Proteiny jsou nejdůležitější organické látky, jejichž počet převažuje nad všemi ostatními makromolekulami, které jsou přítomny v živé buňce. Tvoří více než polovinu hmotnosti sušiny rostlinných i živočišných organismů. Funkce proteinů v buňce jsou rozmanité, některé z nich jsou vědě stále neznámé. Ale přesto jsou hlavní směry jejich "práce" dobře studovány. Některé jsou potřebné ke stimulaci procesů probíhajících v buňkách a tkáních. Jiné přenášejí důležité minerální sloučeniny přes buněčnou membránu a krevními cévami z jednoho orgánu do druhého. Některé chrání tělo před cizími často patogenními agens. Jedna věc je jasná – ani jeden proces v našem těle neprobíhá bez bílkovin.
Základní funkce bílkovin
Funkce bílkovin v těle je různorodá. Každá skupina má specifickou chemickou látkubudova, vykonává jednu specializovanou „práci“. V některých případech je několik typů proteinů vzájemně propojeno. Jsou zodpovědní za různé fáze téhož procesu. Nebo ovlivňují několik najednou. Například regulační funkci proteinů provádějí enzymy a hormony. Tento jev si lze představit vzpomínkou na hormon adrenalin. Produkuje ho dřeň nadledvin. Vstupem do krevních cév zvyšuje množství kyslíku v krvi. Zvyšuje se také krevní tlak, zvyšuje se obsah cukru. To stimuluje metabolické procesy. Adrenalin je také neurotransmiter u ryb, obojživelníků a plazů.
Enzymatická funkce
Mnoho biochemických reakcí probíhajících v buňkách živých organismů probíhá za vysokých teplot a s neutrální hodnotou pH. Za takových podmínek je rychlost jejich průchodu příliš nízká, takže jsou zapotřebí specializované katalyzátory zvané enzymy. Veškerá jejich rozmanitost je spojena do 6 tříd, které se liší specifičností akce. Enzymy se syntetizují na ribozomech v buňkách. Jejich studiem se zabývá věda enzymologie.
Regulační funkce proteinů je nepochybně nemožná bez enzymů. Mají vysokou selektivitu působení. Jejich aktivita může být regulována inhibitory a aktivátory. Kromě toho enzymy obvykle vykazují substrátovou specifitu. Také enzymatická aktivita závisí na podmínkách v těle a zejména v buňkách. Jejich průtok je ovlivněn tlakem, kyselým pH, teplotou, iontovou silou roztoku, tznkoncentrace soli v cytoplazmě.
Funkce transportu bílkovin
Buňka musí neustále přijímat potřebné minerální a organické látky pro tělo. Jsou potřebné jako stavební materiály a zdroje energie v buňkách. Mechanismus jejich příjmu je ale poměrně komplikovaný. Buněčné stěny se skládají z více než jen bílkovin. Biologické membrány jsou postaveny na principu dvojité vrstvy lipidů. Mezi nimi jsou uloženy různé proteiny. Je velmi důležité, aby hydrofilní oblasti byly umístěny na povrchu membrány, zatímco hydrofobní oblasti byly umístěny v její tloušťce. Taková struktura tedy činí plášť neprostupným. Nedokážou jím projít samy, bez „pomoci“, tak důležité složky, jako jsou cukry, ionty metolu a aminokyseliny. Jsou transportovány přes cytoplazmatickou membránu do cytoplazmy pomocí specializovaných proteinů, které jsou uloženy v lipidových vrstvách.
Přenos látek z jednoho orgánu do druhého
Přenosová funkce proteinů se ale neprovádí pouze mezi mezibuněčnou látkou a buňkou. Některé látky důležité pro fyziologické procesy musí být dodávány z jednoho těla do druhého. Například transportním proteinem v krvi je sérový albumin. Je obdařen jedinečnou schopností tvořit sloučeniny s mastnými kyselinami, které se objevují při trávení tuků, s léky a také se steroidními hormony. Důležitými nosnými proteiny jsou hemoglobin (dodává molekuly kyslíku), transferin (spojuje se s ionty železa) a ceruplasmin (vytváří komplexy směď).
Signální funkce bílkovin
Receptorové proteiny mají velký význam v průběhu fyziologických procesů v mnohobuněčných komplexních organismech. Jsou uloženy v plazmatické membráně. Slouží k vnímání a dešifrování různých druhů signálů, které vstupují do buněk v nepřetržitém proudu nejen ze sousedních tkání, ale i z vnějšího prostředí. V současnosti je asi nejvíce studovaným receptorovým proteinem acetylcholin. Nachází se v řadě interneuronálních spojení na buněčné membráně.
Signalizační funkce proteinů však neprobíhá pouze uvnitř buněk. Mnoho hormonů se váže na specifické receptory na jejich povrchu. Takto vytvořená sloučenina je signálem, který aktivuje fyziologické procesy v buňkách. Příkladem takových proteinů je inzulín, který působí v systému adenylátcyklázy.
Ochranná funkce
Funkce proteinů v buňce se liší. Některé z nich se podílejí na imunitních reakcích. To chrání tělo před infekcemi. Imunitní systém je schopen reagovat na zjištěné cizí agens syntézou obrovského množství lymfocytů. Tyto látky mohou tyto látky selektivně poškozovat, mohou být pro tělo cizí, jako jsou bakterie, supramolekulární částice, nebo to mohou být rakovinné buňky.
