โปรตีน (โพลีเปปไทด์, โปรตีน) เป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งรวมถึงกรดอัลฟา-อะมิโนที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเปปไทด์ องค์ประกอบของโปรตีนในสิ่งมีชีวิตถูกกำหนดโดยรหัสพันธุกรรม ตามกฎแล้ว การสังเคราะห์จะใช้ชุดกรดอะมิโนมาตรฐาน 20 ชุด
การจำแนกโปรตีน
การแยกโปรตีนจะดำเนินการตามเกณฑ์ที่แตกต่างกัน:
- รูปร่างของโมเลกุล
- องค์ประกอบ
- ฟังก์ชั่น
ตามเกณฑ์สุดท้าย โปรตีนถูกจัดประเภท:
- บนโครงสร้าง
- มีคุณค่าทางโภชนาการและอะไหล่
- ขนส่ง
- ผู้รับเหมา
โปรตีนโครงสร้าง
ได้แก่ อีลาสติน คอลลาเจน เคราติน ไฟโบรอิน โพลีเปปไทด์โครงสร้างเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของเยื่อหุ้มเซลล์ พวกเขาสามารถสร้างช่องหรือดำเนินการฟังก์ชั่นอื่นๆ ในนั้นได้
โปรตีนเก็บคุณค่าทางโภชนาการ
สารอาหารโพลีเปปไทด์คือเคซีน ด้วยเหตุนี้สิ่งมีชีวิตที่กำลังเติบโตจึงมีแคลเซียมฟอสฟอรัสและกรดอะมิโน
โปรตีนสำรองคือเมล็ดพืชที่ปลูกแล้วไข่ขาว พวกมันถูกบริโภคในระหว่างขั้นตอนการพัฒนาของตัวอ่อน ในร่างกายมนุษย์ เช่นเดียวกับในสัตว์ โปรตีนจะไม่ถูกเก็บไว้สำรอง ต้องได้รับจากอาหารเป็นประจำ ไม่เช่นนั้นจะเกิดการเสื่อมได้
ขนส่งโพลีเปปไทด์
เฮโมโกลบินเป็นตัวอย่างคลาสสิกของโปรตีนดังกล่าว โพลีเปปไทด์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของฮอร์โมน ลิพิด และสารอื่นๆ ก็พบได้ในเลือดเช่นกัน
เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยโปรตีนที่มีความสามารถในการขนส่งไอออน กรดอะมิโน กลูโคส และสารประกอบอื่นๆ ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์
โปรตีนหดตัว
หน้าที่ของโพลีเปปไทด์เหล่านี้สัมพันธ์กับการทำงานของเส้นใยกล้ามเนื้อ นอกจากนี้ยังให้การเคลื่อนไหวของ cilia และ flagella ในโปรโตซัว โปรตีนที่หดตัวทำหน้าที่ขนส่งออร์แกเนลล์ภายในเซลล์ เนื่องจากการมีอยู่ของมัน การเปลี่ยนแปลงในรูปแบบเซลล์จึงมั่นใจได้
ตัวอย่างโปรตีนหดตัว ได้แก่ ไมโอซินและแอคติน เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การบอกว่าโพลีเปปไทด์เหล่านี้ไม่เพียงพบในเซลล์ของเส้นใยกล้ามเนื้อเท่านั้น โปรตีนที่หดตัวทำหน้าที่ในเนื้อเยื่อของสัตว์เกือบทั้งหมด
คุณสมบัติ
พบโพลีเปปไทด์แต่ละตัว tropomyosin ในเซลล์ myosin โปรตีนจากกล้ามเนื้อหดตัวคือพอลิเมอร์ มันซับซ้อนด้วยแอคติน
โปรตีนกล้ามเนื้อหดตัวไม่ละลายในน้ำ
อัตราการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์
ควบคุมโดยไทรอยด์และฮอร์โมนสเตียรอยด์ เจาะเข้าไปในเซลล์ จับกับตัวรับจำเพาะ คอมเพล็กซ์ที่เกิดขึ้นจะแทรกซึมเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์และจับกับโครมาติน สิ่งนี้จะเพิ่มอัตราการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์ที่ระดับยีน
