Proteíny ako univerzálne látky s mnohými prírodnými funkciami v učebných pomôckach pre študentov lexiky
Bielkoviny sú zložité makromolekulárne zlúčeniny, ktoré sú vyrobené prevažne alebo výlučne z aminokyselín. Ak by ste tieto makromolekuly rozložili na svoje stavebné bloky chemickými reakciami, dosiahli by ste ohromujúci výsledok. Na štruktúre biopolymérov je zapojených iba 22 rôznych aminokyselín. Napriek tomu je ich rozmanitosť obrovská. V ľudskom organizme existuje viac ako 100 000 rôznych proteínov, ktoré všetky plnia špecifické funkcie. Proteíny sú rozdelené do rôznych skupín podľa ich funkcie.
Štruktúra bielkovín
Bielkoviny (Bielkoviny) sú komplexné makromolekulárne zlúčeniny, ktoré sú prevažne alebo výlučne zložené z aminokyselín. Jeden hovorí o proteíne, keď je viac ako 100 aminokyselín navzájom spojených peptidovými väzbami v jeho molekulách. Ich rozmanitosť je obrovská. V ľudskom organizme existuje viac ako 100 000 rôznych bielkovín.
Ak by ste tieto makromolekuly rozložili na svoje stavebné bloky chemickými reakciami, dosiahli by ste ohromujúci výsledok. Na štruktúre biopolymérov je zapojených iba 22 rôznych aminokyselín. Tieto aminokyseliny sa nazývajú proteinogénne aminokyseliny. To tiež znamená, že v tele hrajú úlohu aj iné aminokyseliny, ktoré sa však nepodieľajú na syntéze bielkovín.
Najdlhší ľudský proteín je tvorený viac ako 30 000 naviazanými aminokyselinami; Pretože je k dispozícii iba 22 stavebných blokov, musí byť každá z proteinogénnych aminokyselín zabudovaná viackrát. Poradie aminokyselín (typ, počet a poradie) tvorí Primárna štruktúra proteínu a tiež určuje štruktúrovanie v priestore (sekundárna, terciárna a prípadne aj kvartérna štruktúra). Plne vyvinutá štruktúra proteínu je rozhodujúca pre funkciu v organizme a určuje iba biologickú účinnosť proteínu.
Naše telo sa skladá z mnohých bielkovín. Patria sem štrukturálne a kontraktilné proteíny, ktoré umožňujú náš pohyb.
Proteíny sú univerzálne látky, ktoré môžu v organizme vykonávať najrôznejšie funkcie (obr. 2). Určujú štruktúru každej bunky, zúčastňujú sa na metabolických procesoch, majú základné transportné funkcie a sú súčasťou imunitného systému. To je jeden z dôvodov, prečo sú bielkoviny základnými stavebnými kameňmi života.
Štrukturálne proteíny
Kolagén, elastín a keratín sú zložky spojivového tkaniva, podporujúce tkanivo a biomembránu, a preto sa nazývajú štrukturálne proteíny. Kolagén je bielkovina, ktorá z. B. je obsiahnutý hlavne v chrupavkách, kostiach, šľachách a koži. Tvorba kolagénu úzko súvisí s prítomnosťou vitamínu C. Preto je zdravá strava a dobrý prísun vitamínu C nevyhnutný pre rýchle hojenie v prípade zlomenín, operácií a úrazov.
V kozmetike sa čoraz viac používajú výrobky obsahujúce kolagén na potlačenie nezastaviteľného starnutia. Pri vhodných injekciách je výsledok uspokojivý iba po obmedzenú dobu, pretože injikovaný kolagén sa získava z koží hovädzieho dobytka a exogénne bielkoviny sa rozpoznávajú a rýchlo odbúravajú. Na druhej strane je relaxácia pokožky tiež procesom riadeným bielkovinami.
Oveľa príjemnejším spôsobom konzumácie najmä živočíšnych kolagénov (napríklad želatíny) je vychutnávanie gumových medveďov. Želatínové kapsuly odporúčajú mnohí výrobcovia na vytváranie kĺbových chrupaviek, vlasov, šliach a väzov. O tom, či je možné tieto tkanivá skutočne ovplyvniť stravou, sa diskutuje znova a znova.
Bielkoviny môžeme rozdeliť do rôznych skupín podľa ich funkcie v organizme.
Kontraktilné proteíny
Bielkoviny ako Actin a Myozín spôsobiť stiahnutie svalu. Tieto a ďalšie kontraktilné proteíny sú nevyhnutné pre našu schopnosť pohybu.
