Valkude funktsioonid kehas. Signaali funktsioon
valgu molekulid võib olla väga mitmekesine. Ja molekulide mitmekesisus määrab omakorda nende funktsioonide mitmekesisuse.
Valkude tuntuim funktsioon organismis on katalüüs mitmesugused keemilised reaktsioonid. Ensüümid on valgud, millel on spetsiifilised katalüütilised omadused, st iga ensüüm katalüüsib ühte või mitut sarnast reaktsiooni. Ensüümid katalüüsivad lõhustamisreaktsioone komplekssed molekulid(katabolism) ja nende süntees (anabolism), sealhulgas DNA replikatsioon ja parandamine ning RNA matriitsi süntees. 2013. aastaks oli kirjeldatud üle 5000 ensüümi. Reaktsiooni kiirenemine ensümaatilise katalüüsi tulemusena võib olla tohutu: näiteks ensüümi orotidiin-5"-fosfaatdekarboksülaasi poolt katalüüsitav reaktsioon kulgeb 1017 korda kiiremini kui katalüüsimata reaktsioon (orooti dekarboksüülimise poolreaktsiooniperiood). hape on 78 miljonit aastat ilma ensüümita ja 18 millisekundit ensüümi osalusel).Molekule , mis kinnituvad ensüümi külge ja muutuvad reaktsiooni tulemusena, nimetatakse substraatideks.
Kuigi ensüümid koosnevad tavaliselt sadadest aminohappejääkidest, interakteeruvad vaid väike osa neist substraadiga ja veelgi vähem – keskmiselt 3-4 aminohappejääki, mis asuvad sageli üksteisest kaugel. esmane struktuur on otseselt seotud katalüüsiga. Seda ensüümi molekuli osa, mis tagab substraadi sidumise ja katalüüsi, nimetatakse aktiivseks saidiks.
Struktuurne tsütoskeleti valgud, nagu omamoodi armatuur, annavad rakkudele ja paljudele organellidele kuju ning osalevad rakkude kuju muutmises. Enamus struktuursed valgud on filamentsed: näiteks aktiini ja tubuliini monomeerid on globulaarsed lahustuvad valgud, kuid pärast polümerisatsiooni moodustavad need pikad filamentid, mis moodustavad tsütoskeleti, mis võimaldab rakul oma kuju säilitada. Kollageen ja elastiin on rakkudevahelise aine põhikomponendid sidekoe(näiteks kõhred) ning juuksed, küüned, linnusuled ja mõned kestad koosnevad teisest struktuurvalgust, keratiinist.
Neid on mitut tüüpi kaitsev valgu funktsioonid:
1. Füüsiline kaitse. Organismi füüsilise kaitse tagab kollageen – valk, mis moodustab sidekudede (sh luude, kõhrede, kõõluste ja naha sügavate kihtide (dermis)) rakkudevahelise aine aluse; keratiin, mis moodustab sarvjas kilpide, juuste, sulgede, sarvede ja muude epidermise derivaatide aluse. Tavaliselt peetakse selliseid valke struktuurse funktsiooniga valkudeks. Selle rühma valkude näideteks on fibrinogeenid ja trombiinid, mis osalevad vere hüübimises.
2. Keemiline kaitse. Toksiinide seondumine valgu molekulidega võib tagada nende detoksifitseerimise. Inimestel on võõrutustegevuses eriti oluline roll maksaensüümidel, mis lagundavad mürke või muudavad need lahustuvaks vormiks, mis aitab kaasa nende kiirele organismist eemaldamisele.
3. Immuunkaitse. Verd ja muid bioloogilisi vedelikke moodustavad valgud osalevad organismi kaitsereaktsioonis nii patogeenide kahjustuste kui ka rünnakute korral. Komplemendisüsteemi valgud ja antikehad (immunoglobuliinid) kuuluvad teise rühma valkude hulka; need neutraliseerivad baktereid, viirusi või võõrvalke. Antikehad, mis on osa adaptiivsest immuunsussüsteem, liituge tulnukaga antud organism aineid, antigeene ja seeläbi neutraliseerida, suunates need hävimispaikadesse. Antikehad võivad erituda rakkudevahelisse ruumi või kinnituda spetsiaalsete B-lümfotsüütide membraanidele, mida nimetatakse plasmarakkudeks.
