Valgud on kõige olulisemad orgaanilised ained, mille hulk on ülekaalus kõigi teiste elusrakus leiduvate makromolekulide ees. Need moodustavad üle poole nii taime- kui ka loomorganismide kuivaine massist. Valkude funktsioonid rakus on mitmekesised, osa neist on teadusele veel teadmata. Kuid ikkagi on nende "töö" põhisuunad hästi uuritud. Mõned neist on vajalikud rakkudes ja kudedes toimuvate protsesside stimuleerimiseks. Teised kannavad olulisi mineraalseid ühendeid läbi rakumembraani ja veresoonte kaudu ühest elundist teise. Mõned kaitsevad keha võõraste sageli patogeensete ainete eest. Üks on selge – ükski protsess meie kehas ei toimu ilma valkudeta.
Valkude põhifunktsioonid
Valkude funktsioonid organismis on mitmekesised. Igal rühmal on spetsiifiline kemikaalhoone, teeb ühe spetsialiseeritud "töö". Mõnel juhul on mitut tüüpi valgud omavahel seotud. Nad vastutavad sama protsessi erinevate etappide eest. Või mõjutavad need mitut korraga. Näiteks valkude reguleerivat funktsiooni teostavad ensüümid ja hormoonid. Seda nähtust võib ette kujutada, kui meenutada hormooni adrenaliini. Seda toodab neerupealise medulla. Veresoontesse sisenedes suurendab see hapniku hulka veres. Samuti tõuseb vererõhk, suureneb suhkrusisaldus. See stimuleerib ainevahetusprotsesse. Adrenaliin on ka kalade, kahepaiksete ja roomajate neurotransmitter.
Ensümaatiline funktsioon
Paljud elusorganismide rakkudes toimuvad biokeemilised reaktsioonid viiakse läbi kõrgel temperatuuril ja neutraalse pH väärtusega. Sellistes tingimustes on nende läbimise kiirus liiga madal, mistõttu on vaja spetsiaalseid katalüsaatoreid, mida nimetatakse ensüümideks. Kogu nende mitmekesisus on ühendatud 6 klassi, mis erinevad tegevuse spetsiifilisuse poolest. Ensüümid sünteesitakse rakkudes ribosoomidel. Ensümoloogia teadus tegeleb nende uurimisega.
Kahtlemata on valkude reguleeriv funktsioon võimatu ilma ensüümideta. Neil on kõrge toime selektiivsus. Nende aktiivsust saab reguleerida inhibiitorite ja aktivaatoritega. Lisaks on ensüümidel tavaliselt substraadi spetsiifilisus. Ensümaatiline aktiivsus sõltub ka tingimustest organismis ja eelkõige rakkudes. Nende voolu mõjutavad rõhk, happeline pH, temperatuur, lahuse ioontugevus, stsoola kontsentratsioon tsütoplasmas.
Valgu transpordifunktsioon
Rakk peab pidev alt saama organismile vajalikke mineraal- ja orgaanilisi aineid. Neid on vaja rakkudes ehitusmaterjalide ja energiaallikatena. Kuid nende kättesaamise mehhanism on üsna keeruline. Rakuseinad koosnevad enamast kui lihts alt valkudest. Bioloogilised membraanid on üles ehitatud kahekordse lipiidikihi põhimõttel. Nende vahele on põimitud erinevad valgud. On väga oluline, et hüdrofiilsed piirkonnad paikneksid membraani pinnal, hüdrofoobsed piirkonnad aga selle paksuses. Seega muudab selline struktuur kesta läbimatuks. Nad ei suuda seda ise, ilma "abita" läbida, selliseid olulisi komponente nagu suhkrud, metoolioonid ja aminohapped. Need transporditakse läbi tsütoplasmaatilise membraani tsütoplasmasse spetsiaalsete valkude abil, mis on kinnitatud lipiidikihtidesse.
