Olbaltumvielas — definīcija, struktūra, funkcijas un sintēze

Olbaltumvielas ir garas ķēdes molekulas, kas veidotas no mazām vienībām, ko sauc par aminoskābēm. Tās ir savienotas kopā ar peptīdu saitēm.

Tie ir bioķīmiski savienojumi, kas sastāv no viena vai vairākiem polipeptīdiem, kas salocīti apaļā vai šķiedrainā formā.

Polipeptīds ir viena lineāra aminoskābju polimēru ķēde. Aminoskābju secība polipeptīdā nāk no gēna DNS secības. Ģenētiskais kods nosaka 20 standarta aminoskābes. Īsi pēc sintēzes dažas aminoskābes tiek ķīmiski pārveidotas. Tas izmaina olbaltumvielas locīšanos, stabilitāti, aktivitāti un funkciju. Dažreiz olbaltumvielām ir pievienotas grupas, kas nav peptīdi, piemēram, kofaktori.

Olbaltumvielas ir būtiskas visām šūnām. Tāpat kā citas bioloģiskās makromolekulas (polisaharīdi un nukleīnskābes), arī olbaltumvielas piedalās gandrīz visos šūnu procesos:

Olbaltumvielu struktūras līmeņi

• Primārā struktūra — aminoskābju secība polipeptīdā, kas nosaka visas turpmākās struktūras un funkcijas.
• Sekundārā struktūra — regulāri lokālie veidojumi, piemēram, α-spirāles un β-loksnes, kas stabilizējas ar ūdeņražu saitēm.
• Terciārā struktūra — trīsdimensiju salocījums, ko nosaka ķīmiskās mijiedarbības (hidrofobas mijiedarbības, joniskas saites, disulfīda tiltiņi u.c.).
• Kvaternārā struktūra — vairāku polipeptīdu ķēžu (subvienību) komplekss, kas darbojas kopā kā viena funkcionāla vienība.

Aminoskābes un posttranslācijas modifikācijas

Katra olbaltumviela sastāv no 20 standarta aminoskābēm, kuru īpašības (piem., polārums, lādiņš, apjoms) ietekmē olbaltumvielas locīšanos un funkciju. Pēc sintēzes daudzas olbaltumvielas pamazām tiek modificētas — šīs izmaiņas sauc par posttranslācijas modifikācijām. Tipiskas modifikācijas ir fosforilēšana, glikozilēšana, acetilēšana, metilēšana un disulfīdu saišu veidošanās. Tās ietekmē olbaltumvielu aktivitāti, lokalizāciju, stabilitāti un mijiedarbību ar citām molekulām.

Olbaltumvielu funkcijas šūnā

• Enzīmi: katalizē ķīmiskās reakcijas un būtiski paātrina metabolismu.
• Strukturālās olbaltumvielas: sniedz mehānisku atbalstu (piem., kolagēns, keratīns).
• Transporta olbaltumvielas: pārvieto molekulas (piem., hemoglobīns pārvadā skābekli, membrānas transporteri pārvieto jonus un molekulas iekšā/ārā no šūnas).
• Signālmolekulas un receptori: iesaistās šūnu komunikācijā un signālu pārraidē.
• Imūnsistēmas komponentes: antivielas (imūnglobulīni) atpazīst un neitralizē svešas vielas.
• Kustības proteīni: miozīns un aktīns veicina muskuļu kontrakcijas un šūnu kustību.
• Rezerves olbaltumvielas: uzkrāšanas funkcija (piem., izkaisītas olbaltumvielas sēklās vai aknās).
• Regulatoras olbaltumvielas: hormoni un faktori, kas regulē gēnu ekspresiju un šūnu procesus.

Olbaltumvielu sintēze un locīšanās

Olbaltumvielu sintēze notiek divos galvenajos posmos:

• Transkripcija: DNS informācija tiek pārrakstīta uz mRNS molekulu.
• Translācija: ribosomas lasa mRNS kodonu secību un pēc tām savieno atbilstošas aminoskābes, veidojot polipeptīdus. tRNA piegādā aminoskābes un ģenētiskais kods nosaka, kura kodona laikā ievietojama konkrēta aminoskābe.

Pēc iziešanas no ribosomas jaunais polipeptīds bieži tiek palīdzēts salocīties pareizā formā ar speciālu proteīnu palīdzību — šaperoniem. Nepareiza locīšanās var novest pie agregātiem, kas saistīti ar slimībām (piem., alcheimera slimība, Parkinsona slimība).

Olbaltumvielu regulācija un noārdīšana

Šūnas stingri kontrolē olbaltumvielu līmeni un aktivitāti. Nepieciešamības gadījumā olbaltumvielas tiek degradētas ar:

• Proteasomas sistēmu: atzīmētas olbaltumvielas ar ubikvitīnu tiek saņemtas un sadalītas proteasomā.
• Lizosomu ceļu: fagosomi un endosomi saplūst ar lizosomām, kur enzīmi sadala olbaltumvielas.

