични (бременност) или патологични (инфекциозни заболявания, някои дефицити на витамини и др.). От това става ясно какво огромно значение в храненето на човека има селекцията на хранителни протеини по такъв начин, че да се получи оптимален състав на аминокиселини, които да задоволят всички човешки нужди.

Важен показател за биологичната стойност на протеините е тяхната атака от хранителни ензими - способността да се подлага на хидролиза в стомашно-чревния тракт. Усвояемостта на животинските протеини е по-висока от растителните. Средно хранителните протеини се усвояват с 92%; смилаемост на животински протеини 97%, растителни само 83-85%. Това се дължи на значителното количество баластни вещества в растителните продукти. Засилвайки чревната подвижност, тези вещества допринасят за по-бързото отделяне

изтичане на не-абсорбиращи се аминокиселини от тялото. Освен това фибрите, които са част от клетъчните стени, нарушават проникването на храносмилателни ензими в клетките.

Протеините, чиято биологична роля ще бъде разгледана днес, са високомолекулни съединения, изградени от аминокиселини. Сред всички други органични съединения те са едни от най-сложните в структурата си. Елементарно се различават от мазнините и въглехидратите: освен кислород, водород и въглерод, те съдържат и азот. Освен това сярата е незаменим компонент на най-важните протеини, а някои съдържат йод, желязо и фосфор.

Биологичната роля на протеина е много голяма. Именно тези съединения съставляват по-голямата част от масата на протоплазмата, както и ядрата на живите клетки. Протеините се намират във всички животински и растителни организми.

Една или повече функции

Биологичната роля и функции на различните им съединения са различни. Като вещество с определена химическа структура, всеки протеин изпълнява високоспециализирана функция. Само в някои случаи той може да извърши няколко взаимосвързани наведнъж. Например, адреналинът, който се произвежда в надбъбречната медула, навлиза в кръвообращението, повишава кръвното налягане и консумацията на кислород и кръвната захар. Освен това той е стимулант на метаболизма, а при студенокръвните животни - медиатор на нервната система. Както можете да видите, той изпълнява много функции наведнъж.

Ензиматична (каталитична) функция

Разнообразните биохимични реакции, протичащи в живите организми, се провеждат при меки условия, при които температурата е близка до 40 ° C и стойностите на pH са почти неутрални. При тези условия дебитите на много от тях са незначителни. Следователно, за да бъдат реализирани, са необходими ензими - специални.Почти всички реакции, с изключение на фотолизата на вода, се катализират в живите организми чрез ензими. Тези елементи са или протеини, или комплекси от протеини с кофактор (органична молекула или метален йон). Ензимите действат много избирателно, като стартират необходимия процес. И така, каталитичната функция, обсъдена по-горе, е една от тези, които носят протеини. Биологичната роля на тези съединения обаче не се ограничава до неговото прилагане. Има много други функции, които ще разгледаме по-долу.

Транспортна функция

За да съществува клетка е необходимо много вещества да влязат в клетката, които й осигуряват енергия и строителен материал. Всички биологични мембрани са изградени на общ принцип. Това е двоен слой липиди, протеините са потопени в него. В същото време хидрофилните участъци от макромолекулите са концентрирани върху мембранната повърхност, а хидрофобните "опашки" по тяхната дебелина. Тази структура остава непроницаема за важни компоненти: аминокиселини, захари, йони на алкални метали. Проникването на тези елементи в клетката става с помощта на транспортни протеини, които се вграждат в клетъчната мембрана. Бактериите например имат специален протеин, който позволява пренасянето на лактоза (млечна захар) през външната мембрана.

