Η δομή και η λειτουργία των πρωτεϊνών

Πρωτεΐνες είναι πολύ σημαντικά μόρια που είναι απαραίτητα για όλους τους ζώντες οργανισμούς. Με ξηρό βάρος, οι πρωτεΐνες είναι η μεγαλύτερη μονάδα κυττάρων. Οι πρωτεΐνες εμπλέκονται ουσιαστικά σε όλες τις κυτταρικές λειτουργίες και ένας διαφορετικός τύπος πρωτεΐνης είναι αφιερωμένος σε κάθε ρόλο, με καθήκοντα που κυμαίνονται από τη γενική κυτταρική υποστήριξη έως την κυτταρική σηματοδότηση και μετακίνηση. Συνολικά, υπάρχουν επτά τύποι πρωτεϊνών.

Πρωτεΐνες

Οι πρωτεΐνες συντίθενται στο σώμα μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται μετάφραση. Η μετάφραση πραγματοποιείται στο κυτόπλασμα και περιλαμβάνει τη μετατροπή γενετικούς κώδικες σε πρωτεΐνες. Οι γενετικοί κώδικες συναρμολογούνται κατά τη διάρκεια της μεταγραφής του DNA, όπου το DNA αποκωδικοποιείται στο RNA. Ονομάζονται κυτταρικές δομές ριβοσωμάτων στη συνέχεια να βοηθήσει να μεταγραφεί το RNA σε πολυπεπτιδικές αλυσίδες που πρέπει να τροποποιηθούν για να καταστούν λειτουργικές πρωτεΐνες.

Αμινοξέα είναι τα δομικά στοιχεία όλων των πρωτεϊνών, ανεξάρτητα από τη λειτουργία τους. Οι πρωτεΐνες είναι συνήθως μια αλυσίδα των 20 αμινοξέα. Το ανθρώπινο σώμα μπορεί να χρησιμοποιήσει συνδυασμούς αυτών των ίδιων 20 αμινοξέων για να κάνει οποιαδήποτε πρωτεΐνη χρειάζεται. Τα περισσότερα αμινοξέα ακολουθούν ένα δομικό πρότυπο στο οποίο ένας άλφα άνθρακας συνδέεται με τις ακόλουθες μορφές:

• Ένα άτομο υδρογόνου (Η)
• Μία καρβοξυλική ομάδα (-COOH)
• Μία αμινομάδα (-ΝΗ2)
• Μια "μεταβλητή" ομάδα

Σε όλους τους διαφορετικούς τύπους αμινοξέων, η "μεταβλητή" ομάδα είναι περισσότερο υπεύθυνη για την παραλλαγή καθώς όλοι τους έχουν δεσμούς υδρογόνου, καρβοξυλίου και αμινομάδας.

Τα αμινοξέα συνδέονται μέσω της σύνθεσης αφυδάτωσης μέχρι να σχηματίσουν πεπτιδικούς δεσμούς. Όταν ένας αριθμός αμινοξέων συνδέονται μεταξύ τους με αυτούς τους δεσμούς, σχηματίζεται πολυπεπτιδική αλυσίδα. Μία ή περισσότερες πολυπεπτιδικές αλυσίδες που έχουν περιστραφεί σε σχήμα 3-D σχηματίζουν πρωτεΐνη.

Η δομή μιας πρωτεΐνης μπορεί να είναι σφαιρικός ή ινώδης ανάλογα με τον ιδιαίτερο ρόλο του (κάθε πρωτεΐνη είναι εξειδικευμένη). Οι σφαιρικές πρωτεΐνες είναι γενικά συμπαγείς, διαλυτές και σφαιρικές. Οι ινώδεις πρωτεΐνες τυπικά είναι επιμήκεις και αδιάλυτες. Οι σφαιρικές και ινώδεις πρωτεΐνες μπορεί να εμφανίζουν έναν ή περισσότερους τύπους πρωτεϊνικών δομών.

Υπάρχουν τέσσερα διαρθρωτικά επίπεδα πρωτεΐνης: πρωτογενής, δευτεροταγής, τριτοταγής και τεταρτοταγής. Αυτά τα επίπεδα καθορίζουν το σχήμα και τη λειτουργία μιας πρωτεΐνης και διακρίνονται το ένα από το άλλο από το βαθμό πολυπλοκότητας σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα. Το πρωτογενές επίπεδο είναι το πιο βασικό και στοιχειώδες, ενώ το τεταρτοταγές επίπεδο περιγράφει εξελιγμένη συγκόλληση.

Ένα μονού μορίου πρωτεΐνης μπορεί να περιέχει ένα ή περισσότερα από αυτά τα επίπεδα δομής πρωτεΐνης και η δομή και η πολυπλοκότητα μιας πρωτεΐνης καθορίζουν τη λειτουργία της. Το κολλαγόνο, για παράδειγμα, έχει ένα σπειροειδές σούπερ σπειροειδές σχήμα, το οποίο είναι μακρύ, στιβαρό, ισχυρό και κολλαγόνο σαν σχοινί είναι εξαιρετικό για την παροχή υποστήριξης. Η αιμοσφαιρίνη, από την άλλη πλευρά, είναι μια σφαιρική πρωτεΐνη που είναι διπλωμένη και συμπαγής. Το σφαιρικό σχήμα του είναι χρήσιμο για τον ελιγμό αιμοφόρα αγγεία.