Olbaltumvielu izpētes metodes

Lai izprastu olbaltumvielu struktūru un funkciju, izmanto dažādas metodes, piemēram:

• rentgenkristalogrāfiju un kriomikroelektronu mikroskopiju (struktūras noteikšanai),
• mātrixas spektrometriju (proteīnu identificēšanai un modifikāciju atklāšanai),
• elektroforēzi un imūnanalīzes (kvantificēšanai un detektēšanai).

Veselība, pārtika un biotehnoloģijas

Olbaltumvielas ir būtiskas uzturā — tās nodrošina aminoskābes, no kurām organisms var ražot savas nepieciešamās olbaltumvielas. Molekulu defekti vai mutācijas gēnos, kas kodē olbaltumvielas, var izraisīt iedzimtas slimības. Biotehnoloģijā olbaltumvielas (piem., rekombinanti hormoni, vakcīnu antigēni, terapijas enzīmi) tiek ražotas un izmantotas medicīnā un rūpniecībā.

Kopsavilkums

Olbaltumvielas ir universālas biomolekulas ar daudzveidīgām struktūrām un funkcijām — no katalīzes un struktūras nodrošināšanas līdz signālu pārraidei un transportam. To īpašības nosaka aminoskābju secība, locīšanās un ķīmiskās modifikācijas. Precīza sintēze, locīšanās un degradācija ir būtiska šūnu darbībai un organisma veselībai.

Cilvēka olbaltumvielas

Proteīniem ir dažādas funkcijas atkarībā no to formas. Tās var atrast gaļā vai muskuļos. Tos izmanto augšanai un atjaunošanai, kā arī kaulu stiprināšanai. Tās palīdz veidot audus un šūnas. Tās ir dzīvnieku, augu, sēņu, baktēriju un arī cilvēka organismā.

Muskuļos ir daudz olbaltumvielu. Kad olbaltumvielas tiek sagremotas, tās sadalās aminoskābēs. Šīs aminoskābes pēc tam var izmantot jaunu olbaltumvielu veidošanai. Olbaltumvielas ir svarīga pārtikas produktu, piemēram, piena, olu, gaļas, zivju, pupiņu, spinātu un riekstu, sastāvdaļa. Ir četri faktori, kas nosaka olbaltumvielu darbību. Pirmais ir aminoskābju secība. Ir 20 dažādi aminoskābju veidi. Otrais faktors ir nelieli ķēdes vijumi. Trešais ir tas, kā visa struktūra ir salocīta. Ceturtkārt, vai tas sastāv no dažādām apakšvienībām. Piemēram, hemoglobīna molekulas sastāv no četrām apakšvienībām.

Kaitīgas mutācijas

Lielākā daļa olbaltumvielu ir enzīmi, un mutācijas var palēnināt vai apturēt to darbību. 50% cilvēku vēža gadījumu izraisa mutācijas audzēja supresorā p53. p53 ir olbaltumviela, kas regulē šūnu dalīšanos.

Neaizvietojamās aminoskābes

Olbaltumvielas ir nepieciešamas dzīvnieku uzturā, jo dzīvnieki nespēj saražot visas nepieciešamās aminoskābes (lielāko daļu aminoskābju tie spēj saražot paši). Noteiktas aminoskābes tiem ir jāsaņem ar pārtiku. Tās sauc par neaizvietojamām aminoskābēm. Gremošanas procesā dzīvnieki uzņemtās olbaltumvielas sašķeļ brīvajās aminoskābēs. Pēc tam aminoskābes tiek izmantotas vielmaiņā, lai veidotu organismam nepieciešamos fermentus un struktūras.

Cilvēkam ir deviņas neaizvietojamās aminoskābes, ko iegūst ar pārtiku. Deviņas neaizvietojamās aminoskābes ir: histidīns, izoleicīns, leicīns, lizīns, metionīns, fenilalanīns, treonīns, triptofāns un valīns. Gaļā ir visas cilvēkam nepieciešamās neaizvietojamās aminoskābes, bet lielākajā daļā augu to nav. Tomēr, ēdot augu maisījumu, piemēram, gan kviešus, gan zemesriekstu sviestu vai rīsus un pupiņas, tiek nodrošinātas visas nepieciešamās neaizvietojamās aminoskābes. Sojas produkti, piemēram, tofu, nodrošina visas neaizvietojamās aminoskābes, tāpat kā kvinoja, taču tie nav vienīgais veids, kā iegūt cilvēkam nepieciešamās olbaltumvielas.

Zinātnieks Jons Jakobs Bērzeliuss deva proteīniem to nosaukumu, taču proteīnus ir pētījuši arī daudzi citi zinātnieki.

Olu baltumos ir daudz olbaltumvielu

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir olbaltumvielas?

J: Kā aminoskābes ir savienotas?

J: Kas ir polipeptīds?

J: No kurienes nāk aminoskābju secība polipeptīdā?

J: Kas īsi pēc sintēzes notiek ar dažām aminoskābēm?

J: Kāda ir aminoskābju modifikācija olbaltumvielās?

Vai visi proteīni sastāv tikai no aminoskābēm?

Meklēt pēc burta