חלבונים הם החומרים האורגניים החשובים ביותר, שמספרם גובר על כל שאר המקרומולקולות הקיימות בתא חי. הם מהווים יותר ממחצית ממשקל החומר היבש של אורגניזמים צמחיים ובעלי חיים כאחד. תפקידי החלבונים בתא מגוונים, חלקם עדיין לא ידועים למדע. אבל עדיין, הכיוונים העיקריים של "עבודתם" נלמדים היטב. חלקם נחוצים על מנת לעורר את התהליכים המתרחשים בתאים וברקמות. אחרים נושאים תרכובות מינרלים חשובות על פני קרום התא ודרך כלי הדם מאיבר אחד לאחר. חלקם מגינים על הגוף מגורמים זרים לעתים קרובות פתוגניים. דבר אחד ברור - אין תהליך אחד בגופנו מתרחש ללא חלבונים.
פונקציות בסיסיות של חלבונים
תפקידי החלבונים בגוף מגוונים. לכל קבוצה יש כימיקל מסויםבניין, מבצע "עבודה" מיוחדת אחת. במקרים מסוימים, מספר סוגים של חלבונים קשורים זה בזה. הם אחראים על שלבים שונים של אותו תהליך. או שהם משפיעים על כמה בבת אחת. לדוגמה, הפונקציה הרגולטורית של חלבונים מתבצעת על ידי אנזימים והורמונים. ניתן לדמיין תופעה זו על ידי זכירת הורמון האדרנלין. הוא מיוצר על ידי מדוללת יותרת הכליה. כניסה לכלי הדם, היא מגבירה את כמות החמצן בדם. גם לחץ הדם עולה, תכולת הסוכר עולה. זה ממריץ תהליכים מטבוליים. אדרנלין הוא גם נוירוטרנסמיטר בדגים, דו-חיים וזוחלים.
פונקציה אנזימטית
תגובות ביוכימיות רבות המתרחשות בתאים של אורגניזמים חיים מתבצעות בטמפרטורות גבוהות ועם ערך pH ניטרלי. בתנאים כאלה, קצב המעבר שלהם נמוך מדי, ולכן יש צורך בזרזים מיוחדים הנקראים אנזימים. כל הגיוון שלהם משולב ל-6 כיתות, הנבדלות בספציפיות הפעולה. אנזימים מסונתזים על ריבוזומים בתאים. מדע האנזימולוגיה עוסק במחקרם.
ללא ספק, התפקוד הרגולטורי של חלבונים בלתי אפשרי ללא אנזימים. יש להם סלקטיביות גבוהה של פעולה. ניתן לווסת את פעילותם על ידי מעכבים ומפעילים. בנוסף, אנזימים בדרך כלל מציגים סגוליות מצע. כמו כן, פעילות אנזימטית תלויה בתנאים בגוף ובתאים בפרט. הזרימה שלהם מושפעת מלחץ, pH חומצי, טמפרטורה, חוזק יוני של התמיסה, כלומרריכוז מלח בציטופלזמה.
פונקציית הובלת חלבונים
התא חייב לקבל כל הזמן את החומרים המינרלים והאורגנים הדרושים לגוף. הם נחוצים כחומרי בניין ומקורות אנרגיה בתאים. אבל מנגנון הקבלה שלהם הוא די מסובך. דפנות התא מורכבות מיותר מסתם חלבונים. ממברנות ביולוגיות בנויות על עיקרון של שכבה כפולה של שומנים. חלבונים שונים משובצים ביניהם. חשוב מאוד שהאזורים ההידרופיליים ממוקמים על פני הממברנה, בעוד שהאזורים ההידרופוביים ממוקמים בעובי שלו. לפיכך, מבנה כזה הופך את הקליפה לבלתי חדירה. הם לא יכולים לעבור דרכו בכוחות עצמם, ללא "עזרה", רכיבים חשובים כמו סוכרים, יוני מתול וחומצות אמינו. הם מועברים דרך הממברנה הציטופלזמה אל הציטופלזמה על ידי חלבונים מיוחדים המשובצים בשכבות שומנים.
