Protini, jukumu la kibayolojia ambalo litazingatiwa leo, ni misombo ya makromolekuli iliyojengwa kutoka kwa asidi ya amino. Miongoni mwa misombo mingine yote ya kikaboni, ni kati ya ngumu zaidi katika muundo wao. Kulingana na muundo wa msingi, protini hutofautiana na mafuta na wanga: pamoja na oksijeni, hidrojeni na kaboni, pia zina nitrojeni. Kwa kuongezea, salfa ni sehemu ya lazima ya protini muhimu zaidi, na zingine zina iodini, chuma na fosforasi.
Jukumu la kibayolojia la protini ni kubwa sana. Ni misombo hii ambayo hufanya wingi wa wingi wa protoplasm, pamoja na viini vya seli hai. Protini hupatikana katika viumbe vyote vya wanyama na mimea.
Kitendaji kimoja au zaidi
Jukumu na utendaji wa kibayolojia wa misombo yao mbalimbali ni tofauti. Kama dutu iliyo na muundo maalum wa kemikali, kila protini hufanya kazi maalum. Ni katika baadhi tu ya matukio ambayo inaweza kufanya kadhaa zilizounganishwa mara moja. Kwa mfano, adrenaline, ambayo huzalishwa katika medulatezi za adrenal, kuingia kwenye damu, huongeza shinikizo la damu na matumizi ya oksijeni, sukari ya damu. Kwa kuongeza, ni kichocheo cha kimetaboliki, na katika wanyama wenye damu baridi pia ni mpatanishi wa mfumo wa neva. Kama unavyoona, hufanya kazi nyingi kwa wakati mmoja.
Kitendaji cha Enzymatic (catalytic)
Miitikio mbalimbali ya kemikali ya kibayolojia inayotokea kwa viumbe hai hufanyika katika hali tulivu, ambapo halijoto ni karibu 40°C, na thamani za pH ni karibu kutokuwa na upande wowote. Chini ya hali hizi, viwango vya mtiririko wa wengi wao ni kidogo. Kwa hivyo, ili ziweze kutekelezwa, enzymes zinahitajika - vichocheo maalum vya kibaolojia. Takriban athari zote, isipokuwa kwa upigaji picha wa maji, huchochewa na vimeng'enya katika viumbe hai. Vipengele hivi ni aidha protini au changamano za protini zilizo na cofactor (molekuli ya kikaboni au ioni ya chuma). Enzymes hufanya kwa kuchagua sana, kuanzia mchakato muhimu. Kwa hivyo, kazi ya kichocheo iliyojadiliwa hapo juu ni mojawapo ya zile ambazo protini hufanya. Jukumu la kibayolojia la misombo hii, hata hivyo, sio mdogo kwa utekelezaji wake. Kuna vipengele vingi zaidi ambavyo tutaviangalia hapa chini.
Kitendaji cha usafiri
Kwa kuwepo kwa seli, ni muhimu kwamba vitu vingi viingie ndani yake, ambayo huipa nishati na nyenzo za ujenzi. Utando wote wa kibaolojia umejengwa kwa pamojakanuni. Hii ni safu mbili ya lipids, protini huingizwa ndani yake. Wakati huo huo, mikoa ya hydrophilic ya macromolecules hujilimbikizia juu ya uso wa utando, na "mikia" ya hydrophobic imejilimbikizia katika unene wao. Muundo huu unabakia kutoweza kupenya kwa vipengele muhimu: amino asidi, sukari, ioni za chuma za alkali. Kupenya kwa vipengele hivi ndani ya seli hutokea kwa usaidizi wa protini za usafiri ambazo zimewekwa kwenye membrane ya seli. Bakteria, kwa mfano, wana protini maalum ambayo husafirisha lactose (sukari ya maziwa) kwenye utando wa nje.
Viumbe vyenye seli nyingi vina mfumo wa kusafirisha vitu mbalimbali kutoka kwa kiungo kimoja hadi kingine. Tunazungumza kimsingi juu ya hemoglobin (picha hapo juu). Kwa kuongeza, albumin ya serum (protini ya usafiri) iko daima katika plasma ya damu. Ina uwezo wa kuunda complexes kali na asidi ya mafuta inayoundwa wakati wa digestion ya mafuta, pamoja na idadi ya asidi ya amino ya hydrophobic (kwa mfano, na tryptophan) na kwa madawa mengi (baadhi ya penicillins, sulfonamides, aspirin). Transferrin, ambayo inapatanisha usafiri wa ioni za chuma katika mwili, ni mfano mwingine. Tunaweza pia kutaja ceruplasmin, ambayo hubeba ioni za shaba. Kwa hiyo, tumezingatia kazi ya usafiri ambayo protini hufanya. Jukumu lao la kibaolojia pia ni muhimu sana kwa mtazamo huu.