Lahustuvad valgud, mis on seotud transport väikesed molekulid, peaks olema kõrge afiinsusega substraadi suhtes, kui seda esineb suures kontsentratsioonis, ja need peaksid kergesti vabanema madala substraadikontsentratsiooniga kohtades. Transpordivalkude näide on hemoglobiin, mis kannab hapnikku kopsudest teistesse kudedesse ja süsinikdioksiid kudedest kopsudesse, samuti homoloogseid valke, mida leidub kõigis elusorganismide kuningriikides.
Mõned membraanivalgud osalevad väikeste molekulide transportimisel läbi rakumembraani, muutes selle läbilaskvust. Membraani lipiidkomponent on veekindel (hüdrofoobne), mis takistab polaarsete või laetud (ioonide) molekulide difusiooni. Membraani transpordivalgud liigitatakse tavaliselt kanalivalkudeks ja kandevalkudeks. Kanalivalgud sisaldavad sisemisi veega täidetud poore, mis võimaldavad ioonidel (ioonkanalite kaudu) või veemolekulidel (akvaporiinide kaudu) liikuda läbi membraani. Paljud ioonkanalid on spetsialiseerunud ainult ühe iooni transportimiseks; seega eristavad kaaliumi- ja naatriumikanalid sageli neid sarnaseid ioone ja lasevad neist läbi ainult ühe. Kandjavalgud seovad sarnaselt ensüümidega iga molekuli või iooni, mida nad kannavad, ja erinevalt kanalitest saavad nad ATP energiat kasutades aktiivselt transportida. Membraani transpordivalkudele võib omistada ka "raku jõujaama" - ATP süntaasi, mis teostab prootoni gradiendi tõttu ATP sünteesi.
Signaali funktsioon valgud - valkude võime toimida signaalainetena, edastades signaale rakkude, kudede, elundite ja organismide vahel. Signaalfunktsiooni kombineeritakse sageli reguleeriva funktsiooniga, kuna paljud rakusisesed regulaatorvalgud teostavad ka signaaliülekannet.
Signaalifunktsiooni täidavad hormoonvalgud, tsütokiinid, kasvufaktorid jne.
Hormoone kantakse veres. Enamik loomseid hormoone on valgud või peptiidid. Hormooni seondumine retseptoriga on signaal, mis käivitab raku vastuse. Hormoonid reguleerivad ainete kontsentratsiooni veres ja rakkudes, kasvu, paljunemist ja muid protsesse. Selliste valkude näide on insuliin, mis reguleerib glükoosi kontsentratsiooni veres.
Rakud suhtlevad üksteisega läbi signaalvalgud edastatakse rakkudevahelise aine kaudu. Selliste valkude hulka kuuluvad näiteks tsütokiinid ja kasvufaktorid.
Tsütokiinid on peptiidi signaalmolekulid. Need reguleerivad rakkudevahelisi interaktsioone, määravad nende ellujäämise, stimuleerivad või pärsivad kasvu, diferentseerumist, funktsionaalset aktiivsust ja apoptoosi, tagavad immuun-, endokriin- ja immuunsüsteemi toimimise koordineerimise. närvisüsteemid. Tsütokiinide näide on kasvaja nekroosifaktor, mis edastab põletikulisi signaale keharakkude vahel.
Valkude signaalimisfunktsioon on valkude võime toimida signaalainetena, edastades signaale rakkude, kudede, elundite ja erinevate organismide vahel. Signaalfunktsiooni kombineeritakse sageli reguleeriva funktsiooniga, kuna paljud rakusisesed regulaatorvalgud teostavad ka signaaliülekannet.
Signaalifunktsiooni täidavad hormoonvalgud, tsütokiinid, kasvufaktorid jne.
