โปรตีน ซึ่งจะมีการพิจารณาบทบาททางชีวภาพในปัจจุบัน เป็นสารประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สร้างจากกรดอะมิโน ในบรรดาสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ พวกมันมีโครงสร้างที่ซับซ้อนที่สุด ตามองค์ประกอบของธาตุ โปรตีนแตกต่างจากไขมันและคาร์โบไฮเดรต: นอกจากออกซิเจน ไฮโดรเจน และคาร์บอน พวกมันยังมีไนโตรเจนด้วย นอกจากนี้ กำมะถันยังเป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ของโปรตีนที่สำคัญที่สุด และบางชนิดมีไอโอดีน ธาตุเหล็ก และฟอสฟอรัส
โปรตีนมีบทบาททางชีวภาพสูงมาก มันคือสารประกอบเหล่านี้ที่ประกอบขึ้นเป็นกลุ่มของโปรโตพลาสซึมรวมถึงนิวเคลียสของเซลล์ที่มีชีวิต โปรตีนพบได้ในสิ่งมีชีวิตในสัตว์และพืช
หนึ่งฟังก์ชั่นขึ้นไป
บทบาทและหน้าที่ทางชีวภาพของสารประกอบต่างๆ ต่างกัน ในฐานะที่เป็นสารที่มีโครงสร้างทางเคมีจำเพาะ โปรตีนแต่ละชนิดมีหน้าที่เฉพาะอย่างสูง ในบางกรณีเท่านั้นที่สามารถทำการเชื่อมต่อหลาย ๆ อย่างพร้อมกัน ตัวอย่างเช่น อะดรีนาลีนซึ่งผลิตในไขกระดูกต่อมหมวกไตเข้าสู่กระแสเลือดเพิ่มความดันโลหิตและการใช้ออกซิเจนน้ำตาลในเลือด นอกจากนี้ยังเป็นตัวกระตุ้นการเผาผลาญอาหาร และในสัตว์เลือดเย็น มันยังเป็นตัวกลางของระบบประสาทอีกด้วย อย่างที่คุณเห็น มันทำหน้าที่หลายอย่างพร้อมกัน
ฟังก์ชันเอนไซม์ (ตัวเร่งปฏิกิริยา)
ปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่หลากหลายที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตจะดำเนินการในสภาวะที่ไม่รุนแรง โดยที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับ 40°C และค่า pH นั้นเกือบจะเป็นกลาง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้อัตราการไหลจำนวนมากนั้นเล็กน้อย ดังนั้นเพื่อให้เกิดการรับรู้จำเป็นต้องมีเอนไซม์ - ตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพพิเศษ ปฏิกิริยาเกือบทั้งหมด ยกเว้นโฟโตไลซิสของน้ำ ถูกกระตุ้นในสิ่งมีชีวิตด้วยเอนไซม์ องค์ประกอบเหล่านี้อาจเป็นโปรตีนหรือสารเชิงซ้อนของโปรตีนที่มีโคแฟกเตอร์ (โมเลกุลอินทรีย์หรือไอออนของโลหะ) เอ็นไซม์ทำหน้าที่คัดเลือกอย่างมากโดยเริ่มกระบวนการที่จำเป็น ดังนั้น ฟังก์ชันตัวเร่งปฏิกิริยาที่กล่าวถึงข้างต้นจึงเป็นหนึ่งในฟังก์ชันของโปรตีน อย่างไรก็ตาม บทบาททางชีวภาพของสารประกอบเหล่านี้ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการนำไปใช้ มีคุณสมบัติอื่น ๆ อีกมากมายที่เราจะดูที่ด้านล่าง
ฟังก์ชั่นการขนส่ง
สำหรับการมีอยู่ของเซลล์ จำเป็นต้องมีสารจำนวนมากเข้าไปในเซลล์ ซึ่งให้พลังงานและวัสดุก่อสร้างแก่เซลล์ เยื่อหุ้มชีวภาพทั้งหมดถูกสร้างขึ้นร่วมกันหลักการ. นี่คือไขมันสองชั้นโปรตีนถูกแช่อยู่ในนั้น ในเวลาเดียวกันบริเวณที่ชอบน้ำของโมเลกุลขนาดใหญ่จะกระจุกตัวอยู่ที่พื้นผิวของเยื่อหุ้มเซลล์และ "หาง" ที่ไม่ชอบน้ำจะมีความเข้มข้นในความหนา โครงสร้างนี้ยังคงไม่สามารถซึมผ่านไปยังส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่ กรดอะมิโน น้ำตาล ไอออนของโลหะอัลคาไล การแทรกซึมขององค์ประกอบเหล่านี้เข้าสู่เซลล์เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของการขนส่งโปรตีนที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียมีโปรตีนพิเศษที่ขนส่งแลคโตส (น้ำตาลนม) ผ่านเยื่อหุ้มชั้นนอก
สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์มีระบบขนส่งสารต่างๆ จากอวัยวะหนึ่งไปยังอีกอวัยวะหนึ่ง เรากำลังพูดถึงเฮโมโกลบินเป็นหลัก (ภาพด้านบน) นอกจากนี้ซีรั่มอัลบูมิน (โปรตีนขนส่ง) ยังมีอยู่ในเลือดอย่างต่อเนื่อง มันมีความสามารถในการสร้างคอมเพล็กซ์ที่แข็งแกร่งด้วยกรดไขมันที่เกิดขึ้นระหว่างการย่อยไขมันรวมถึงกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำจำนวนมาก (เช่นทริปโตเฟน) และยาหลายชนิด (ยาเพนนิซิลลินบางตัวซัลโฟนาไมด์แอสไพริน) Transferrin ซึ่งเป็นสื่อกลางในการขนส่งไอออนเหล็กในร่างกายเป็นอีกตัวอย่างหนึ่ง เราสามารถพูดถึงเซรูพลาสมินซึ่งมีไอออนของทองแดงได้เช่นกัน ดังนั้นเราจึงได้พิจารณาถึงฟังก์ชันการขนส่งที่โปรตีนดำเนินการ บทบาททางชีวภาพของพวกมันก็มีความสำคัญมากจากมุมมองนี้
ฟังก์ชั่นตัวรับ
โปรตีนรีเซพเตอร์มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะต่อการช่วยชีวิตของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ พวกมันถูกสร้างขึ้นในเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์พลาสม่าและทำหน้าที่รับรู้และแปลงสัญญาณที่เข้าสู่เซลล์ต่อไป ในกรณีนี้ สัญญาณสามารถเป็นได้ทั้งจากเซลล์อื่นและจากสิ่งแวดล้อม ปัจจุบันมีการศึกษาตัวรับ Acetylcholine มากที่สุด พวกเขาอยู่ในการติดต่อภายในจำนวนมากบนเยื่อหุ้มเซลล์รวมถึงที่ทางแยกของกล้ามเนื้อและกล้ามเนื้อในเปลือกสมอง โปรตีนเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับอะเซทิลโคลีนและส่งสัญญาณไปยังเซลล์
สารสื่อประสาทเพื่อรับสัญญาณและแปลงสัญญาณจะต้องถูกถอดออกเพื่อให้เซลล์มีโอกาสเตรียมพร้อมสำหรับการรับรู้สัญญาณเพิ่มเติม ด้วยเหตุนี้จึงใช้ acetylcholinesterase ซึ่งเป็นเอนไซม์พิเศษที่กระตุ้นการไฮโดรไลซิสของ acetylcholine เป็นโคลีนและอะซิเตท จริงหรือไม่ที่หน้าที่ของตัวรับที่โปรตีนทำอยู่นั้นสำคัญมากเช่นกัน? บทบาททางชีวภาพของหน้าที่ปกป้องต่อไปสำหรับร่างกายนั้นยิ่งใหญ่มาก เราไม่สามารถเห็นด้วยกับสิ่งนี้ได้
ฟังก์ชั่นการป้องกัน
ในร่างกาย ระบบภูมิคุ้มกันตอบสนองต่อการปรากฏตัวของสิ่งแปลกปลอมในร่างกายโดยการผลิตเซลล์ลิมโฟไซต์จำนวนมาก พวกเขาสามารถทำลายองค์ประกอบที่เลือกได้ อนุภาคแปลกปลอมดังกล่าวอาจเป็นเซลล์มะเร็ง แบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรค อนุภาคซูเปอร์โมเลกุล (macromolecules ไวรัส ฯลฯ) B-lymphocytes เป็นกลุ่มของลิมโฟไซต์ที่ผลิตโปรตีนพิเศษ โปรตีนเหล่านี้จะถูกปล่อยเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิต พวกเขารู้จักอนุภาคแปลกปลอม ในขณะสร้างความซับซ้อนที่จำเพาะสูงในขั้นตอนการทำลายล้าง โปรตีนเหล่านี้เรียกว่าอิมมูโนโกลบูลิน สารแปลกปลอมเรียกว่าแอนติเจนที่กระตุ้นการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน
ฟังก์ชั่นโครงสร้าง
นอกจากโปรตีนที่ทำหน้าที่เฉพาะอย่างสูงแล้ว ยังมีโปรตีนที่มีความสำคัญเป็นโครงสร้างเป็นหลักด้วย ต้องขอบคุณพวกมันที่ทำให้มีความแข็งแรงเชิงกลรวมถึงคุณสมบัติอื่น ๆ ของเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต โปรตีนเหล่านี้รวมถึงอย่างแรกเลยคือคอลลาเจน คอลลาเจน (ภาพด้านล่าง) ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประกอบด้วยโปรตีนประมาณหนึ่งในสี่ของมวล มันถูกสังเคราะห์ในเซลล์หลักที่ประกอบเป็นเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน (เรียกว่าไฟโบรบลาสต์)
ในขั้นต้น คอลลาเจนจะก่อตัวเป็นโปรคอลลาเจน ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของคอลลาเจน โดยผ่านกระบวนการทางเคมีในไฟโบรบลาสต์ จากนั้นจึงสร้างเป็นสายโซ่โพลีเปปไทด์สามสายบิดเป็นเกลียว พวกเขารวมกันอยู่นอกไฟโบรบลาสต์เป็นเส้นใยคอลลาเจนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายร้อยนาโนเมตร หลังสร้างเส้นใยคอลลาเจนซึ่งสามารถมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ในเนื้อเยื่อยืดหยุ่น (ผนังปอด หลอดเลือด ผิวหนัง) เมทริกซ์นอกเซลล์ นอกจากคอลลาเจนแล้ว ยังมีโปรตีนอีลาสตินอีกด้วย มันสามารถยืดออกไปได้ค่อนข้างกว้างแล้วกลับสู่สภาพเดิม อีกตัวอย่างหนึ่งของโปรตีนโครงสร้างที่สามารถให้ที่นี่คือซิลค์ไฟโบรอิน มันถูกแยกออกในระหว่างการก่อตัวของดักแด้ของหนอนไหม เป็นส่วนประกอบหลักของเส้นไหม มาดูคำอธิบายของโปรตีนยนต์กัน
โปรตีนมอเตอร์
และในการดำเนินการตามกระบวนการของมอเตอร์ บทบาททางชีวภาพของโปรตีนนั้นยอดเยี่ยมมาพูดสั้นๆ เกี่ยวกับฟังก์ชันนี้กัน การหดตัวของกล้ามเนื้อเป็นกระบวนการที่พลังงานเคมีถูกแปลงเป็นงานทางกล ผู้เข้าร่วมโดยตรงคือโปรตีนสองชนิดคือไมโอซินและแอคติน Myosin มีโครงสร้างที่ผิดปกติมาก ประกอบด้วยหัวกลมสองหัวและหาง (ส่วนใยยาว) ประมาณ 1600 นาโนเมตรคือความยาวของหนึ่งโมเลกุล หัวคิดประมาณ 200 นาโนเมตร
Actin (ในภาพด้านบน) เป็นโปรตีนทรงกลมที่มีน้ำหนักโมเลกุล 42,000 มันสามารถรวมตัวเพื่อสร้างโครงสร้างที่ยาวและโต้ตอบในรูปแบบนี้กับหัว myosin คุณลักษณะที่สำคัญของกระบวนการนี้คือการพึ่งพาการมีอยู่ของ ATP หากความเข้มข้นของมันสูงเพียงพอ คอมเพล็กซ์ที่เกิดจากไมโอซินและแอคตินจะถูกทำลาย จากนั้นจะกลับคืนสู่สภาพเดิมอีกครั้งหลังจากการไฮโดรไลซิสของ ATP เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการกระทำของ myosin ATPase กระบวนการนี้สามารถสังเกตได้ ตัวอย่างเช่น ในสารละลายที่มีโปรตีนทั้งสองอยู่ มีความหนืดอันเป็นผลมาจากการก่อตัวของสารเชิงซ้อนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงในกรณีที่ไม่มี ATP เมื่อเติมเข้าไป ความหนืดจะลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการทำลายของสารเชิงซ้อนที่สร้างขึ้น หลังจากนั้นค่อย ๆ เริ่มฟื้นตัวจากการไฮโดรไลซิสของ ATP ในกระบวนการหดตัวของกล้ามเนื้อ ปฏิกิริยาเหล่านี้มีบทบาทสำคัญมาก
ยาปฏิชีวนะ