Съществува система за транспортиране на различни вещества от един орган до друг. Това се отнася предимно за хемоглобина (на снимката по-горе). В допълнение, серумният албумин (транспортен протеин) е постоянно в кръвната плазма. Той има способността да образува силни комплекси с мастни киселини, образувани по време на храносмилането на мазнини, както и с редица хидрофобни аминокиселини (например с триптофан) и с много лекарства (някои пеницилини, сулфаниламиди, аспирин). Трансферрин, който осигурява прехвърлянето на железни йони в тялото, е друг пример. Може да се спомене и Ceruplasmin, който носи медни йони. И така, ние разгледахме транспортната функция, която протеините изпълняват. Биологичната им роля от тази гледна точка е много значима.

Рецепторна функция

Рецепторните протеини са от голямо значение, особено за осигуряване на жизнената активност на многоклетъчните организми. Те са вградени в плазмата и служат за възприемане и по-нататъшно преобразуване на сигналите, които влизат в клетката. В този случай сигналите могат да бъдат както от други клетки, така и от околната среда. Понастоящем най-проучени са ацетилхолиновите рецептори. Те са разположени в редица междунейронни контакти върху клетъчната мембрана, включително невромускулни връзки, в мозъчната кора. Тези протеини взаимодействат с ацетилхолин и предават сигнал в клетката.

Невротрансмитерът за приемане на сигнала и неговото преобразуване трябва да бъде отстранен, за да може клетката да се подготви за възприемането на други сигнали. За това се използва ацетилхолинестераза - специален ензим, който е катализатор за хидролизата на ацетилхолин до холин и ацетат. Не е ли важна функцията на рецепторите, които протеините изпълняват? Биологичната роля на следната, защитна функция, е огромна за организма. Човек просто не може да не се съгласи с това.

Защитна функция

В организма имунната система реагира на появата на чужди частици в нея чрез производството на голям брой лимфоцити. Те са способни да повредят елементите избирателно. Такива чужди частици могат да бъдат ракови клетки, патогенни бактерии, надмолекулни частици (макромолекули, вируси и др.). В-лимфоцитите са група лимфоцити, които произвеждат специфични протеини. Тези протеини се секретират в кръвоносната система. Те разпознават чужди частици, като същевременно образуват високо специфичен комплекс на етапа на унищожаване. Тези протеини се наричат \u200b\u200bимуноглобулини. А антигените се наричат \u200b\u200bчужди вещества, които предизвикват реакцията на имунната система.

Структурна функция

Освен протеини, които изпълняват високоспециализирани функции, има и такива, чието значение е основно структурно. Благодарение на тях се осигурява механична здравина, както и други свойства на тъканите на живите организми. Тези протеини включват на първо място колаген. Колагенът (вижте снимката по-долу) при бозайниците е около една четвърт от масата на протеините. Той се синтезира в основните клетки, които изграждат съединителната тъкан (те се наричат \u200b\u200bфибробласти).

Първоначално колагенът се формира като колаген, неговият предшественик химически се обработва във фибробласти. Тогава той се формира под формата на три полипептидни вериги, усукани в спирала. Те се обединяват вече извън фибробластите в колагенови фибри с диаметър от няколкостотин нанометра. Последните образуват колагенови нишки, които вече могат да се видят под микроскопа. В еластичните тъкани (стените на белите дробове, кръвоносните съдове и кожата) извънклетъчната матрица, освен колаген, съдържа и протеинов еластин. Тя може да се простира в доста широк обхват и след това да се върне в първоначалното си състояние. Друг пример за структурен протеин, който може да се цитира тук, е коприненият фиброин. Секретира се по време на формирането на какавидата на гъсеница от копринената буба. Това е основният компонент на копринените нишки. Обръщаме се към описанието на моторните протеини.

Моторни протеини

А при осъществяването на двигателните процеси биологичната роля на протеините е голяма. Накратко разкажете за тяхната функция. Мускулното свиване е процес, при който химическата енергия се превръща в механична работа. Нейните преки участници са два протеина - миозин и актин. Миозинът има много необичайна структура. Образува се от две кълбовидни глави и опашка (дълга част, подобна на конец). Около 1600 nm е дължината на една молекула. В същото време главите имат приблизително 200 nm.