הובלה של חומרים מאיבר אחד לאחר
אבל תפקיד ההובלה של חלבונים מתבצע לא רק בין החומר הבין-תאי לתא. חלק מהחומרים החשובים לתהליכים פיזיולוגיים צריכים להיות מועברים מגוף אחד למשנהו. לדוגמה, חלבון התחבורה בדם הוא אלבומין בסרום. הוא ניחן ביכולת ייחודית ליצור תרכובות עם חומצות שומן המופיעות במהלך עיכול שומנים, עם תרופות, כמו גם עם הורמונים סטרואידים. חלבוני נשא חשובים הם המוגלובין (המספק מולקולות חמצן), טרנספרין (בשילוב עם יוני ברזל) ו-ceruplasmin (היוצרים קומפלקסים עםנחושת).
תפקוד איתות של חלבונים
לחלבוני קולטנים יש חשיבות רבה במהלך תהליכים פיזיולוגיים באורגניזמים מורכבים רב-תאיים. הם משובצים בקרום הפלזמה. הם משמשים לתפוס ולפענח סוגים שונים של אותות הנכנסים לתאים בזרם רציף לא רק מרקמות שכנות, אלא גם מהסביבה החיצונית. נכון לעכשיו, אולי החלבון הקולטן הנחקר ביותר הוא אצטילכולין. הוא ממוקם במספר צמתים פנימיים על גבי קרום התא.
אבל פונקציית האיתות של חלבונים מתבצעת לא רק בתוך התאים. הורמונים רבים נקשרים לקולטנים ספציפיים על פני השטח שלהם. תרכובת שנוצרה כזו היא אות המפעיל תהליכים פיזיולוגיים בתאים. דוגמה לחלבונים כאלה היא אינסולין, הפועל במערכת האדנילאט ציקלאז.
פונקציית הגנה
תפקידי החלבונים בתא שונים. חלקם מעורבים בתגובות חיסוניות. זה מגן על הגוף מפני זיהומים. מערכת החיסון מסוגלת להגיב לגורמים הזרים שזוהו באמצעות סינתזה של מספר עצום של לימפוציטים. חומרים אלו יכולים לפגוע באופן סלקטיבי בחומרים אלו, הם יכולים להיות זרים לגוף, כגון חיידקים, חלקיקים על-מולקולריים, או שהם יכולים להיות תאים סרטניים.
אחת הקבוצות - "בטא"-לימפוציטים - מייצרת חלבונים הנכנסים למחזור הדם. יש להם פונקציה מאוד מעניינת. חלבונים אלה חייבים לזהות תאים זרים ומקרומולקולות. ואז הם מתחברים אליהם,יוצרים קומפלקס שאמור להיהרס. חלבונים אלו נקראים אימונוגלובולינים. הרכיבים הזרים עצמם הם אנטיגנים. והאימונוגלובולינים שמתאימים להם הם נוגדנים.
פונקציה מבנית
בגוף, בנוסף למומחים מאוד, יש גם חלבונים מבניים. הם נחוצים כדי לספק חוזק מכני. תפקידים אלו של חלבונים בתא חשובים לשמירה על צורת הגוף והנעורים. המפורסם ביותר הוא קולגן. זהו החלבון העיקרי של המטריצה החוץ-תאית של רקמות החיבור. אצל יונקים גבוהים יותר, זה עד 1/4 ממסת החלבונים הכוללת. קולגן מסונתז בפיברובלסטים, שהם התאים העיקריים של רקמות החיבור.
תפקודים כאלה של חלבונים בתא הם בעלי חשיבות רבה. בנוסף לקולגן, ידוע חלבון מבני נוסף - אלסטין. זה גם מרכיב של המטריצה החוץ תאית. אלסטין מסוגל להעניק לרקמות את היכולת להימתח בגבולות מסוימים ולחזור בקלות לצורתן המקורית. דוגמה נוספת לחלבון מבני הוא פיברואין, שנמצא בזחלים של תולעי משי. זהו המרכיב העיקרי של חוטי משי.
חלבונים מוטוריים
לא ניתן להפריז בתפקידם של חלבונים בתא. הם גם לוקחים חלק בעבודת השרירים. התכווצות השרירים היא תהליך פיזיולוגי חשוב. כתוצאה מכך, ה-ATP המאוחסן בצורה של מקרומולקולות הופך לאנרגיה כימית. המשתתפים הישירים בתהליך הם שני חלבונים - אקטין ומיוזין.