Hormoone kantakse veres. Enamik loomseid hormoone on valgud või peptiidid. Hormooni seondumine retseptoriga on signaal, mis käivitab rakus vastuse. Hormoonid reguleerivad ainete kontsentratsiooni veres ja rakkudes, kasvu, paljunemist ja muid protsesse. Selliste valkude näide on insuliin, mis reguleerib glükoosi kontsentratsiooni veres.
Rakud suhtlevad üksteisega, kasutades rakkudevahelise aine kaudu edastatavaid signaalvalke. Selliste valkude hulka kuuluvad näiteks tsütokiinid ja kasvufaktorid.
Tsütokiinid on väikesed peptiidi infomolekulid. Need reguleerivad rakkudevahelist interaktsiooni, määravad nende ellujäämise, stimuleerivad või pärsivad kasvu, diferentseerumist, funktsionaalset aktiivsust ja apoptoosi ning tagavad immuun-, endokriin- ja närvisüsteemi toimimise koordineerimise. Tsütokiinide näide on kasvaja nekroosifaktor, mis edastab põletikusignaale keharakkude vahel.
transpordifunktsioon
Väikeste molekulide transportimisel osalevatel lahustuvatel valkudel peaks olema kõrge afiinsus (afiinsus) substraadi suhtes, kui seda esineb suures kontsentratsioonis, ja seda on lihtne vabastada madala substraadikontsentratsiooniga kohtades. Transpordivalkude näide on hemoglobiin, mis kannab kopsudest hapnikku teistesse kudedesse ja süsihappegaasi kudedest kopsudesse, samuti sellega homoloogseid valke, mida leidub kõigis elusorganismide kuningriikides.
Mõned membraanivalgud osalevad väikeste molekulide transportimisel läbi rakumembraani, muutes selle läbilaskvust. Membraani lipiidkomponent on veekindel (hüdrofoobne), mis takistab polaarsete või laetud (ioonide) molekulide difusiooni. Membraani transpordivalgud liigitatakse tavaliselt kanalivalkudeks ja kandevalkudeks. Kanalivalgud sisaldavad sisemisi veega täidetud poore, mis võimaldavad ioonidel (ioonkanalite kaudu) või veemolekulidel (akvaporiinide kaudu) liikuda läbi membraani. Paljud ioonkanalid on spetsialiseerunud ainult ühe iooni transportimiseks; seega eristavad kaaliumi- ja naatriumikanalid sageli neid sarnaseid ioone ja lasevad neist läbi ainult ühe. Kandjavalgud seovad sarnaselt ensüümidega iga molekuli või iooni, mida nad kannavad, ja erinevalt kanalitest saavad nad ATP energiat kasutades aktiivselt transportida. Membraani transpordivalkudele võib omistada ka "raku jõujaama" - ATP süntaasi, mis teostab prootoni gradiendi tõttu ATP sünteesi.
Varu (varu) funktsioon
Nende valkude hulka kuuluvad nn varuvalgud, mida säilitatakse energia- ja aineallikana taimede seemnetes (näiteks globuliinid 7S ja 11S) ja loomamunades. Organismis kasutatakse aminohapete allikana mitmeid teisi valke, mis omakorda on bioloogilised prekursorid. toimeaineid ainevahetusprotsesside reguleerimine.
Nagu teisedki bioloogilised makromolekulid (polüsahhariidid, lipiidid) ja nukleiinhapped, on valgud kõigi elusorganismide olulised komponendid, nad osalevad enamikes raku eluprotsessides. Valgud viivad läbi ainevahetust ja energiamuutusi. Valgud on osa rakustruktuuridest - organellidest, mis erituvad rakuvälisesse ruumi rakkudevahelise signaalivahetuse, toidu hüdrolüüsi ja rakkudevahelise aine moodustamise eesmärgil.