Ainete transport ühest elundist teise
Kuid valkude transpordifunktsiooni ei teostata ainult rakkudevahelise aine ja raku vahel. Mõned füsioloogiliste protsesside jaoks olulised ained tuleb ühest kehast teise toimetada. Näiteks transpordivalguks veres on seerumi albumiin. Sellel on ainulaadne võime moodustada ühendeid rasvhapetega, mis tekivad rasvade seedimisel, ravimitega, aga ka steroidhormoonidega. Olulised kandjavalgud on hemoglobiin (hapnikumolekulid kohaletoimetamiseks), transferriin (ühendades raua ioonidega) ja tseruplasmiin (moodustab kompleksevask).
Valkude signaalifunktsioon
Retseptorvalgud omavad suurt tähtsust füsioloogiliste protsesside käigus mitmerakulistes kompleksorganismides. Need on sisestatud plasmamembraani. Nende eesmärk on tajuda ja dešifreerida mitmesuguseid signaale, mis sisenevad rakkudesse pideva vooluna mitte ainult naaberkudedest, vaid ka väliskeskkonnast. Praegu on ehk enim uuritud retseptorvalk atsetüülkoliin. See paikneb rakumembraani mitmes neuronaalses ühenduskohas.
Kuid valkude signaalimisfunktsiooni ei teostata ainult rakkude sees. Paljud hormoonid seostuvad nende pinnal olevate spetsiifiliste retseptoritega. Selline moodustunud ühend on signaal, mis aktiveerib rakkudes füsioloogilisi protsesse. Selliste valkude näide on insuliin, mis toimib adenülaattsüklaasi süsteemis.
Kaitsefunktsioon
Valkude funktsioonid rakus on erinevad. Mõned neist osalevad immuunvastustes. See kaitseb keha infektsioonide eest. Immuunsüsteem on võimeline reageerima tuvastatud võõragentidele suure hulga lümfotsüütide sünteesiga. Need ained võivad neid aineid valikuliselt kahjustada, need võivad olla kehale võõrad, näiteks bakterid, supramolekulaarsed osakesed või vähirakud.
Üks rühmadest - "beeta"-lümfotsüüdid - toodab valke, mis sisenevad vereringesse. Neil on väga huvitav funktsioon. Need valgud peavad ära tundma võõrrakud ja makromolekulid. Siis nad ühenduvad nendega,moodustades kompleksi, mis tuleb hävitada. Neid valke nimetatakse immunoglobuliinideks. Võõrkomponendid ise on antigeenid. Ja neile vastavad immunoglobuliinid on antikehad.
Struktuurifunktsioon
Organismis on lisaks kõrgelt spetsialiseerunud valkudele ka struktuursed valgud. Need on vajalikud mehaanilise tugevuse tagamiseks. Need valkude funktsioonid rakus on olulised keha vormi ja nooruse säilitamiseks. Kõige kuulsam on kollageen. See on sidekudede rakuvälise maatriksi peamine valk. Kõrgematel imetajatel on see kuni 1/4 valkude kogumassist. Kollageen sünteesitakse fibroblastides, mis on sidekoe peamised rakud.
Sellised valkude funktsioonid rakus on väga olulised. Lisaks kollageenile on teada veel üks struktuurvalk – elastiin. See on ka rakuvälise maatriksi koostisosa. Elastiin on võimeline andma kudedele võime teatud piirides venitada ja kergesti tagasi oma esialgse kuju. Teine struktuurvalgu näide on fibroiin, mida leidub siidiussi röövikutes. See on siidniitide põhikomponent.
Motoorsed valgud
Valkude rolli rakus ei saa ülehinnata. Nad osalevad ka lihaste töös. Lihaste kokkutõmbumine on oluline füsioloogiline protsess. Selle tulemusena muundatakse makromolekulide kujul talletatud ATP keemiliseks energiaks. Protsessi otsesed osalised on kaks valku – aktiin ja müosiin.
