Globulārie proteīni ir izplatīts proteīnu veids, kas atšķiras no šķiedrainajiem un membrānu proteīniem gan pēc formas, gan funkcijām. Tie parasti ir kompakti, gandrīz lodes formas makromolekulas, kuru raksturīga ūdenī šķīstoša virsma un hidrofobisks kodols.

Tie ir viens no trim olbaltumvielu veidiem. Pārējie ir šķiedru un membrānu olbaltumvielas. Globulāro proteīnu trīsdimensiju struktūra rodas olbaltumvielu locīšanās procesā: polipeptīdu ķēdes veido noteiktus elementus (alfa spirāles, beta šķērsslāņus u. tml.), kas tālāk pakļaujas terciārajai un bieži arī kvaternārajai organizācijai.

Struktūra un īpašības

Globulārie proteīni sastāv no polipeptīdu ķēdēm, kas salocītas kompaktā lodes formā. Šī salocīšanās rada hidrofīlas (ūdeni piesaistošas) sānu ķēdes uz molekulas ārpuses, kas skaidro to labu šķīdību ūdenī, un hidrofobisku kodolu iekšpusē, kas stabilizē struktūru. Daudziem globulārajiem proteīniem ir arī prostētiskās grupas (piem., hemgrupa hemoglobīnā) vai kovalenti piesaistītas modifikācijas (piem., gļotvainošana), kas nepieciešamas to funkcionēšanai.

Galvenās funkcijas

Atšķirībā no olbaltumvielām, kurām ir tikai strukturālas funkcijas, globulārās olbaltumvielas bieži iesaistās aktīvās bioloģiskajās reakcijās un regulācijā. Tās var darboties kā:

  • Fermenti — katalizējot organiskās reakcijas, kas organismā norisinās maigā temperatūras un pH diapazonā un ar augstu specifiskumu. Piemēram, dažādas esterāzes, dehidrogenāzes un transferāzes ir globulāri proteīni.
  • Kurjeri, pārraidot ziņojumus un regulējot bioloģiskos procesus. Šo funkciju veic hormoni, piemēram, insulīns u. c.
  • Citu molekulu pārnesēji caur membrānām
  • Aminoskābju krājumi.
  • Arī citu molekulu regulēšanu veic globulārie proteīni, nevis šķiedrainie proteīni.
  • Strukturālie proteīni, piemēram, aktīns un tubulīns, kas ir globulāri un šķīst kā monomēri, bet polimerizējas, veidojot garas, stingras šķiedras.

Papildus iepriekš minētajām funkcijām globulārie proteīni veic arī:

  • Transporta funkcijas — pārvadā gāzes (piem., skābekļa pārnese hemoglobīnā), jonu un mazu molekulu transportu (piem., albumīns plazmā, transferrīns dzelzs transportam).
  • Imūnā aizsardzība — antivielas (imūnoglobulīni) ir globulāri proteīni, kas atpazīst un neitralizē patogēnus.
  • Bufers un osmots — daži globulārie proteīni (piem., albumīns) uztur asinīs osmotisko spiedienu un darbojas kā pH buferi.
  • Signālu pārraide un receptoru funkcijas — recepcijas molekulas, ko izmanto šūnu komunikācijai un signālu transdukcijai.
  • Enzimātiskas regulācijas un alosterija — daudzi globulāri enzīmi un proteīni maina aktivitāti, reaģējot uz pievienošanos ligandiem vai ķīmiskām izmaiņām (piem., hemoglobīna kooperativitāte skābekļa saistīšanā).

Piemēri: mioglobīns un hemoglobīns

Globulārās olbaltumvielas ir mioglobīns un hemoglobīns. Dažas būtiskas atšķirības un īpašības:

  • Mioglobīns — vienas polipeptīda ķēdes proteīns, kas atrodams muskuļos. Tam ir augsta skābekļa saistīšanās afinitāte, un tā galvenā loma ir skābekļa rezervēšana un piegāde muskuļu šūnām intensīvas darbības laikā.
  • Hemoglobīns — sastāv no četrām polipeptīdu ķēdēm (kvaternārā struktūra) un pārvadā skābekli no plaušām uz audiem un atgriež ogļskābo gāzi atpakaļ. Hemoglobīnam piemīt kooperativitāte: vienas vienības piesaistītais O2 palielina pārējo vienību spēju saistīt O2, kas ir svarīgi skābekļa piegādei dažādos audu apstākļos.

Sinteze, stabilitāte un klīniskā nozīme

Globulārie proteīni sintezējas ribosomās kā polipeptīdu ķēdes, kas pēc tam iegūst pareizu 3D struktūru ar chaperonu palīdzību un, ja nepieciešams, ar post-translacionālām modifikācijām (glikozilācija, fosforilācija utt.). To aktivitāti ietekmē temperatūra, pH, joniskā vide un ligandu klātbūtne; nelabvēlīgos apstākļos proteīni var denaturēties, zaudējot funkciju.

Klīniskā nozīme: globulārie proteīni ir saistīti ar daudziem medicīniskiem stāvokļiem. Piemēram, hemoglobīna defekti izraisa anēmijas, imūnoglobulīnu trūkums — uzņēmību pret infekcijām, bet albumīna līmeņa izmaiņas ietekmē asins oncētisko spiedienu un šķidruma līdzsvaru organismā.

Secinājums

Globulārie proteīni ir daudzfunkcionālas, ūdenī šķīstošas olbaltumvielas, kas veic katalītiskas, transporta, regulējošas un aizsargfunkcijas. To īpašības — kompakta struktūra, specifiska ligandu atpazīšana, alosteriska vadība un spēja mijiedarboties ar citām molekulām — padara tos par centrāliem elementiem šūnu un organisma bioloģiskajās sistēmās.

Globulārās olbaltumvielas ir mioglobīns un hemoglobīns.