Tuleb märkida, et valkude klassifitseerimine nende funktsiooni järgi on üsna meelevaldne, sest eukarüootides võib sama valk täita mitmeid funktsioone. Sellise multifunktsionaalsuse hästi uuritud näide on lüsüül-tRNA süntetaas, ensüüm aminoatsüül-tRNA süntetaaside klassist, mis mitte ainult ei seo lüsiini tRNA-ga, vaid reguleerib ka mitmete geenide transkriptsiooni. Valgud täidavad oma ensümaatilise aktiivsuse tõttu paljusid funktsioone. Seega on ensüümideks motoorne valk müosiin, proteiinkinaasi regulaatorvalgud, transportvalk naatrium-kaalium adenosiintrifosfataas jne.
Valkude tuntuim roll organismis on erinevate keemiliste reaktsioonide katalüüs. Ensüümid on spetsiifiliste katalüütiliste omadustega valkude rühm, st iga ensüüm katalüüsib ühte või mitut sarnast reaktsiooni. Ensüümid katalüüsivad kompleksmolekulide lõhenemise reaktsioone (katabolism) ja nende sünteesi (anabolism), samuti DNA replikatsiooni ja parandamist ning RNA matriitsi sünteesi. Tuntud on mitu tuhat ensüümi; nende hulgas, nagu näiteks pepsiin, lagundavad seedimise käigus valke. Translatsioonijärgse modifikatsiooni käigus lisavad või eemaldavad mõned ensüümid teiste valkude keemilisi rühmi. Teada on umbes 4000 valguga katalüüsitud reaktsiooni. Reaktsiooni kiirenemine ensümaatilise katalüüsi tulemusena on mõnikord tohutu: näiteks ensüümi orotaatkarboksülaasi poolt katalüüsitav reaktsioon kulgeb 10 17 korda kiiremini kui katalüüsimata (78 miljonit aastat ilma ensüümita, 18 millisekundit osalusel ensüümist). Molekule, mis kinnituvad ensüümi külge ja muutuvad reaktsiooni tulemusena, nimetatakse substraatideks.
Kuigi ensüümid koosnevad tavaliselt sadadest aminohapetest, interakteeruvad neist substraadiga vaid väike osa ja veelgi vähem – keskmiselt 3-4 aminohapet, mis asuvad sageli primaarses aminohappejärjestuses üksteisest kaugel – on otseselt seotud katalüüs. Ensüümi osa, mis kinnitab substraadi ja sisaldab katalüütilisi aminohappeid, nimetatakse ensüümi aktiivseks saidiks.
struktuurne funktsioon
Tsütoskeleti struktuurvalgud, nagu omamoodi armatuur, annavad kuju rakkudele ja paljudele organellidele ning osalevad rakkude kuju muutmises. Enamik struktuurseid valke on filamentsed valgud: näiteks aktiini ja tubuliini monomeerid on kerakujulised lahustuvad valgud, kuid pärast polümerisatsiooni moodustavad need pikad filamentid, millest moodustub tsütoskelett, mis võimaldab rakul oma kuju säilitada. Kollageen ja elastiin on sidekoe (näiteks kõhre) rakkudevahelise aine põhikomponendid ning juuksed, küüned, linnusuled ja mõned kestad koosnevad teisest struktuurvalgust, keratiinist.
Kaitsefunktsioon
Neid on mitut tüüpi kaitsefunktsioonid valgud:
Füüsiline kaitse. Selles osaleb kollageen - valk, mis moodustab sidekudede (sealhulgas luud, kõhred, kõõlused ja naha sügavad kihid (dermis)) rakkudevahelise aine aluse; keratiin, mis moodustab sarvjas kilpide, juuste, sulgede, sarvede ja muude epidermise derivaatide aluse. Tavaliselt peetakse selliseid valke struktuurse funktsiooniga valkudeks. Selle valkude rühma näideteks on fibrinogeenid ja trombiinid, mis osalevad vere hüübimises.
Keemiline kaitse. Toksiinide seondumine valgu molekulidega võib tagada nende detoksifitseerimise. Inimese detoksikatsioonis on eriti oluline roll maksaensüümidel, mis lagundavad mürke või muudavad need lahustuvaks vormiks, mis aitab kaasa nende kiirele väljutamisele organismist.
