Valgud, mille bioloogilist rolli täna käsitletakse, on aminohapetest koosnevad makromolekulaarsed ühendid. Kõigi teiste orgaaniliste ühendite hulgas on need oma struktuurilt ühed keerulisemad. Elementaarkoostise järgi erinevad valgud rasvadest ja süsivesikutest: lisaks hapnikule, vesinikule ja süsinikule sisaldavad need ka lämmastikku. Lisaks on väävel kõige olulisemate valkude asendamatu komponent ning mõned sisaldavad joodi, rauda ja fosforit.
Valkude bioloogiline roll on väga kõrge. Just need ühendid moodustavad suurema osa protoplasma massist, aga ka elusrakkude tuumad. Valke leidub kõigis loom- ja taimeorganismides.
Üks või mitu funktsiooni
Nende erinevate ühendite bioloogiline roll ja funktsioonid on erinevad. Spetsiifilise keemilise struktuuriga ainena täidab iga valk väga spetsiifilist funktsiooni. Ainult mõnel juhul suudab see korraga täita mitut omavahel ühendatud. Näiteks adrenaliin, mida toodetakse medullasneerupealised, sattudes vereringesse, suurendab vererõhku ja hapnikutarbimist, veresuhkrut. Lisaks on see ainevahetuse stimulaator ja külmaverelistel loomadel ka närvisüsteemi vahendaja. Nagu näete, täidab see korraga paljusid funktsioone.
Ensümaatiline (katalüütiline) funktsioon
Elusorganismides toimuvad mitmekesised biokeemilised reaktsioonid toimuvad kergetes tingimustes, kus temperatuur on ligi 40°C ja pH väärtused on peaaegu neutraalsed. Nendes tingimustes on paljude nende voolukiirused tühised. Seetõttu on nende realiseerimiseks vaja ensüüme - spetsiaalseid bioloogilisi katalüsaatoreid. Peaaegu kõiki reaktsioone, välja arvatud vee fotolüüs, katalüüsivad elusorganismides ensüümid. Need elemendid on kas valgud või valkude kompleksid kofaktoriga (orgaaniline molekul või metalliioon). Ensüümid toimivad väga selektiivselt, käivitades vajaliku protsessi. Seega on ülalpool käsitletud katalüütiline funktsioon üks neist, mida valgud täidavad. Nende ühendite bioloogiline roll ei piirdu siiski nende rakendamisega. Allpool vaatleme veel palju funktsioone.
Transpordifunktsioon
Raku eksisteerimiseks on vajalik, et sellesse siseneks palju aineid, mis varustavad seda energia ja ehitusmaterjaliga. Kõik bioloogilised membraanid on ehitatud ühisessepõhimõte. See on kahekordne lipiidide kiht, valgud on sellesse sukeldatud. Samal ajal on makromolekulide hüdrofiilsed piirkonnad koondunud membraanide pinnale ja hüdrofoobsed "sabad" on koondunud nende paksusele. See struktuur jääb mitteläbilaskvaks olulistele komponentidele: aminohapetele, suhkrutele, leelismetalliioonidele. Nende elementide tungimine rakku toimub rakumembraani põimitud transportvalkude abil. Näiteks bakteritel on spetsiaalne valk, mis transpordib laktoosi (piimasuhkrut) läbi välismembraani.
Mitmerakulistel organismidel on süsteem erinevate ainete transportimiseks ühest elundist teise. Me räägime eelkõige hemoglobiinist (ülal pildil). Lisaks on vereplasmas pidev alt seerumi albumiin (transportvalk). Sellel on võime moodustada tugevaid komplekse rasvade seedimisel tekkivate rasvhapetega, aga ka mitmete hüdrofoobsete aminohapetega (näiteks trüptofaaniga) ja paljude ravimitega (mõned penitsilliinid, sulfoonamiidid, aspiriin). Transferriin, mis vahendab rauaioonide transporti kehas, on veel üks näide. Mainida võib ka tseruplasmiini, mis kannab vaseioone. Niisiis oleme kaalunud transpordifunktsiooni, mida valgud täidavad. Sellest vaatenurgast on väga oluline ka nende bioloogiline roll.
