โปรตีนเป็นสารอินทรีย์ที่สำคัญที่สุด ซึ่งมีจำนวนมากกว่าโมเลกุลขนาดใหญ่อื่นๆ ทั้งหมดที่มีอยู่ในเซลล์ที่มีชีวิต พวกมันคิดเป็นมากกว่าครึ่งหนึ่งของน้ำหนักของวัตถุแห้งของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ หน้าที่ของโปรตีนในเซลล์มีความหลากหลาย บางส่วนยังไม่เป็นที่รู้จักของวิทยาศาสตร์ แต่ยังคงมีการศึกษาทิศทางหลักของ "งาน" ของพวกเขาเป็นอย่างดี บางชนิดมีความจำเป็นเพื่อกระตุ้นกระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์และเนื้อเยื่อ บางชนิดมีแร่ธาตุที่สำคัญผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และผ่านหลอดเลือดจากอวัยวะหนึ่งไปยังอีกอวัยวะหนึ่ง บางคนปกป้องร่างกายจากสิ่งแปลกปลอมที่มักทำให้เกิดโรค สิ่งหนึ่งที่ชัดเจน - ไม่มีกระบวนการเดียวในร่างกายของเราเกิดขึ้นโดยปราศจากโปรตีน
หน้าที่พื้นฐานของโปรตีน
การทำงานของโปรตีนในร่างกายมีความหลากหลาย แต่ละกลุ่มมีสารเคมีเฉพาะอาคารดำเนินการ "งาน" เฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง ในบางกรณี โปรตีนหลายชนิดเชื่อมต่อถึงกัน พวกเขามีหน้าที่รับผิดชอบขั้นตอนต่าง ๆ ของกระบวนการเดียวกัน หรือส่งผลกระทบหลายอย่างพร้อมกัน ตัวอย่างเช่น หน้าที่ควบคุมของโปรตีนดำเนินการโดยเอนไซม์และฮอร์โมน ปรากฏการณ์นี้สามารถจินตนาการได้โดยการจดจำฮอร์โมนอะดรีนาลีน มันถูกผลิตโดยต่อมหมวกไต เข้าสู่หลอดเลือดจะเพิ่มปริมาณออกซิเจนในเลือด ความดันโลหิตก็เพิ่มขึ้นปริมาณน้ำตาลเพิ่มขึ้น สิ่งนี้ช่วยกระตุ้นกระบวนการเผาผลาญ อะดรีนาลีนยังเป็นสารสื่อประสาทในปลา สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ และสัตว์เลื้อยคลาน
การทำงานของเอนไซม์
ปฏิกิริยาทางชีวเคมีหลายอย่างที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจะดำเนินการที่อุณหภูมิสูงและมีค่า pH เป็นกลาง ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว อัตราการผ่านของพวกมันต่ำเกินไป ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยาพิเศษที่เรียกว่าเอ็นไซม์ ความหลากหลายทั้งหมดของพวกเขาถูกรวมเป็น 6 คลาสซึ่งแตกต่างกันในความจำเพาะของการกระทำ เอนไซม์ถูกสังเคราะห์บนไรโบโซมในเซลล์ วิทยาศาสตร์ของเอนไซม์มีส่วนร่วมในการศึกษา
ไม่ต้องสงสัยเลย การทำงานของโปรตีนจะเป็นไปไม่ได้หากไม่มีเอนไซม์ พวกเขามีทางเลือกในการดำเนินการสูง กิจกรรมของพวกมันสามารถควบคุมได้โดยตัวยับยั้งและตัวกระตุ้น นอกจากนี้ เอนไซม์มักจะแสดงความจำเพาะของซับสเตรต นอกจากนี้การทำงานของเอนไซม์ยังขึ้นอยู่กับสภาวะในร่างกายและในเซลล์โดยเฉพาะ การไหลของพวกมันได้รับผลกระทบจากความดัน, pH ที่เป็นกรด, อุณหภูมิ, ความแข็งแรงของไอออนิกของสารละลาย, นั่นคือความเข้มข้นของเกลือในไซโตพลาสซึม
ฟังก์ชั่นการขนส่งโปรตีน