Vo svalovej bunke je každá desiata molekula proteínu molekulou aktínu. Skladá sa z reťazca 375 aminokyselinových zvyškov spojených peptidovou väzbou. Myozín je proteín zložený zo šiestich polypeptidových reťazcov. Funguje ako ATPáza. Rozhodujúce je, že myozín pri konzumácii ATP mení svoj tvar. Actin tiež aktivuje túto zmenu a zvyšuje účinnosť myozínu. Táto interakcia je základom takmer všetkých pohybov v živočíšnej ríši (obr. 3). Vo svale sú myozín a aktín usporiadané do vlákien, takže sa jednotlivé pohyby molekúl sčítajú, čo umožňuje viditeľné svalové kontrakcie a vďaka tomu sú možné pohyby.
Enzýmy
Enzýmy sú biokatalyzátory a takmer bez výnimky ide o bielkoviny. Molekuly proteínu umožňujú nespočetné množstvo biochemických reakcií v bunkách organizmov znížením aktivačnej energie východiskových látok v biochemických procesoch, takže biochemické reakcie, napríklad v ľudskom organizme, môžu prebiehať pri telesnej teplote.
Ak živej bytosti chýbajú určité enzýmy, vyskytujú sa metabolické poruchy, ktoré môžu viesť k určitým klinickým obrazom. Napríklad vo fenylketonúrii sa dôležitá aminokyselina fenylalanín nemôže štiepiť a tak sa hromadí v organizme. Pri hyperamonémii je metabolizmus močoviny narušený v dôsledku chýbajúcich alebo nesprávne fungujúcich enzýmov. Pri hyperlyzinémii je obsah lyzínu v krvi príliš vysoký, a to aj kvôli metabolickej poruche kvôli nedostatku enzýmov.
Rôzne funkcie a spôsob pôsobenia enzýmov sú opísané v samostatnom článku.
Interakcia myozínu a aktínu ako predpoklad svalovej kontrakcie a pohybu
Hormóny
Hormóny sú látky, ktoré sa tvoria v určitých orgánoch a uvoľňujú sa do krvi. Spolu s nervovým systémom slúžia na prenos informácií medzi orgánmi a bunkami, a sú preto medzibunkovými regulačnými látkami. Hormóny účinkujú aj v najmenších dávkach, a preto sa majú v medicíne používať obzvlášť opatrne a zodpovedne. Nie všetky hormóny patria do skupiny bielkovín, ale niektoré hormóny patria sem.
Je to veľmi známy proteínový hormón inzulín. Vyrába sa v predbežnom štádiu (proinzulín) na ostrovoch Langerhans v pankrease. Toto predbežné štádium produkuje rovnaké časti C-peptidu, ktorý nemá zmysel pre ľudský metabolizmus, a inzulínu.
Inzulín sa skladá z dvoch reťazcov: 21 aminokyselinových zvyškov je spojených dohromady v A reťazci a 30 aminokyselinových zvyškov je spojených v B reťazci. Tieto dva reťazce sú spojené sírovými mostíkmi (obr. 4).
Spolu s hormónmi glukagón a somatostatín (syntetizované tiež v pankrease) reguluje hormón metabolizmus glukózy v tele. Samotný inzulín môže znížiť hladinu cukru v krvi. Podporuje absorpciu glukózy do buniek a zabraňuje rozkladu živočíšneho škrobu uloženého v pečeni na glukózu. Ak stúpa hladina cukru v krvi, stúpa aj uvoľňovanie inzulínu. To znižuje hladinu cukru v krvi.
Asi 6 miliónov ľudí v Nemecku trpí cukrovkou. V dôsledku nedostatku inzulínu je vážne narušená regulácia hladiny cukru v krvi a hladina cukru v krvi je príliš vysoká. Ak pankreas už neprodukuje inzulín, musí sa ľudský alebo zvierací inzulín dodávať zvonka, aby sa znížila hladina cukru v krvi. Takíto ľudia sú diabetici 1. typu (5% postihnutých sú diabetici).
Ak pankreas produkuje príliš málo hormónu, bunky tela už dostatočne nerozpoznávajú inzulín. Na látku posla reagujú iba slabo. Pankreas produkuje stále väčšie množstvo inzulínu, aby kompenzoval zníženú citlivosť na inzulín; je možné merať nadmerne vysokú hladinu inzulínu. Glukóza stále nie je dostatočne metabolizovaná, postihnutým človekom je diabetik 2. typu (95% postihnutých).
Obezita a nedostatok fyzickej aktivity zvyšujú inzulínovú rezistenciu buniek. 80 až 90 percent diabetikov 2. typu je príliš ťažkých. Vhodnou stravou, redukciou hmotnosti a fyzickou aktivitou sa dá tomuto typu cukrovky predchádzať alebo sa dajú zmierniť jej účinky.
V tomto zjednodušenom znázornení inzulínovej štruktúry sú zvýraznené sírne mostíky medzi cysteínovými zvyškami.