Retseptori funktsioon
Retseptorvalgud on väga olulised, eriti mitmerakuliste organismide elu toetamiseks. Need on sisse ehitatudplasma rakumembraani ning aitavad tajuda ja edasi muuta rakku sisenevaid signaale. Sel juhul võivad signaalid olla nii teistest rakkudest kui ka keskkonnast. Atsetüülkoliini retseptoreid on praegu kõige rohkem uuritud. Need paiknevad mitmetes interneuronaalsetes kontaktides rakumembraanil, sealhulgas neuromuskulaarsetes ristmikes, ajukoores. Need valgud interakteeruvad atsetüülkoliiniga ja edastavad signaali rakku.
Neurotransmitter signaali vastuvõtmiseks ja selle teisendamiseks tuleb eemaldada, et rakul oleks võimalus valmistuda edasiste signaalide tajumiseks. Selleks kasutatakse atsetüülkoliinesteraasi – spetsiaalset ensüümi, mis katalüüsib atsetüülkoliini hüdrolüüsi koliiniks ja atsetaadiks. Kas pole tõsi, et retseptorite funktsioon, mida valgud täidavad, on samuti väga oluline? Järgmise, keha kaitsva funktsiooni bioloogiline roll on tohutu. Sellega lihts alt ei saa nõustuda.
Kaitsefunktsioon
Kehas reageerib immuunsüsteem võõrosakeste ilmumisele organismis suure hulga lümfotsüütide tootmisega. Nad on võimelised kahjustama elemente valikuliselt. Sellised võõrosakesed võivad olla vähirakud, patogeensed bakterid, supramolekulaarsed osakesed (makromolekulid, viirused jne). B-lümfotsüüdid on lümfotsüütide rühm, mis toodab spetsiaalseid valke. Need valgud vabanevad vereringesüsteemi. Nad tunnevad ära võõrosakesed, moodustades samal ajal hävitamise etapis väga spetsiifilise kompleksi. Neid valke nimetatakse immunoglobuliinideks. Võõraineid nimetatakse antigeenideks.mis käivitavad immuunsüsteemi vastuse.
Struktuurifunktsioon
Lisaks valkudele, mis täidavad väga spetsiifilisi funktsioone, on ka neid, mille tähtsus on peamiselt struktuurne. Tänu neile tagatakse mehaaniline tugevus, aga ka muud elusorganismide kudede omadused. Need valgud hõlmavad ennekõike kollageeni. Kollageen (alloleval pildil) moodustab imetajatel umbes veerandi valkude massist. Seda sünteesitakse põhirakkudes, mis moodustavad sidekoe (nn fibroblastid).
Esialgu moodustub kollageen prokollageenina – selle eelkäijana, mida töödeldakse fibroblastides keemiliselt. Seejärel moodustub see kolme polüpeptiidahela kujul, mis on keeratud spiraaliks. Need ühinevad juba väljaspool fibroblaste mitmesaja nanomeetrise läbimõõduga kollageenfibrillideks. Viimased moodustavad kollageenfilamente, mida on juba mikroskoobi all näha. Elastsetes kudedes (kopsuseinad, veresooned, nahk) sisaldab rakuväline maatriks lisaks kollageenile ka valku elastiini. See võib ulatuda üsna laias vahemikus ja seejärel naasta algsesse olekusse. Veel üks näide struktuursest valgust, mida siin võib tuua, on siidfibroiin. See isoleeritakse siidiussi rööviku nuku moodustumise ajal. See on siidniitide põhikomponent. Liigume edasi motoorsete valkude kirjelduse juurde.
Motoorsed valgud
Ja motoorsete protsesside elluviimisel on valkude bioloogiline roll suur. Räägime lühid alt sellest funktsioonist. Lihaste kokkutõmbumine on protsess, mille käigus keemiline energia muundatakse mehaaniliseks tööks. Selle otsesed osalejad on kaks valku - müosiin ja aktiin. Müosiinil on väga ebatavaline struktuur. See moodustub kahest kerakujulisest peast ja sabast (pikk filamentne osa). Umbes 1600 nm on ühe molekuli pikkus. Pead moodustavad ligikaudu 200 nm.