เซลล์ต้องได้รับแร่ธาตุและสารอินทรีย์ที่จำเป็นสำหรับร่างกายอย่างต่อเนื่อง พวกเขาต้องการเป็นวัสดุก่อสร้างและแหล่งพลังงานในเซลล์ แต่กลไกการรับเงินค่อนข้างซับซ้อน ผนังเซลล์ประกอบด้วยมากกว่าโปรตีน เยื่อหุ้มชีวภาพถูกสร้างขึ้นบนหลักการของไขมันสองชั้น โปรตีนต่าง ๆ ถูกฝังอยู่ระหว่างพวกมัน มันสำคัญมากที่บริเวณที่ชอบน้ำจะตั้งอยู่บนพื้นผิวของเมมเบรนในขณะที่บริเวณที่ไม่ชอบน้ำนั้นมีความหนา ดังนั้นโครงสร้างดังกล่าวทำให้เปลือกไม่สามารถเข้าถึงได้ พวกเขาไม่สามารถผ่านมันได้ด้วยตัวเองโดยปราศจาก "ความช่วยเหลือ" ส่วนประกอบที่สำคัญเช่นน้ำตาล เมตอลไอออน และกรดอะมิโน พวกมันถูกส่งผ่านเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมไปยังไซโตพลาสซึมโดยโปรตีนพิเศษที่ฝังอยู่ในชั้นไขมัน
ขนส่งสารจากอวัยวะหนึ่งไปยังอีกอวัยวะหนึ่ง
แต่ฟังก์ชันการขนส่งของโปรตีนไม่เพียงดำเนินการระหว่างสารระหว่างเซลล์กับเซลล์เท่านั้น สารบางอย่างที่สำคัญสำหรับกระบวนการทางสรีรวิทยาต้องถูกส่งจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่ง ตัวอย่างเช่น โปรตีนที่ขนส่งในเลือดคือซีรัมอัลบูมิน มีความสามารถเฉพาะตัวในการสร้างสารประกอบที่มีกรดไขมันที่ปรากฏในระหว่างการย่อยไขมันด้วยยาเช่นเดียวกับฮอร์โมนสเตียรอยด์ โปรตีนพาหะที่สำคัญคือเฮโมโกลบิน (ส่งโมเลกุลออกซิเจน), ทรานเฟอร์ริน (รวมกับไอออนของเหล็ก) และเซรูพลาสมิน (สร้างสารเชิงซ้อนด้วยทองแดง).
สัญญาณของโปรตีน
โปรตีนตัวรับมีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการทางสรีรวิทยาในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อน พวกมันถูกฝังอยู่ในพลาสมาเมมเบรน พวกมันทำหน้าที่รับรู้และถอดรหัสสัญญาณประเภทต่างๆ ที่เข้าสู่เซลล์ในกระแสที่ต่อเนื่องกัน ไม่เพียงแต่จากเนื้อเยื่อข้างเคียงเท่านั้น แต่ยังมาจากสภาพแวดล้อมภายนอกด้วย ปัจจุบัน โปรตีนตัวรับที่ศึกษามากที่สุดอาจเป็นอะเซทิลโคลีน มันตั้งอยู่ในรอยต่อภายในจำนวนหนึ่งบนเยื่อหุ้มเซลล์
แต่ฟังก์ชั่นการส่งสัญญาณของโปรตีนนั้นไม่ได้ดำเนินการภายในเซลล์เท่านั้น ฮอร์โมนหลายชนิดจับกับตัวรับจำเพาะบนพื้นผิวของมัน สารประกอบที่เกิดขึ้นดังกล่าวเป็นสัญญาณที่กระตุ้นกระบวนการทางสรีรวิทยาในเซลล์ ตัวอย่างของโปรตีนดังกล่าวคือ อินซูลิน ซึ่งทำหน้าที่ในระบบอะดีนิเลตไซคเลส
ฟังก์ชั่นการป้องกัน
หน้าที่ของโปรตีนในเซลล์ต่างกัน บางส่วนเกี่ยวข้องกับการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน สิ่งนี้จะช่วยปกป้องร่างกายจากการติดเชื้อ ระบบภูมิคุ้มกันสามารถตอบสนองต่อสารแปลกปลอมที่ระบุได้ด้วยการสังเคราะห์เซลล์เม็ดเลือดขาวจำนวนมาก สารเหล่านี้สามารถเลือกทำลายสารเหล่านี้ได้ ซึ่งอาจเป็นสิ่งแปลกปลอมต่อร่างกาย เช่น แบคทีเรีย อนุภาคซุปเปอร์โมเลกุล หรืออาจเป็นเซลล์มะเร็ง