เรายังคงเปิดเผยหัวข้อ "บทบาททางชีวภาพของโปรตีนในร่างกาย" กลุ่มใหญ่และสำคัญมากสารประกอบธรรมชาติประกอบขึ้นเป็นสารที่เรียกว่ายาปฏิชีวนะ พวกมันมีต้นกำเนิดจากจุลินทรีย์ สารเหล่านี้หลั่งมาจากจุลินทรีย์ชนิดพิเศษ บทบาททางชีวภาพของกรดอะมิโนและโปรตีนเป็นสิ่งที่ไม่อาจโต้แย้งได้ แต่ยาปฏิชีวนะมีหน้าที่พิเศษและสำคัญมาก ยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่แข่งขันกับพวกมัน ในปี 1940 การค้นพบและการใช้ยาปฏิชีวนะได้ปฏิวัติการรักษาโรคติดเชื้อที่เกิดจากแบคทีเรีย ควรสังเกตว่าในกรณีส่วนใหญ่ ยาปฏิชีวนะไม่สามารถทำงานกับไวรัสได้ ดังนั้นการใช้มันเป็นยาต้านไวรัสจึงไม่ได้ผล
ตัวอย่างยาปฏิชีวนะ
กลุ่มเพนิซิลลินเป็นคนแรกที่ถูกนำไปปฏิบัติ ตัวอย่างของกลุ่มนี้คือแอมพิซิลลินและเบนซิลเพนิซิลลิน ยาปฏิชีวนะมีความหลากหลายในกลไกการออกฤทธิ์และลักษณะทางเคมี สารบางชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันมีปฏิสัมพันธ์กับไรโบโซมของมนุษย์ ในขณะที่การสังเคราะห์โปรตีนถูกยับยั้งในไรโบโซมของแบคทีเรีย ในเวลาเดียวกัน พวกมันแทบจะไม่มีปฏิสัมพันธ์กับไรโบโซมของยูคาริโอต ดังนั้นจึงเป็นอันตรายต่อเซลล์แบคทีเรีย และเป็นพิษเล็กน้อยต่อสัตว์และมนุษย์ ยาปฏิชีวนะเหล่านี้รวมถึงสเตรปโตมัยซินและเลโวมัยซิติน (คลอแรมเฟนิคอล)
บทบาททางชีวภาพของการสังเคราะห์โปรตีนมีความสำคัญมาก และกระบวนการนี้เองมีหลายขั้นตอน เราจะพูดถึงมันในแง่ทั่วไปเท่านั้น
กระบวนการและบทบาททางชีวภาพของการสังเคราะห์โปรตีน
ขั้นตอนนี้มีหลายขั้นตอนและซับซ้อนมาก มันเกิดขึ้นในไรโบโซม -ออร์แกเนลล์พิเศษ เซลล์ประกอบด้วยไรโบโซมจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น E. coli มีประมาณ 20,000 ตัว
"อธิบายกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนและบทบาททางชีวภาพของมัน" - งานดังกล่าวที่พวกเราหลายคนได้รับในโรงเรียน และสำหรับหลาย ๆ คนมันเป็นเรื่องยาก เรามาลองคิดกันดู
โปรตีนโมเลกุลเป็นสายโซ่โพลีเปปไทด์ ประกอบด้วยกรดอะมิโนแต่ละชนิดตามที่คุณรู้อยู่แล้ว อย่างไรก็ตามหลังมีการใช้งานไม่เพียงพอ เพื่อรวมและสร้างโมเลกุลโปรตีน พวกมันต้องการการกระตุ้น มันเกิดขึ้นจากการกระทำของเอนไซม์พิเศษ กรดอะมิโนแต่ละชนิดมีเอ็นไซม์ที่ปรับแต่งมาโดยเฉพาะ แหล่งพลังงานสำหรับกระบวนการนี้คือ ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) ผลจากการกระตุ้น กรดอะมิโนจะทำงานได้ดีขึ้นและจับตัวกันภายใต้การกระทำของเอนไซม์นี้กับ t-RNA ซึ่งจะถ่ายโอนไปยังไรโบโซม (เพราะเหตุนี้ RNA นี้จึงเรียกว่าการขนส่ง) ดังนั้นกรดอะมิโนที่ถูกกระตุ้นซึ่งเชื่อมต่อกับ tRNA จะเข้าสู่ไรโบโซม ไรโบโซมเป็นสายพานลำเลียงชนิดหนึ่งสำหรับประกอบสายโปรตีนจากกรดอะมิโนที่เข้ามา
บทบาทของการสังเคราะห์โปรตีนนั้นยากที่จะประเมินค่าสูงไป เนื่องจากสารประกอบที่สังเคราะห์ได้ทำหน้าที่สำคัญมาก โครงสร้างเซลล์เกือบทั้งหมดประกอบด้วยโครงสร้างเหล่านี้
ดังนั้น เราได้อธิบายในแง่ทั่วไปเกี่ยวกับกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนและบทบาททางชีวภาพของมัน นี่เป็นการสรุปการแนะนำโปรตีนของเรา เราหวังว่าคุณจะมีความปรารถนาที่จะดำเนินการต่อ