Immuunkaitse. Vere ja muude bioloogiliste vedelike moodustavad valgud osalevad organismi kaitsereaktsioonis nii patogeenide kahjustuste kui ka rünnakute korral. Komplemendisüsteemi valgud ja antikehad (immunoglobuliinid) kuuluvad teise rühma valkude hulka; need neutraliseerivad baktereid, viirusi või võõrvalke. Antikehad, mis on osa adaptiivsest immuunsüsteemist, kinnituvad antud organismile võõraste ainete, antigeenide külge ja neutraliseerivad need seeläbi, suunates hävimispaikadesse. Antikehad võivad erituda rakkudevahelisse ruumi või kinnituda spetsiaalsete B-lümfotsüütide, mida nimetatakse plasmarakkudeks, membraanidesse. Kuigi ensüümidel on substraadi suhtes piiratud afiinsus, kuna liigne kinnitumine substraadile võib katalüüsitud reaktsiooni häirida, ei ole antikehade antigeeniga seondumise püsivusel mingeid piiranguid.
Reguleeriv funktsioon
Paljusid rakkude sees toimuvaid protsesse reguleerivad valgumolekulid, mis ei toimi ei energiaallikana ega energiaallikana ehitusmaterjal raku jaoks. Need valgud reguleerivad transkriptsiooni, translatsiooni, splaissimist, aga ka teiste valkude aktiivsust jne. Reguleeriv funktsioon valgud viiakse läbi kas ensümaatilise aktiivsuse (näiteks proteiinkinaasi) tõttu või spetsiifilise seondumise tõttu teiste molekulidega, mis reeglina mõjutab ensüümide koostoimet nende molekulidega.
Seega määrab geenide transkriptsiooni transkriptsioonifaktorite – aktivaatorvalkude ja repressorvalkude – kinnitumine geenide regulatoorsetele järjestustele. Translatsiooni tasandil reguleeritakse paljude mRNA-de lugemist ka valgufaktorite lisamisega ning RNA ja valkude lagundamist teostavad samuti spetsiaalsed valgukompleksid. kriitilist rolli Rakusiseste protsesside reguleerimisel mängivad proteiinkinaasid - ensüümid, mis aktiveerivad või pärsivad teiste valkude aktiivsust, kinnitades neile fosfaatrühmi.
Signaali funktsioon
Peamised artiklid:Valgu signaalimise funktsioon , Hormoonid , Tsütokiinid
Valkude signaalfunktsioon on valkude võime toimida signaalainetena, edastades signaale rakkude, kudede, elundite ja erinevad organismid. Signaalfunktsiooni kombineeritakse sageli reguleeriva funktsiooniga, kuna paljud rakusisesed regulaatorvalgud teostavad ka signaaliülekannet.
Signaalifunktsiooni täidavad hormoonvalgud, tsütokiinid, kasvufaktorid jne.
Hormoone kantakse veres. Enamik loomseid hormoone on valgud või peptiidid. Hormooni seondumine retseptoriga on signaal, mis käivitab rakus vastuse. Hormoonid reguleerivad ainete kontsentratsiooni veres ja rakkudes, kasvu, paljunemist ja muid protsesse. Selliste valkude näide on insuliin, mis reguleerib glükoosi kontsentratsiooni veres.
Rakud suhtlevad üksteisega, kasutades rakkudevahelise aine kaudu edastatavaid signaalvalke. Selliste valkude hulka kuuluvad näiteks tsütokiinid ja kasvufaktorid.
Tsütokiinid on väikesed peptiidi infomolekulid. Need reguleerivad rakkudevahelist interaktsiooni, määravad nende ellujäämise, stimuleerivad või pärsivad kasvu, diferentseerumist, funktsionaalset aktiivsust ja apoptoosi ning tagavad immuun-, endokriin- ja närvisüsteemi toimimise koordineerimise. Tsütokiinide näide on kasvaja nekroosifaktor, mis edastab põletikusignaale keharakkude vahel.
transpordifunktsioon
Peamine artikkel:Valkude transpordifunktsioon
Väikeste molekulide transportimisel osalevatel lahustuvatel valkudel peaks olema kõrge afiinsus (afiinsus) substraadi suhtes, kui seda esineb suures kontsentratsioonis, ja seda on lihtne vabastada madala substraadikontsentratsiooniga kohtades. Transpordivalkude näide on hemoglobiin, mis kannab kopsudest hapnikku teistesse kudedesse ja süsihappegaasi kudedest kopsudesse, samuti sellega homoloogseid valke, mida leidub kõigis elusorganismide kuningriikides.