Need motoorsed valgudon filamentsed molekulid, mis toimivad skeletilihaste kontraktiilses süsteemis. Neid leidub ka eukarüootsete rakkude mitte-lihaskoes. Veel üks motoorsete valkude näide on tubuliin. Sellest ehitatakse mikrotuubulid, mis on lippide ja ripsmete oluline element. Tubuliini sisaldavaid mikrotuubuleid leidub ka loomade närvikoe rakkudes.
Antibiootikumid
Valkude kaitsev roll rakus on tohutu. Osa sellest on määratud rühmale, mida tavaliselt nimetatakse antibiootikumideks. Need on loodusliku päritoluga ained, mida reeglina sünteesitakse bakterites, mikroskoopilistes seentes ja muudes mikroorganismides. Need on suunatud teiste konkureerivate organismide füsioloogiliste protsesside allasurumisele. Valgu päritolu antibiootikumid avastati 40ndatel. Nad muutsid meditsiinis revolutsiooni, andes sellele võimsa tõuke arengule.
Antibiootikumid on oma keemilise olemuse poolest väga mitmekesine rühm. Need erinevad ka oma toimemehhanismi poolest. Mõned takistavad valkude sünteesi rakkude sees, teised blokeerivad oluliste ensüümide tootmist, teised pärsivad kasvu ja teised pärsivad paljunemist. Näiteks hästi tuntud streptomütsiin interakteerub bakterirakkude ribosoomidega. Seega aeglustavad nad järsult valkude sünteesi. Samal ajal ei interakteeru need antibiootikumid inimkeha eukarüootsete ribosoomidega. See tähendab, et need ained ei ole kõrgematele imetajatele toksilised.
See ei ole kõik valkude funktsioonid rakus. TabelAntibiootilised ained võimaldavad teil määrata muid väga spetsiifilisi toimeid, mida need spetsiifilised looduslikud ühendid võivad avaldada bakteritele ja mitte ainult. Praegu uuritakse valgulise päritoluga antibiootikume, mis DNA-ga suhtlemisel häirivad päriliku teabe kehastamisega seotud protsesse. Kuid seni on selliseid aineid kasutatud ainult onkoloogiliste haiguste keemiaravis. Sellise antibiootilise aine näiteks on daktinomütsiin, mida sünteesivad aktinomütseedid.
Mürgid
Rakus olevad valgud täidavad väga spetsiifilist ja isegi erakordset funktsiooni. Mitmed elusorganismid toodavad mürgiseid aineid – toksiine. Oma olemuselt on need valgud ja komplekssed madala molekulmassiga orgaanilised ühendid. Näiteks võib tuua kahvatukeseene mürgise viljaliha.
Varu- ja toiduvalgud
Mõned valgud täidavad loomade ja taimede embrüote toitmise funktsiooni. Selliseid näiteid on palju. Valkude tähtsus teraviljaseemnete rakus seisneb just selles. Nad toidavad taime tärkavat idu selle arengu esimestel etappidel. Loomade puhul on toiduvalgud munaalbumiin ja piimakaseiin.
Valkude uurimata omadused
Ül altoodud näited on vaid see osa, mida on juba piisav alt uuritud. Kuid looduses on palju saladusi. Paljude bioloogiliste liikide rakus olevad valgud on ainulaadsed ja praegu isegi klassifitseerivad needraske. Näiteks monelliin on Aafrika taimest avastatud ja eraldatud valk. See maitseb magus alt, kuid ei ole rasvunud ega mürgine. Tulevikus võib see olla suurepärane suhkru asendaja. Teine näide on mõnes arktilises kalas leiduv valk, mis takistab vere külmumist, toimides võrdluse otseses tähenduses antifriisina. Paljudel putukatel leiti tiibade liigestest unikaalse, peaaegu täiusliku elastsusega resiliini valku. Ja need ei ole kõik näited ainetest, mida tuleb veel uurida ja klassifitseerida.