ยีนที่ออกฤทธิ์ช่วยเพิ่มการสังเคราะห์ RNA บางตัว มันออกจากนิวเคลียสไปที่ไรโบโซมและกระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีนโครงสร้างหรือโปรตีนหดตัวเอนไซม์หรือฮอร์โมนใหม่ นี่คือเอฟเฟกต์ anabolic ของยีน
ในขณะเดียวกัน การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์เป็นกระบวนการที่ค่อนข้างช้า ต้องใช้ต้นทุนพลังงานสูงและวัสดุพลาสติก ดังนั้นฮอร์โมนจึงไม่สามารถควบคุมการเผาผลาญได้อย่างรวดเร็ว งานหลักของพวกเขาคือควบคุมการเจริญเติบโต ความแตกต่าง และการพัฒนาของเซลล์ในร่างกาย
กล้ามเนื้อหดตัว
เป็นตัวอย่างสำคัญของฟังก์ชันการหดตัวของโปรตีน จากการวิจัยพบว่า พื้นฐานของการหดตัวของกล้ามเนื้อคือการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพของโพลีเปปไทด์
ฟังก์ชั่นการหดตัวนั้นทำโดยโปรตีนแอคโตไมโอซินซึ่งทำปฏิกิริยากับกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริก การเชื่อมต่อนี้มาพร้อมกับการหดตัวของ myofibrils ปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวสามารถสังเกตได้ภายนอกร่างกาย
ตัวอย่างเช่น หากแช่เส้นใยกล้ามเนื้อในน้ำ (ทำให้เป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย) ซึ่งปราศจากความตื่นเต้นง่าย ได้รับสารละลายของอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต การหดตัวอย่างรวดเร็วของมันจะเริ่มขึ้น คล้ายกับการหดตัวของกล้ามเนื้อที่มีชีวิต ประสบการณ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในทางปฏิบัติ เขาพิสูจน์ความจริงที่ว่าการหดตัวของกล้ามเนื้อต้องใช้ปฏิกิริยาเคมีของโปรตีนหดตัวกับสารที่มีพลังงานสูง
ออกฤทธิ์ของวิตามินอี
ด้านหนึ่ง เป็นสารต้านอนุมูลอิสระภายในเซลล์หลัก วิตามินอีช่วยปกป้องไขมันและสารประกอบออกซิไดซ์ได้ง่ายอื่นๆ จากการเกิดออกซิเดชัน ในเวลาเดียวกัน มันทำหน้าที่เป็นพาหะอิเล็กตรอนและมีส่วนร่วมในปฏิกิริยารีดอกซ์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการจัดเก็บพลังงานที่ปล่อยออกมา
การขาดวิตามินอีทำให้เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อลีบ: เนื้อหาของโปรตีน myosin หดตัวลงอย่างรวดเร็ว และแทนที่ด้วยคอลลาเจนซึ่งเป็นโพลีเปปไทด์เฉื่อย
ความจำเพาะของไมโอซิน
ถือเป็นหนึ่งในโปรตีนหดตัวที่สำคัญ คิดเป็นประมาณ 55% ของเนื้อหาทั้งหมดของโพลีเปปไทด์ในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ
เส้นใย (เส้นใยหนา) ของ myofibrils ทำจาก myosin โมเลกุลประกอบด้วยส่วนไฟบริลที่ยาวซึ่งมีโครงสร้างเกลียวคู่และส่วนหัว (โครงสร้างทรงกลม) ไมโอซินประกอบด้วย 6 ยูนิตย่อย: โซ่หนัก 2 อันและโซ่เบา 4 อันที่ส่วนทรงกลม
งานหลักของภูมิภาคไฟบริลคือความสามารถในการรวมกลุ่มของเส้นใยไมโอซินหรือโปรโตไฟบริลแบบหนา
บนหัวคือที่ทำงานของ ATPase และศูนย์รวมแอคติน เพื่อให้แน่ใจว่า ATP ไฮโดรไลซิสและจับกับเส้นใยแอคติน