Актинът (на снимката по-горе) е глобуларен протеин с молекулно тегло 42 000. Той може да полимеризира, за да образува дълга структура и да взаимодейства в тази форма с миозиновата глава. Важна особеност на този процес е неговата зависимост от наличието на АТФ. Ако концентрацията му е достатъчно висока, комплексът, образуван от миозин и актин, се разрушава и след това се възстановява отново след настъпване на хидролизата на АТФ в резултат на действието на миозиновата АТФаза. Този процес може да се наблюдава например в разтвор, в който присъстват и двата протеина. Той става вискозен в резултат на образуването на комплекс с високо молекулно тегло при липса на АТФ. Когато се добави, вискозитетът рязко намалява поради разрушаването на създадения комплекс, след което той постепенно започва да се възстановява в резултат на хидролизата на АТФ. В процеса на свиване на мускулите тези взаимодействия играят много голяма роля.

антибиотици

Продължаваме да се разширяваме по темата "Биологичната роля на протеина в организма." Много голяма и много важна група естествени съединения са вещества, наречени антибиотици. Те са от микробен произход. Тези вещества се секретират от специални видове микроорганизми. Биологичната роля на аминокиселините и протеините е неоспорима, но антибиотиците имат специална, много важна функция. Те инхибират растежа на микроорганизми, конкуриращи се с тях. През 40-те години откриването и използването на антибиотици революционизира лечението на инфекциозни заболявания, причинени от бактерии. Трябва да се отбележи, че в повечето случаи антибиотиците не действат на вируси, така че използването им като антивирусни лекарства е неефективно.

Примери за антибиотици

Пеницилиновата група за първи път е приложена на практика. Примери за тази група са ампицилин и бензилпеницилин. Антибиотиците са разнообразни по своя механизъм на действие и химическа природа. Някои от тези, които се използват широко днес, взаимодействат с човешките рибозоми, докато синтеза на протеини се инхибира в бактериалните рибозоми. В същото време те почти не взаимодействат с еукариотните рибозоми. Следователно те са фатални за бактериалните клетки и не са токсични за животни и хора. Тези антибиотици включват стрептомицин и хлорамфеникол.

Биологичната роля е много важна и самият този процес има няколко етапа. Ще говорим за това само в общи линии.

Процесът и биологичната роля на биосинтезата на протеини

Този процес е многоетапен и много сложен. Среща се в рибозоми - специални органели. В клетката има много рибозоми. E. coli, например, имат около 20 хиляди.

„Опишете процеса на биосинтеза на протеини и неговата биологична роля“ - много от нас получиха тази задача в училище. И за мнозина причини трудности. Е, нека се опитаме да го разберем заедно.

Протеиновите молекули са полипептидни вериги. Те се състоят, както вече знаете, от отделни аминокиселини. Последните обаче не са достатъчно активни. За да се свържат и образуват протеинова молекула, те се нуждаят от активиране. Възниква в резултат на действието на специални ензими. В същото време всяка аминокиселина има свой ензим, който е специално настроен към нея. Източникът на енергия за този процес е ATP (аденозин трифосфат). Аминокиселината в резултат на активиране става по-лабилна и се свързва под действието на този ензим с t-РНК, която го прехвърля към рибозомата (поради това тази РНК се нарича транспорт). По този начин активираните аминокиселини, свързани с t-РНК, влизат в рибозомата. Ribosome е вид транспортьор за сглобяване на протеинова верига от входящи аминокиселини.

Ролята на синтеза е надценена, тъй като синтезираните съединения изпълняват много важни функции. Почти всички клетъчни структури са съставени от тях.

И така, ние описахме в най-общ план процеса на биосинтеза на протеини и неговата биологична роля. С това завършваме запознаването ни с протеините. Надяваме се, че имате желание да го продължите.