Kitendaji cha kipokezi
Protini za kipokezi ni muhimu sana, hasa kwa usaidizi wa maisha wa viumbe vyenye seli nyingi. Zimejengwa ndanindani ya membrane ya seli ya plasma na kutumika kutambua na kubadilisha zaidi ishara zinazoingia kwenye seli. Katika kesi hii, ishara zinaweza kuwa kutoka kwa seli nyingine na kutoka kwa mazingira. Vipokezi vya asetilikolini kwa sasa ndivyo vilivyosomwa zaidi. Ziko katika idadi ya mawasiliano ya interneuronal kwenye membrane ya seli, ikiwa ni pamoja na katika makutano ya neuromuscular, kwenye kamba ya ubongo. Protini hizi huingiliana na asetilikolini na kusambaza ishara kwenye seli.
Neurotransmita ili kupokea mawimbi na kuigeuza lazima iondolewe ili seli ipate fursa ya kujiandaa kwa utambuzi wa ishara zaidi. Kwa hili, acetylcholinesterase hutumiwa - enzyme maalum ambayo huchochea hidrolisisi ya acetylcholine kwa choline na acetate. Je, si kweli kwamba utendaji kazi wa vipokezi ambao protini hufanya ni muhimu sana? Jukumu la kibaolojia la ijayo, kazi ya kinga kwa mwili ni kubwa sana. Mtu hawezi tu kutokubaliana na hili.
Kitendaji cha ulinzi
Katika mwili, mfumo wa kinga huitikia kuonekana kwa chembe ngeni ndani yake kwa kutoa idadi kubwa ya lymphocytes. Wana uwezo wa kuharibu vipengele kwa kuchagua. Chembe hizo za kigeni zinaweza kuwa seli za saratani, bakteria ya pathogenic, chembe za supramolecular (macromolecules, virusi, nk). B-lymphocytes ni kundi la lymphocytes zinazozalisha protini maalum. Protini hizi hutolewa kwenye mfumo wa mzunguko. Wanatambua chembe za kigeni, huku wakitengeneza tata maalum katika hatua ya uharibifu. Protini hizi huitwa immunoglobulins. Dutu za kigeni huitwa antijeni.ambayo huanzisha mwitikio wa mfumo wa kinga.
Utendaji wa muundo
Mbali na protini zinazotekeleza utendakazi wa hali ya juu, pia kuna zile ambazo umuhimu wake ni wa kimuundo. Shukrani kwao, nguvu za mitambo hutolewa, pamoja na mali nyingine za tishu za viumbe hai. Protini hizi ni pamoja na, kwanza kabisa, collagen. Collagen (pichani hapa chini) katika mamalia hufanya karibu robo ya wingi wa protini. Huunganishwa katika seli kuu zinazounda tishu-unganishi (ziitwazo fibroblasts).
Hapo awali, collagen huundwa kama procollagen - mtangulizi wake, inafanyiwa usindikaji wa kemikali katika fibroblasts. Kisha huundwa kwa namna ya minyororo mitatu ya polipeptidi iliyosokotwa kwenye ond. Wanachanganya tayari nje ya fibroblasts ndani ya nyuzi za collagen mia kadhaa ya kipenyo cha nanometers. Mwisho huunda filaments za collagen, ambazo zinaweza kuonekana tayari chini ya darubini. Katika tishu za elastic (kuta za mapafu, mishipa ya damu, ngozi), matrix ya ziada, pamoja na collagen, pia ina elastini ya protini. Inaweza kunyoosha juu ya anuwai pana na kisha kurudi katika hali yake ya asili. Mfano mwingine wa protini ya muundo ambayo inaweza kutolewa hapa ni hariri fibroin. Imetengwa wakati wa kuundwa kwa pupa ya kiwavi wa silkworm. Ni sehemu kuu ya nyuzi za hariri. Wacha tuendelee kwenye maelezo ya protini za injini.
Protini za injini
Na katika utekelezaji wa michakato ya mwendo, jukumu la kibayolojia la protini ni kubwa. Hebu tuzungumze kwa ufupi kuhusu kazi hii. Kupunguza misuli ni mchakato ambao nishati ya kemikali inabadilishwa kuwa kazi ya mitambo. Washiriki wake wa moja kwa moja ni protini mbili - myosin na actin. Myosin ina muundo usio wa kawaida sana. Inaundwa kutoka kwa vichwa viwili vya globular na mkia (sehemu ndefu ya filamentous). Takriban 1600 nm ni urefu wa molekuli moja. Vichwa vinachukua takriban nm 200.