หนึ่งในกลุ่ม - "เบต้า" - ลิมโฟไซต์ - ผลิตโปรตีนที่เข้าสู่กระแสเลือด พวกเขามีฟังก์ชั่นที่น่าสนใจมาก โปรตีนเหล่านี้ต้องรู้จักเซลล์แปลกปลอมและโมเลกุลขนาดใหญ่ จากนั้นพวกเขาก็เชื่อมต่อกับพวกเขากลายเป็นสิ่งซับซ้อนที่จะถูกทำลาย โปรตีนเหล่านี้เรียกว่าอิมมูโนโกลบูลิน ส่วนประกอบต่างประเทศนั้นเป็นแอนติเจน และอิมมูโนโกลบูลินที่ตรงกับพวกมันคือแอนติบอดี
ฟังก์ชั่นโครงสร้าง
ในร่างกายนอกจากจะมีความเชี่ยวชาญสูงแล้ว ยังมีโปรตีนโครงสร้างอีกด้วย มีความจำเป็นเพื่อให้มีความแข็งแรงทางกล หน้าที่ของโปรตีนในเซลล์เหล่านี้มีความสำคัญต่อการรักษารูปร่างและความอ่อนเยาว์ของร่างกาย ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือคอลลาเจน เป็นโปรตีนหลักของเมทริกซ์นอกเซลล์ของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชั้นสูง มีโปรตีนมากถึง 1/4 ของมวลทั้งหมด คอลลาเจนถูกสังเคราะห์ในไฟโบรบลาสต์ ซึ่งเป็นเซลล์หลักของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน
หน้าที่ดังกล่าวของโปรตีนในเซลล์มีความสำคัญอย่างยิ่ง นอกจากคอลลาเจนแล้วยังมีโปรตีนโครงสร้างอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่าอีลาสติน นอกจากนี้ยังเป็นองค์ประกอบของเมทริกซ์นอกเซลล์ อีลาสตินสามารถให้เนื้อเยื่อสามารถยืดตัวได้ภายในขอบเขตที่กำหนดและกลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้ง่าย อีกตัวอย่างหนึ่งของโปรตีนโครงสร้างคือไฟโบรอิน ซึ่งพบในหนอนไหม เป็นส่วนประกอบหลักของเส้นไหม
โปรตีนมอเตอร์
บทบาทของโปรตีนในเซลล์ไม่สามารถประเมินค่าสูงไปได้ พวกเขายังมีส่วนร่วมในการทำงานของกล้ามเนื้อ การหดตัวของกล้ามเนื้อเป็นกระบวนการทางสรีรวิทยาที่สำคัญ เป็นผลให้ ATP ที่เก็บไว้ในรูปของโมเลกุลขนาดใหญ่จะถูกแปลงเป็นพลังงานเคมี ผู้เข้าร่วมโดยตรงในกระบวนการนี้คือโปรตีนสองชนิด - แอคตินและไมโอซิน
โปรตีนมอเตอร์เหล่านี้เป็นโมเลกุลเส้นใยที่ทำงานในระบบหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่าง พวกเขายังพบในเนื้อเยื่อที่ไม่ใช่กล้ามเนื้อในเซลล์ยูคาริโอต อีกตัวอย่างหนึ่งของโปรตีนสั่งการคือทูบูลิน ไมโครทูบูลถูกสร้างขึ้นจากมัน ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของแฟลเจลลาและตา นอกจากนี้ยังพบไมโครทูบูลที่มีทูบูลินในเซลล์ของเนื้อเยื่อประสาทของสัตว์ด้วย
ยาปฏิชีวนะ
ปกป้องโปรตีนในเซลล์ได้อย่างมหาศาล ส่วนหนึ่งถูกกำหนดให้กับกลุ่มที่เรียกกันทั่วไปว่ายาปฏิชีวนะ สารเหล่านี้เป็นสารที่มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติซึ่งสังเคราะห์ขึ้นตามปกติในแบคทีเรียเชื้อราด้วยกล้องจุลทรรศน์และจุลินทรีย์อื่น ๆ มีวัตถุประสงค์เพื่อระงับกระบวนการทางสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิตที่แข่งขันกันอื่นๆ ยาปฏิชีวนะที่มีแหล่งกำเนิดโปรตีนถูกค้นพบในยุค 40 พวกเขาปฏิวัติการแพทย์ ทำให้เกิดแรงผลักดันอันทรงพลังต่อการพัฒนา