Jedna ze skupin – „beta“-lymfocyty – produkuje proteiny, které vstupují do krevního oběhu. Mají velmi zajímavou funkci. Tyto proteiny musí rozpoznat cizí buňky a makromolekuly. Pak se s nimi spojí,tvořící komplex, který má být zničen. Tyto proteiny se nazývají imunoglobuliny. Samotné cizí složky jsou antigeny. A imunoglobuliny, které jim odpovídají, jsou protilátky.
Strukturální funkce
V těle se kromě vysoce specializovaných nacházejí také strukturální proteiny. Jsou nezbytné pro zajištění mechanické pevnosti. Tyto funkce bílkovin v buňce jsou důležité pro udržení tělesné formy a mládí. Nejznámější je kolagen. Je to hlavní protein extracelulární matrix pojivových tkání. U vyšších savců je to až 1/4 celkové hmotnosti bílkovin. Kolagen je syntetizován ve fibroblastech, což jsou hlavní buňky pojivových tkání.
Takové funkce proteinů v buňce jsou velmi důležité. Kromě kolagenu je znám další strukturální protein – elastin. Je také součástí extracelulární matrix. Elastin je schopen dát tkáním schopnost se v určitých mezích roztáhnout a snadno se vrátit do původního tvaru. Dalším příkladem strukturálního proteinu je fibroin, který se nachází v housenkách bource morušového. Je hlavní složkou hedvábných nití.
Motorové proteiny
Úlohu bílkovin v buňce nelze přeceňovat. Podílejí se také na práci svalů. Svalová kontrakce je důležitý fyziologický proces. V důsledku toho se ATP uložený ve formě makromolekul přeměňuje na chemickou energii. Přímými účastníky procesu jsou dva proteiny – aktin a myosin.
Tyto motorické proteinyjsou vláknité molekuly, které fungují v kontraktilním systému kosterních svalů. Nacházejí se také v nesvalových tkáních v eukaryotických buňkách. Dalším příkladem motorických proteinů je tubulin. Staví se z něj mikrotubuly, které jsou důležitým prvkem bičíků a řasinek. Mikrotubuly obsahující tubulin se také nacházejí v buňkách nervové tkáně zvířat.
Antibiotika
Ochranná role proteinů v buňce je obrovská. Část je přiřazena do skupiny, která se běžně nazývá antibiotika. Jedná se o látky přírodního původu, které jsou syntetizovány zpravidla v bakteriích, mikroskopických houbách a dalších mikroorganismech. Jsou zaměřeny na potlačení fyziologických procesů jiných konkurenčních organismů. Antibiotika proteinového původu byla objevena ve 40. letech. Způsobili revoluci v medicíně a dali jí silný impuls k rozvoji.
Svou chemickou povahou jsou antibiotika velmi různorodou skupinou. Liší se také mechanismem účinku. Některé brání syntéze proteinů uvnitř buněk, jiné blokují produkci důležitých enzymů, další brzdí růst a další brání reprodukci. Například dobře známý streptomycin interaguje s ribozomy bakteriálních buněk. Dramaticky tedy zpomalují syntézu bílkovin. Tato antibiotika zároveň neinteragují s eukaryotickými ribozomy lidského těla. To znamená, že tyto látky nejsou toxické pro vyšší savce.
Toto nejsou všechny funkce proteinů v buňce. Stůlantibiotické látky umožňují určit další vysoce specializované účinky, které tyto specifické přírodní sloučeniny mohou mít nejen na bakterie. V současné době se studují antibiotika proteinového původu, která při interakci s DNA narušují procesy spojené se ztělesněním dědičné informace. Ale zatím se takové látky používají pouze při chemoterapii onkologických onemocnění. Příkladem takové antibiotické látky je daktinomycin, který je syntetizován aktinomycetami.
Toxiny
Proteiny v buňce plní velmi specifickou a dokonce mimořádnou funkci. Řada živých organismů produkuje toxické látky – toxiny. Svou povahou se jedná o proteiny a komplexní nízkomolekulární organické sloučeniny. Příkladem je jedovatá dužina houby potápka bledá.
Rezervní a potravinové proteiny
Některé proteiny plní funkci poskytování výživy embryím zvířat a rostlin. Takových příkladů je mnoho. Právě v tom spočívá význam bílkovin v buňce obilných semen. Budou vyživovat vzcházející zárodek rostliny v prvních fázích jejího vývoje. U zvířat jsou dietními bílkovinami vaječný albumin a mléčný kasein.
Neprozkoumané vlastnosti proteinů
Výše uvedené příklady jsou pouze částí, která již byla dostatečně prostudována. Ale v přírodě je mnoho záhad. Proteiny v buňce mnoha biologických druhů jsou jedinečné a v současnosti je dokonce klasifikujemeobtížný. Například monellin je protein objevený a izolovaný z africké rostliny. Chutná sladce, ale není obézní a netoxický. V budoucnu může být výbornou náhradou cukru. Dalším příkladem je protein nalezený v některých arktických rybách, který zabraňuje zamrznutí krve tím, že působí jako nemrznoucí směs v doslovném smyslu tohoto srovnání. U řady hmyzu byl v kloubech křídel nalezen protein resilin, který má jedinečnou, téměř dokonalou elasticitu. A to nejsou všechny příklady látek, které je třeba teprve studovat a klasifikovat.