Mõned membraanivalgud osalevad väikeste molekulide transpordis läbi rakumembraani, muutes selle läbilaskvust Membraani lipiidkomponent on veekindel (hüdrofoobne), mis takistab polaarsete või laetud (ioonide) molekulide difusiooni. Membraani transpordivalgud liigitatakse tavaliselt kanalivalkudeks ja kandevalkudeks. Kanalivalgud sisaldavad sisemisi veega täidetud poore, mis võimaldavad ioonidel (ioonkanalite kaudu) või veemolekulidel (akvaporiinide kaudu) liikuda läbi membraani. Paljud ioonkanalid on spetsialiseerunud ainult ühe iooni transportimiseks; seega eristavad kaaliumi- ja naatriumikanalid sageli neid sarnaseid ioone ja lasevad neist läbi ainult ühe. Kandjavalgud seovad sarnaselt ensüümidega iga molekuli või iooni, mida nad kannavad, ja erinevalt kanalitest saavad nad ATP energiat kasutades aktiivselt transportida. Membraani transpordivalkudele võib omistada ka "raku jõujaama" - ATP süntaasi, mis teostab prootoni gradiendi tõttu ATP sünteesi.
Valkude varu (varu)funktsioon
Nende valkude hulka kuuluvad nn varuvalgud, mis salvestuvad energia- ja aineallikana taimeseemnetes ja loomamunades; tertsiaarsete munakoorte valgud (ovalbumiinid) ja peamine piimavalk (kaseiin) täidavad samuti peamiselt toitumisfunktsiooni. Aminohapete allikana kasutatakse organismis mitmeid teisi valke, mis omakorda on ainevahetusprotsesse reguleerivate bioloogiliselt aktiivsete ainete eelkäijad.
Retseptori funktsioon
Peamine artikkel:Raku retseptor
Valgu retseptorid võivad paikneda tsütoplasmas või olla integreeritud rakumembraan. Retseptormolekuli üks osa saab signaali, mis on enamasti keemiline ja mõnel juhul valgus, mehaaniline mõju(nt venitus) ja muud stiimulid. Kui signaal rakendatakse molekuli teatud osale – retseptorvalgule – tekivad selle konformatsioonilised muutused. Selle tulemusena muutub molekuli teise osa konformatsioon, mis edastab signaali teistele rakukomponentidele. Signalisatsioonimehhanisme on mitu. Mõned retseptorid katalüüsivad teatud keemilist reaktsiooni; teised toimivad ioonkanalitena, mis avanevad või sulguvad signaali rakendamisel; teised seovad spetsiifiliselt rakusiseseid messenger-molekule. Membraaniretseptorites paikneb signaalmolekuliga seonduv molekuli osa raku pinnal ja signaali edastav domeen on sees.
Mootori (mootori) funktsioon
Terve klass motoorseid valke tagab keha liikumise, näiteks lihaste kokkutõmbumise, sealhulgas liikumise (müosiin), rakkude liikumise kehas (näiteks leukotsüütide amööboidne liikumine), ripsmete ja lipulite liikumist, samuti aktiivset ja suunatud rakusisene transport (kinesiin, düneiin). Dyneiinid ja kinesiinid transpordivad molekule mööda mikrotuubuleid, kasutades energiaallikana ATP hüdrolüüsi. Dyneiinid kannavad molekule ja organelle raku perifeersetest osadest tsentrosoomi suunas, kinesiinid - kuni vastassuunas. Dyneiinid vastutavad ka ripsmete ja lippide liikumise eest eukarüootides. Müosiini tsütoplasmaatilised variandid võivad osaleda molekulide ja organellide transpordis läbi mikrofilamentide.