החלבונים המוטוריים האלההן מולקולות חוטיות הפועלות במערכת ההתכווצות של שרירי השלד. הם נמצאים גם ברקמות שאינן שרירים בתאים איקריוטיים. דוגמה נוספת לחלבונים מוטוריים היא טובולין. נבנות ממנו מיקרו-צינוריות, שהן מרכיב חשוב של דגלים וריסים. מיקרוטובולים המכילים טובולין נמצאים גם בתאי רקמת העצבים של בעלי חיים.
אנטיביוטיקה
תפקיד ההגנה של חלבונים בתא הוא עצום. חלק ממנו מוקצה לקבוצה שנקראת בדרך כלל אנטיביוטיקה. אלה הם חומרים ממקור טבעי, אשר מסונתזים, ככלל, בחיידקים, פטריות מיקרוסקופיות ומיקרואורגניזמים אחרים. הם מכוונים לדכא את התהליכים הפיזיולוגיים של אורגניזמים מתחרים אחרים. אנטיביוטיקה ממקור חלבון התגלתה בשנות ה-40. הם חוללו מהפכה ברפואה, והעניקו לה דחיפה עוצמתית להתפתחות.
לפי הטבע הכימי שלהן, אנטיביוטיקה היא קבוצה מאוד מגוונת. הם גם שונים במנגנון הפעולה שלהם. חלקם מונעים סינתזת חלבון בתוך התאים, אחרים חוסמים את ייצורם של אנזימים חשובים, אחרים מעכבים גדילה, ואחרים מעכבים רבייה. לדוגמה, הסטרפטומיצין הידוע מקיים אינטראקציה עם הריבוזומים של תאי חיידקים. לפיכך, הם מאטים באופן דרמטי את הסינתזה של חלבונים. יחד עם זאת, אנטיביוטיקה זו אינה מקיימת אינטראקציה עם ריבוזומים אוקריוטיים של גוף האדם. משמעות הדבר היא שהחומרים הללו אינם רעילים ליונקים גבוהים יותר.
זה לא כל הפונקציות של חלבונים בתא. שולחןחומרים אנטיביוטיים מאפשרים לך לקבוע פעולות מיוחדות אחרות שהתרכובות הטבעיות הספציפיות הללו יכולות לעשות על חיידקים ולא רק. נכון לעכשיו, אנטיביוטיקה ממקור חלבון נחקרת, אשר, בעת אינטראקציה עם DNA, משבשת את התהליכים הקשורים להתגלמות המידע התורשתי. אבל עד כה, חומרים כאלה משמשים רק בכימותרפיה של מחלות אונקולוגיות. דוגמה לחומר אנטיביוטי כזה הוא דקטינומיצין, אשר מסונתז על ידי אקטינומיציטים.
רעלים
חלבונים בתא מבצעים תפקיד מאוד ספציפי ואפילו יוצא דופן. מספר יצורים חיים מייצרים חומרים רעילים - רעלים. מטבעם, מדובר בחלבונים ותרכובות אורגניות מורכבות במשקל מולקולרי נמוך. דוגמה לכך היא העיסה הרעילה של פטריית הפטרייה החיוורת.
חלבונים ומזון
חלבונים מסוימים ממלאים את הפונקציה של מתן תזונה לעוברים של בעלי חיים וצמחים. יש הרבה דוגמאות כאלה. חשיבות החלבון בתא של זרעי דגנים טמונה בדיוק בכך. הם יזינו את הנבט המתהווה של הצמח בשלבים הראשונים של התפתחותו. בבעלי חיים, החלבונים התזונתיים הם אלבומין ביצה וקזאין חלב.
מאפיינים לא נחקרו של חלבונים
הדוגמאות לעיל הן רק החלק שכבר נחקר מספיק. אבל בטבע יש הרבה תעלומות. חלבונים בתא של מינים ביולוגיים רבים הם ייחודיים, וכיום אף מסווגים אותםקָשֶׁה. לדוגמה, מונלין הוא חלבון שהתגלה ובודד מצמח אפריקאי. טעמו מתוק, אך אינו שמן ואינו רעיל. בעתיד הוא עשוי להיות תחליף מצוין לסוכר. דוגמה נוספת היא חלבון שנמצא בחלק מהדגים הארקטיים שמונע מהדם להקפיא בכך שהוא פועל כחומר מונע קפיאה במובן המילולי של ההשוואה. במספר חרקים נמצא במפרקי הכנפיים חלבון הרסילין בעל גמישות ייחודית, כמעט מושלמת. ולא כל אלה הן דוגמאות לחומרים שטרם נחקרו וסווגו.