พันธุ์
ชนิดย่อยของแอคตินและไมโอซินคือ:
- ไดนีอินของแฟลกเจลลาและตาโปรโตซัว
- สเปกตรัมในเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง
- Neurostenin ของเยื่อหุ้มเซลล์เยื่อบุช่องท้อง
แบคทีเรียโพลีเปปไทด์ที่รับผิดชอบต่อการเคลื่อนที่ของสารต่างๆ ในระดับความเข้มข้นสามารถนำมาประกอบกับสายพันธุ์ของแอคตินและไมโอซินได้ กระบวนการนี้เรียกอีกอย่างว่าเคมีบำบัด
บทบาทของกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริก
หากคุณใส่เส้นใยแอคโตไมโอซินในสารละลายที่เป็นกรด เติมโพแทสเซียมและแมกนีเซียมไอออน คุณจะเห็นว่าเส้นใยเหล่านี้สั้นลง ในกรณีนี้ จะสังเกตการสลายของ ATP ปรากฏการณ์นี้บ่งชี้ว่าการสลายตัวของกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริกมีความสัมพันธ์บางอย่างกับการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของโปรตีนหดตัวและด้วยเหตุนี้กับการทำงานของกล้ามเนื้อ ปรากฏการณ์นี้พบครั้งแรกโดย Szent-Gyorgyi และ Engelhardt
การสังเคราะห์และการสลายตัวของ ATP มีความสำคัญในกระบวนการแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานกล ในระหว่างการสลายของไกลโคเจนพร้อมกับการผลิตกรดแลคติกเช่นเดียวกับในการกำจัดฟอสโฟรีเลชั่นของกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริกและกรดฟอสฟอริกครีเอทีนไม่จำเป็นต้องมีส่วนร่วมของออกซิเจน สิ่งนี้อธิบายความสามารถของกล้ามเนื้อที่แยกออกมาทำงานภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจน
กรดแลคติกและผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของกรดอะดีโนซีน ไตรฟอสฟอริกและกรดครีเอทีนฟอสฟอริกจะสะสมอยู่ในเส้นใยกล้ามเนื้อที่เหนื่อยล้าเมื่อต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่ไม่ใช้ออกซิเจน เป็นผลให้ปริมาณสำรองของสารหมดลงในระหว่างการแยกซึ่งพลังงานที่จำเป็นจะถูกปล่อยออกมา หากวางกล้ามเนื้อเมื่อยล้าไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจน มันจะบริโภคมัน กรดแลคติกบางส่วนจะเริ่มออกซิไดซ์ เป็นผลให้เกิดน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ พลังงานที่ปล่อยออกมาจะใช้สำหรับการสังเคราะห์ใหม่ของครีเอทีนฟอสฟอริก กรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริกและไกลโคเจนจากผลิตภัณฑ์ที่สลายตัว ด้วยเหตุนี้กล้ามเนื้อจึงกลับมาทำงานได้อีกครั้ง
กล้ามเนื้อโครงร่าง
คุณสมบัติส่วนบุคคลของโพลีเปปไทด์สามารถอธิบายได้ด้วยตัวอย่างการทำงานเท่านั้น เช่น การมีส่วนร่วมในกิจกรรมที่ซับซ้อน ในบรรดาโครงสร้างไม่กี่แห่งที่สร้างความสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนและการทำงานของอวัยวะ กล้ามเนื้อโครงร่างสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ
เซลล์ของเธอถูกกระตุ้นโดยแรงกระตุ้นของเส้นประสาท ในทางโมเลกุล การหดตัวขึ้นอยู่กับการหมุนเวียนของสะพานข้ามผ่านปฏิสัมพันธ์เป็นระยะระหว่างแอกติน ไมโอซิน และ Mg-ATP โปรตีนที่จับกับแคลเซียมและไอออนของ Ca ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางระหว่างเอฟเฟกต์และสัญญาณประสาท
การไกล่เกลี่ยจำกัดความเร็วในการตอบสนองต่อแรงกระตุ้น "เปิด/ปิด" และป้องกันการหดตัวที่เกิดขึ้นเอง ในเวลาเดียวกัน การแกว่ง (ผันผวน) ของเส้นใยกล้ามเนื้อมู่เล่ของแมลงมีปีกไม่ได้ควบคุมโดยไอออนหรือสารประกอบโมเลกุลต่ำที่คล้ายกัน แต่ควบคุมโดยโปรตีนหดตัวโดยตรง ด้วยเหตุนี้ การหดตัวอย่างรวดเร็วจึงเป็นไปได้ ซึ่งหลังจากเปิดใช้งานแล้ว จะดำเนินการด้วยตัวเอง
คุณสมบัติผลึกเหลวของโพลีเปปไทด์
เมื่อย่นเส้นใยกล้ามเนื้อระยะเวลาของโครงตาข่ายที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของโปรโตไฟบริล เมื่อโครงตาข่ายของเส้นใยบาง ๆ เข้าสู่โครงสร้างขององค์ประกอบที่หนา ความสมมาตรแบบเตตระกอนจะถูกแทนที่ด้วยเส้นหกเหลี่ยม ปรากฏการณ์นี้ถือได้ว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงหลายรูปแบบในระบบผลึกเหลว
คุณสมบัติของกระบวนการเคมีกล
มันทำให้พลังงานเคมีกลายเป็นพลังงานกล กิจกรรม ATP-ase ของเยื่อหุ้มเซลล์ไมโตคอนเดรียคล้ายกับการทำงานของระบบไอโอซินของกล้ามเนื้อโครงร่าง คุณสมบัติทั่วไปยังระบุไว้ในคุณสมบัติทางกลเคมี: พวกเขาลดลงภายใต้อิทธิพลของ ATP
จึงต้องมีโปรตีนหดตัวอยู่ในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย และเขาอยู่ที่นั่นจริงๆ เป็นที่ยอมรับแล้วว่าโพลีเปปไทด์ที่หดตัวเกี่ยวข้องกับกลไกเคมีของยล อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่าฟอสฟาติดิลโนซิทอล (ไขมันเมมเบรน) ก็มีบทบาทสำคัญในกระบวนการเช่นกัน
พิเศษ
โมเลกุลโปรตีนไมโอซินไม่เพียงแต่มีส่วนช่วยในการหดตัวของกล้ามเนื้อต่างๆ แต่ยังสามารถมีส่วนร่วมในกระบวนการภายในเซลล์อื่นๆ ได้อีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเรื่องนี้เกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของออร์แกเนลล์ การยึดติดของเส้นใยแอคตินกับเยื่อหุ้ม การก่อตัวและการทำงานของโครงร่างโครงกระดูก ฯลฯ เกือบตลอดเวลา โมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งกับแอคตินซึ่งเป็นตัวหดตัวที่สำคัญตัวที่สอง โปรตีน
ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าโมเลกุลแอคโตไมโอซินสามารถเปลี่ยนความยาวได้ภายใต้อิทธิพลของพลังงานเคมีที่ปล่อยออกมาเมื่อกรดฟอสฟอริกตกค้างแยกออกจาก ATP กล่าวอีกนัยหนึ่งกระบวนการนี้ทำให้กล้ามเนื้อหดตัว
ระบบ ATP จึงทำหน้าที่เป็นตัวสะสมพลังงานเคมีชนิดหนึ่ง ตามความจำเป็น มันจะกลายเป็นกลไกโดยตรงผ่านแอคโตไมโอซิน ในเวลาเดียวกัน ไม่มีลักษณะเฉพาะขั้นกลางของกระบวนการปฏิสัมพันธ์ขององค์ประกอบอื่น - การเปลี่ยนไปใช้พลังงานความร้อน