Aktiin (ülal pildil) on kerakujuline valk, mille molekulmass on 42 000. See võib polümeriseerida, moodustades pika struktuuri ja suhelda sellisel kujul müosiinipeaga. Selle protsessi oluline tunnus on selle sõltuvus ATP olemasolust. Kui selle kontsentratsioon on piisav alt kõrge, siis müosiini ja aktiini moodustatud kompleks hävib ning seejärel taastatakse see uuesti pärast ATP hüdrolüüsi toimumist müosiini ATPaasi toimel. Seda protsessi saab jälgida näiteks lahuses, milles on mõlemad valgud. See muutub viskoosseks, kuna ATP puudumisel moodustub suure molekulmassiga kompleks. Selle lisamisel väheneb viskoossus järsult tekkinud kompleksi hävimise tõttu, misjärel hakkab see ATP hüdrolüüsi tulemusena järk-järgult taastuma. Lihaste kokkutõmbumise protsessis mängivad need vastasmõjud väga olulist rolli.
Antibiootikumid
Jätkame teema "Valkude bioloogiline roll organismis" paljastamist. Väga suur ja väga oluline seltskondlooduslikud ühendid moodustavad aineid, mida nimetatakse antibiootikumideks. Need on mikroobse päritoluga. Neid aineid eritavad teatud tüüpi mikroorganismid. Aminohapete ja valkude bioloogiline roll on vaieldamatu, kuid antibiootikumid täidavad erilist, väga olulist funktsiooni. Nad pärsivad nendega konkureerivate mikroorganismide kasvu. 1940. aastatel muutis antibiootikumide avastamine ja kasutamine revolutsiooni bakterite põhjustatud nakkushaiguste ravis. Tuleb märkida, et enamikul juhtudel ei tööta antibiootikumid viiruste puhul, mistõttu on nende kasutamine viirusevastaste ravimitena ebaefektiivne.
Antibiootikumide näited
Penitsilliinirühm võeti esimesena kasutusele. Selle rühma näideteks on ampitsilliin ja bensüülpenitsilliin. Antibiootikumid on oma toimemehhanismi ja keemilise olemuse poolest mitmekesised. Mõned neist, mida tänapäeval laialdaselt kasutatakse, interakteeruvad inimese ribosoomidega, samas kui valkude süntees on bakteriaalsetes ribosoomides pärsitud. Samal ajal ei suhtle nad peaaegu üldse eukarüootsete ribosoomidega. Seetõttu on need bakterirakkudele hävitavad ning loomadele ja inimestele kergelt toksilised. Nende antibiootikumide hulka kuuluvad streptomütsiin ja levomütsetiin (klooramfenikool).
Valkude biosünteesi bioloogiline roll on väga oluline ja sellel protsessil endal on mitu etappi. Me räägime sellest ainult üldiselt.
Valkude biosünteesi protsess ja bioloogiline roll
See protsess on mitmeastmeline ja väga keeruline. See esineb ribosoomides -spetsiaalsed organellid. Rakk sisaldab palju ribosoome. Näiteks bakteris E. coli on neid umbes 20 tuhat.
"Kirjeldage valkude biosünteesi protsessi ja selle bioloogilist rolli" – sellise ülesande said paljud meist koolis. Ja paljude jaoks on see olnud raske. Noh, proovime selle koos välja mõelda.
Valgu molekulid on polüpeptiidahelad. Need koosnevad, nagu te juba teate, üksikutest aminohapetest. Viimased pole aga piisav alt aktiivsed. Valgumolekuli ühendamiseks ja moodustamiseks vajavad nad aktiveerimist. See tekib spetsiaalsete ensüümide toime tulemusena. Igal aminohappel on oma ensüüm, mis on sellele spetsiaalselt häälestatud. Selle protsessi energiaallikaks on ATP (adenosiintrifosfaat). Aktiveerimise tulemusena muutub aminohape labiilsemaks ja seondub selle ensüümi toimel t-RNA-ga, mis kannab selle üle ribosoomi (selle tõttu nimetatakse seda RNA-d transpordiks). Seega sisenevad tRNA-ga seotud aktiveeritud aminohapped ribosoomi. Ribosoom on omamoodi konveier valguahelate kokkupanemiseks sissetulevatest aminohapetest.
Valgusünteesi rolli on raske ülehinnata, kuna sünteesitud ühendid täidavad väga olulisi funktsioone. Peaaegu kõik rakustruktuurid koosnevad neist.
Niisiis, oleme kirjeldanud üldiselt valkude biosünteesi protsessi ja selle bioloogilist rolli. See lõpetab meie valkude tutvustuse. Loodame, et teil on soov seda jätkata.