Υπάρχει συνολικά επτά διαφορετικοί τύποι πρωτεϊνών κάτω από τους οποίους πέφτουν όλες οι πρωτεΐνες. Αυτά περιλαμβάνουν αντισώματα, συσταλτικές πρωτεΐνες, ένζυμα, ορμονικές πρωτεΐνες, δομικές πρωτεΐνες, πρωτεΐνες αποθήκευσης και πρωτεΐνες μεταφοράς.

Αντισώματα είναι εξειδικευμένες πρωτεΐνες που υπερασπίζονται το σώμα έναντι αντιγόνων ή ξένων εισβολέων. Η ικανότητά τους να ταξιδεύουν μέσω του κυκλοφορία του αίματος επιτρέπει την αξιοποίησή τους από το ανοσοποιητικό σύστημα για τον εντοπισμό και την υπεράσπιση από τα βακτηρίδια, τους ιούς και άλλους ξένους εισβολείς στο αίμα. Ένας τρόπος αντισωμάτων που αντισταθμίζουν τα αντιγόνα είναι ακινητοποιώντας τα ώστε να μπορούν να καταστραφούν λευκά αιμοσφαίρια.

Συμβατές πρωτεΐνες είναι υπεύθυνοι για μυς συστολή και κίνηση. Παραδείγματα αυτών των πρωτεϊνών περιλαμβάνουν ακτίνη και μυοσίνη. Οι ευκαρυώτες τείνουν να κατέχουν άφθονες ποσότητες ακτίνης, η οποία ελέγχει τη συστολή των μυών καθώς και τις διαδικασίες κυτταρικής κίνησης και διαίρεσης. Το Myosin εξουσιοδοτεί τα καθήκοντα που εκτελεί η ακτίνη παρέχοντας ενέργεια.

Ένζυμα είναι πρωτεΐνες που διευκολύνουν και επιταχύνουν τις βιοχημικές αντιδράσεις, γι 'αυτό συχνά αναφέρονται ως καταλύτες. Τα αξιοσημείωτα ένζυμα περιλαμβάνουν τη λακτάση και την πεψίνη, πρωτεΐνες που είναι εξοικειωμένες με τους ρόλους τους σε πεπτικές ιατρικές καταστάσεις και ειδικές δίαιτες. Η δυσανεξία στη λακτόζη προκαλείται από έλλειψη λακτάσης, ένα ένζυμο που διασπά τη λακτόζη σακχάρου που βρίσκεται στο γάλα. Η πεψίνη είναι ένα πεπτικό ένζυμο που λειτουργεί στο στομάχι για να διασπάσει τις πρωτεΐνες στα τρόφιμα - η έλλειψη αυτού του ενζύμου οδηγεί σε δυσπεψία.

Άλλα παραδείγματα πεπτικών ενζύμων είναι αυτά που υπάρχει στο σάλιο: η σιλικόνη αμυλάση, η σαλικιλία καλλικρεΐνη και η λιγάση της γλώσσας εκτελούν όλες σημαντικές βιολογικές λειτουργίες. Η σιαλική αμυλάση είναι το κύριο ένζυμο που βρίσκεται στο σάλιο και διασπά το άμυλο σε ζάχαρη.

Ορμονικές πρωτεΐνες είναι αγγελιαφόρες πρωτεΐνες που βοηθούν στο συντονισμό ορισμένων σωματικών λειτουργιών. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ινσουλίνη, οξυτοκίνη και σωματοτροπίνη.

Η ινσουλίνη ρυθμίζει τον μεταβολισμό της γλυκόζης ελέγχοντας τις συγκεντρώσεις του σακχάρου στο αίμα, διεγείρει την ωκυτοκίνη συσπάσεις κατά τη διάρκεια του τοκετού και η σωματοτροπίνη είναι αυξητική ορμόνη που υποκινεί την παραγωγή πρωτεϊνών στους μυς κυττάρων.

Δομικές πρωτεΐνες είναι ινώδεις και σπειροειδείς, με αυτόν τον σχηματισμό καθιστώντας τους ιδανικό για τη στήριξη διαφόρων άλλων πρωτεϊνών όπως η κερατίνη, το κολλαγόνο και η ελαστίνη.

Οι κερατίνες ενισχύουν προστατευτικά καλύμματα όπως δέρμα, τα μαλλιά, τα φτερά, τα φτερά, τα κέρατα και τα ράμματα. Το κολλαγόνο και η ελαστίνη παρέχουν υποστήριξη τους συνδετικούς ιστούς όπως οι τένοντες και οι σύνδεσμοι.

Αποθηκευτικές πρωτεΐνες αποθέστε αμινοξέα για το σώμα μέχρι να είστε έτοιμοι για χρήση. Παραδείγματα πρωτεϊνών αποθήκευσης περιλαμβάνουν ωολευκωματίνη, η οποία απαντάται στα ασπράδια αυγών, και καζεΐνη, μια πρωτεΐνη με βάση το γάλα. Η φεριτίνη είναι μια άλλη πρωτεΐνη που αποθηκεύει σίδηρο στην πρωτεΐνη μεταφοράς, αιμοσφαιρίνη.

Πρωτεΐνες μεταφοράς είναι πρωτεΐνες φορείς που μετακινούν μόρια από το ένα μέρος στο άλλο στο σώμα. Η αιμοσφαιρίνη είναι μία από αυτές και είναι υπεύθυνη για τη μεταφορά οξυγόνου μέσω του αίματος μέσω ερυθρά αιμοσφαίρια. Τα κυτοχρώματα, ένας άλλος τύπος πρωτεΐνης μεταφοράς, λειτουργούν στο αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ως πρωτεΐνες φορέων ηλεκτρονίων.