Actin (pichani juu) ni protini ya globular yenye uzito wa molekuli 42,000. Inaweza kupolimisha na kuunda muundo mrefu na kuingiliana katika umbo hili na kichwa cha myosin. Kipengele muhimu cha mchakato huu ni utegemezi wake juu ya uwepo wa ATP. Ikiwa ukolezi wake ni wa kutosha, tata inayoundwa na myosin na actin huharibiwa, na kisha hurejeshwa tena baada ya hidrolisisi ya ATP hutokea kutokana na hatua ya myosin ATPase. Utaratibu huu unaweza kuzingatiwa, kwa mfano, katika suluhisho ambalo protini zote mbili zipo. Inakuwa viscous kama matokeo ya malezi ya uzani wa juu wa Masi kwa kukosekana kwa ATP. Inapoongezwa, mnato hupungua sana kwa sababu ya uharibifu wa tata iliyoundwa, baada ya hapo huanza kupona polepole kama matokeo ya hidrolisisi ya ATP. Katika mchakato wa kusinyaa kwa misuli, mwingiliano huu una jukumu muhimu sana.
Antibiotics
Tunaendelea kufichua mada "Jukumu la kibiolojia la protini mwilini." Kundi kubwa sana na muhimu sanamisombo ya asili hutengeneza vitu vinavyoitwa antibiotics. Wao ni wa asili ya microbial. Dutu hizi zimefichwa na aina maalum za microorganisms. Jukumu la kibiolojia la asidi ya amino na protini ni lisilopingika, lakini antibiotics hufanya kazi maalum, muhimu sana. Wanazuia ukuaji wa microorganisms zinazoshindana nao. Katika miaka ya 1940, ugunduzi na utumiaji wa viuavijasumu ulileta mapinduzi katika matibabu ya magonjwa ya kuambukiza yanayosababishwa na bakteria. Ikumbukwe kwamba katika hali nyingi, antibiotics haifanyi kazi kwa virusi, kwa hivyo kuzitumia kama dawa za kuzuia virusi hakuna ufanisi.
Mifano ya antibiotics
Kikundi cha penicillin kilikuwa cha kwanza kutekelezwa. Mfano wa kundi hili ni ampicillin na benzylpenicillin. Antibiotics ni tofauti katika utaratibu wao wa hatua na asili ya kemikali. Baadhi ya wale ambao hutumiwa sana leo huingiliana na ribosomes za binadamu, wakati awali ya protini imezuiwa katika ribosomes za bakteria. Wakati huo huo, ni vigumu kuingiliana na ribosomes za eukaryotic. Kwa hiyo, ni uharibifu kwa seli za bakteria, na sumu kidogo kwa wanyama na wanadamu. Antibiotics hizi ni pamoja na streptomycin na levomycetin (chloramphenicol).
Jukumu la kibayolojia la usanisi wa protini ni muhimu sana, na mchakato huu wenyewe una hatua kadhaa. Tutaizungumzia kwa maneno ya jumla pekee.
Mchakato na jukumu la kibayolojia la protini biosynthesis
Mchakato huu ni wa hatua nyingi na changamano sana. Inatokea katika ribosomes -organelles maalum. Seli ina ribosomes nyingi. E. coli, kwa mfano, ina takriban elfu 20 kati yao.
"Eleza mchakato wa usanisi wa protini na jukumu lake la kibayolojia" - kazi kama hii ambayo wengi wetu tulipokea shuleni. Na kwa wengi imekuwa ngumu. Kweli, hebu tujaribu kuisuluhisha pamoja.
Molekuli za protini ni minyororo ya polipeptidi. Zinajumuisha, kama unavyojua tayari, ya asidi ya amino ya kibinafsi. Walakini, hizi za mwisho hazifanyi kazi vya kutosha. Ili kuchanganya na kuunda molekuli ya protini, zinahitaji uanzishaji. Inatokea kama matokeo ya hatua ya enzymes maalum. Kila asidi ya amino ina kimeng'enya chake maalum ambacho kimeelekezwa kwake. Chanzo cha nishati kwa mchakato huu ni ATP (adenosine triphosphate). Kama matokeo ya uanzishaji, asidi ya amino inakuwa labile zaidi na hufunga chini ya hatua ya enzyme hii kwa t-RNA, ambayo huihamisha kwa ribosome (kwa sababu ya hii, RNA hii inaitwa usafiri). Kwa hivyo, asidi ya amino iliyoamilishwa iliyounganishwa na tRNA huingia kwenye ribosomu. Ribosomu ni aina ya kipitishio cha kuunganisha minyororo ya protini kutoka kwa amino asidi zinazoingia.
Jukumu la usanisi wa protini ni gumu kukadiria kupita kiasi, kwa kuwa viunga vilivyosanisishwa hufanya kazi muhimu sana. Takriban miundo yote ya seli imeundwa nazo.
Kwa hivyo, tumeelezea kwa maneno ya jumla mchakato wa usanisi wa protini na jukumu lake la kibayolojia. Hii inahitimisha utangulizi wetu kwa protini. Tunatumai una hamu ya kuendelea nayo.