Transportné bielkoviny
Bielkoviny sa podieľajú na transporte kyslíka, hormónov, tukov, iónov kovov, liekov a elektrónov (napr. Pri fotosyntéze) v tele. Hemoglobín (Hb) je dôležitý transportný proteín. Červený krvný pigment je dôležitou súčasťou červených krviniek (erytrocytov) a má za úlohu absorbovať kyslík v pľúcach a transportovať ho do každej bunky. Medzi kapilárami a bunkami sa uvoľňuje kyslík. Oxid uhličitý sa súčasne viaže na hemoglobín a transportuje sa v krvných bunkách do pľúc. Existuje ďalšia výmena plynov, tentokrát medzi kapilárami a alveolmi.
Hemoglobín (Hb) je veľmi veľká molekula proteínu (obr. 5). Skladá sa z 94 percent globínu (4 polypeptidové reťazce) a 6 percent hemovej skupiny obsahujúcej železo (II). Tam je kyslík „dokovaný“. Celkové množstvo hemoglobínu u dospelého človeka je približne 650 gramov, a pretože červené krvinky majú obmedzenú životnosť, v červenej kostnej dreni sa každý deň vytvárajú nové krvinky a spolu s nimi aj hemoglobín. V súvislosti s tým sa každý deň vyprodukuje 57 gramov hemoglobínu v nezrelých červených krvinkách.
Koncentrácia hemoglobínu (Hb) je kľúčovým prvkom pri diagnostike anémie (príliš málo červených krviniek) a iných porúch krvi. Ak koncentrácia Hb klesne pod nasledujúce limitné hodnoty, možno predpokladať anémiu:
| Muži: | 13 - 18 g/dl | |
| Ženy: | 11 - 16 g/dl | |
| Deti do 6 rokov: | 10 - 11 g/dl | |
| Deti od 6 do 14 rokov: | 11 - 12 g/dl | |
Znázornenie priestorovej štruktúry (kvartérnej štruktúry) hemoglobínu
Plazmatické bielkoviny
Plazmatické proteíny sú proteíny, ako je fibrinogén, albumín a globulíny obsiahnuté v krvnej plazme.
Fibrinogén je zodpovedný za zrážanie krvi. V prípade poranenia sa fibrinogén vplyvom tromboplastínu z poraneného tkaniva premení na fibrínové nite. Prispievajú k uzavretiu rany.
Oboje Globulíny Rozlišuje sa medzi alfa, beta a gama globulínmi. Tvoria sa hlavne v pečeni a sú nerozpustné v čistej vode, ale rozpúšťajú sa v krvnej plazme, ktorá má určitú koncentráciu rozpustených solí (najmä kuchynskej). Globulíny majú transportnú funkciu, úlohu v imunitnej obrane a pri zrážaní krvi.
Niektoré globulíny môžu na seba naviazať látky a tak ich transportovať v krvi alebo spomaliť rozklad príslušnej látky prostredníctvom tohto dokovania. To môže mať rozhodujúci vplyv na účinnosť lieku. Skúmalo sa tiež, že niektoré toxíny nie je možné z tohto dôvodu odbúravať a vylučovať alebo iba nedostatočne.
Ak na naše telo útočia baktérie, vírusy, peľ, huby alebo iné útočníky, musí imunitný systém reagovať. Aby sa to dosiahlo, je potrebné po vniknutí rozlišovať medzi priateľom a nepriateľom. Po identifikácii a kontakte nepriateľov vytvárajú biele krvinky telu vlastné bielkoviny Imunoglobulíny, tiež protilátka zavolal. Boj sa môže začať. Tieto protilátky sa nachádzajú v krvi, vylučovaní tela a tkanivových tekutinách. Rovnako dôležitá ako je vlastná obrana tela pred cudzorodými bielkovinami zárodkov, môže táto imunitná reakcia pri transplantácii orgánov zabrániť úspechu operácie a zachrániť tak život. Preto by orgán a príjemca mali mať maximálnu podobnosť, aby orgán udržiavajúci život nebol rozpoznaný ako nepriateľ a odmietnutý. Okrem toho musí pacient často žiť celý život s drogovo potlačeným imunitným systémom.
albumín tvorí najväčší podiel plazmatických bielkovín z hľadiska množstva (až 60%). Jednou z hlavných úloh albumínu je pôsobiť na distribúciu tekutín v organizme, napríklad zabrániť zadržiavaniu vody v bunkách. Ak telu chýbajú bielkoviny z dôvodu nedostatočnej výživy, nemôže už túto funkciu plniť a v tkanive sa vyskytujú opuchy a zadržiavanie vody. Podvyživené deti v rozvojových krajinách vykazujú taký edém hladu so svojimi nápadne hrubými bruškami. Ďalším príznakom nedostatku bielkovín je svalová slabosť, stukovatenie pečene a poruchy rastu. Albumín okrem toho plní aj transportnú funkciu a v neposlednom rade slúži ako rezervný proteín.