โดยลักษณะทางเคมีของพวกมัน ยาปฏิชีวนะเป็นกลุ่มที่มีความหลากหลายมาก พวกเขายังแตกต่างกันในกลไกการออกฤทธิ์ บางชนิดป้องกันการสังเคราะห์โปรตีนภายในเซลล์ บางชนิดขัดขวางการผลิตเอนไซม์ที่สำคัญ บางชนิดยับยั้งการเจริญเติบโต และบางชนิดยับยั้งการสืบพันธุ์ ตัวอย่างเช่น สเตรปโตมัยซินที่รู้จักกันดีมีปฏิสัมพันธ์กับไรโบโซมของเซลล์แบคทีเรีย ดังนั้นพวกเขาจึงชะลอการสังเคราะห์โปรตีนอย่างมาก ในเวลาเดียวกัน ยาปฏิชีวนะเหล่านี้ไม่มีปฏิกิริยากับยูคาริโอตไรโบโซมในร่างกายมนุษย์ ซึ่งหมายความว่าสารเหล่านี้ไม่เป็นพิษต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชั้นสูง
นี่ไม่ใช่หน้าที่ทั้งหมดของโปรตีนในเซลล์ ตารางสารปฏิชีวนะช่วยให้คุณสามารถกำหนดการกระทำที่มีความเชี่ยวชาญสูงอื่น ๆ ที่สารประกอบธรรมชาติเฉพาะเหล่านี้สามารถมีต่อแบคทีเรียได้และไม่เพียงเท่านั้น ปัจจุบันมีการศึกษายาปฏิชีวนะที่มีแหล่งกำเนิดโปรตีนซึ่งเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับ DNA จะขัดขวางกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับศูนย์รวมของข้อมูลทางพันธุกรรม แต่จนถึงขณะนี้ สารดังกล่าวถูกใช้ในเคมีบำบัดของโรคมะเร็งเท่านั้น ตัวอย่างของสารปฏิชีวนะเช่น dactinomycin ซึ่งสังเคราะห์โดย actinomycetes
สารพิษ
โปรตีนในเซลล์ทำหน้าที่เฉพาะเจาะจงและไม่ธรรมดา สิ่งมีชีวิตจำนวนหนึ่งผลิตสารพิษ - สารพิษ โดยธรรมชาติของพวกมัน สิ่งเหล่านี้คือโปรตีนและสารประกอบอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำที่ซับซ้อน ตัวอย่างคือเนื้อที่เป็นพิษของเห็ดแมลงปีกแข็งสีซีด
สำรองและโปรตีนอาหาร
โปรตีนบางชนิดทำหน้าที่ให้สารอาหารแก่ตัวอ่อนของสัตว์และพืช มีตัวอย่างมากมาย ความสำคัญของโปรตีนในเซลล์ของเมล็ดธัญพืชอยู่ในสิ่งนี้อย่างแม่นยำ พวกเขาจะหล่อเลี้ยงจมูกที่เกิดขึ้นใหม่ของพืชในระยะแรกของการพัฒนา สำหรับสัตว์ โปรตีนในอาหารได้แก่ ไข่อัลบูมินและเคซีนนม
คุณสมบัติที่ยังไม่ได้สำรวจของโปรตีน
ตัวอย่างข้างต้นเป็นเพียงส่วนหนึ่งที่ได้รับการศึกษามาเพียงพอแล้ว แต่ในธรรมชาติมีความลึกลับมากมาย โปรตีนในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว และในปัจจุบันยังจำแนกประเภทได้อีกด้วยยาก. ตัวอย่างเช่น โมเนลลินเป็นโปรตีนที่ค้นพบและแยกได้จากพืชในแอฟริกา มีรสหวาน แต่ไม่อ้วนและไม่เป็นพิษ ในอนาคตอาจใช้ทดแทนน้ำตาลได้อย่างดีเยี่ยม อีกตัวอย่างหนึ่งคือโปรตีนที่พบในปลาอาร์กติกบางตัวที่ป้องกันไม่ให้เลือดแข็งตัวโดยทำหน้าที่เป็นสารป้องกันการแข็งตัวตามความหมายที่แท้จริงของการเปรียบเทียบ ในแมลงหลายชนิด พบโปรตีนเรซิลินซึ่งมีความยืดหยุ่นเกือบสมบูรณ์แบบเฉพาะตัวในข้อต่อปีก และนี่ไม่ใช่ตัวอย่างทั้งหมดของสารที่ยังไม่ได้ทำการศึกษาและจำแนก
