Structură și mișcare

Figura 6.9 Structura colagenului

funcțiile
Colagen Triple Helix de Nevit Dilmen/CC BY-SA 3.0

Enzime

Deși proteinele se găsesc în cele mai mari cantități în țesuturile conjunctive, cum ar fi oasele, funcția lor cea mai extraordinară este de a fi enzime. Enzimele sunt proteine ​​care conduc reacții chimice specifice. Sarcina unei enzime este de a oferi un loc pentru o reacție chimică și de a reduce cantitatea de energie și timpul necesar pentru ca acea reacție chimică să aibă loc (aceasta este cunoscută sub numele de „cataliză”). În medie, mai mult de o sută de reacții chimice apar în celule în fiecare secundă și cele mai multe dintre ele necesită enzime. Ficatul singur conține peste o mie de sisteme enzimatice. Enzimele sunt specifice și vor folosi numai substraturi particulare care se încadrează în site-ul lor activ, similar modului în care o blocare poate fi deschisă numai cu o cheie specifică. Aproape fiecare reacție chimică necesită o enzimă specifică. Din fericire, o enzimă își poate îndeplini rolul de catalizator mereu, deși în cele din urmă este distrusă și reconstruită. Toate funcțiile corporale, inclusiv defalcarea nutrienților din stomac și intestinul subțire, transformarea nutrienților în molecule pe care o celulă le poate folosi și construirea tuturor macromoleculelor, inclusiv a proteinelor în sine, implică enzime (a se vedea Figura 6.10 „Rolul enzimelor în digestia carbohidraților”).

Figura 6.10 Rolul enzimelor în digestia carbohidraților

Hormoni

Proteinele sunt responsabile pentru sinteza hormonală. Hormonii sunt mesajele chimice produse de glandele endocrine. Atunci când o glandă endocrină este stimulată, eliberează un hormon. Hormonul este apoi transportat în sânge către celula sa țintă, unde comunică un mesaj pentru a iniția o reacție specifică sau un proces celular. De exemplu, după ce mâncați, nivelul glicemiei crește. Ca răspuns la creșterea glicemiei, pancreasul eliberează hormonul insulină. Insulina spune celulelor corpului că glucoza este disponibilă și că o ia din sânge și o stochează sau o folosește pentru a produce energie sau pentru a construi macromolecule. O funcție majoră a hormonilor este de a activa și dezactiva enzimele, astfel încât unele proteine ​​pot chiar regla acțiunile altor proteine. Deși nu toți hormonii sunt fabricați din proteine, mulți dintre ei sunt.

Echilibrul fluid și acid-bază

Aportul adecvat de proteine ​​permite proceselor biologice de bază ale corpului să mențină status quo-ul într-un mediu în schimbare. Echilibrul fluidelor se referă la menținerea distribuției apei în organism. Dacă prea multă apă din sânge se mută brusc într-un țesut, rezultatele sunt umflături și, potențial, moarte celulară. Apa curge întotdeauna dintr-o zonă cu concentrație mare la una cu o concentrație scăzută. Ca urmare, apa se deplasează spre zone care au concentrații mai mari de alte substanțe dizolvate, cum ar fi proteinele și glucoza. Pentru a menține apa distribuită uniform între sânge și celule, proteinele circulă continuu la concentrații mari în sânge. Cea mai abundentă proteină din sânge este proteina în formă de fluture cunoscută sub numele de albumină. Prezența albuminei în sânge face ca concentrația de proteine ​​din sânge să fie similară cu cea din celule. Prin urmare, schimbul de lichide între sânge și celule nu este extrem, ci mai degrabă este minimizat pentru a păstra status quo-ul.

Figura 6.11 Proteina albumină

PDB 1o9x EBI de către Jawahar Swaminathan și personalul MSD de la Institutul European de Bioinformatică/Domeniul Public Proteina în formă de fluture, albumina, are multe funcții în organism, inclusiv menținerea echilibrului fluid și acid-bazic și transportul moleculelor.

Proteinele sunt, de asemenea, esențiale pentru menținerea unui echilibru adecvat al pH-ului (măsura cât de acidă sau bazică este o substanță) în sânge. PH-ul sanguin este menținut între 7,35 și 7,45, ceea ce este ușor de bază. Chiar și o ușoară modificare a pH-ului din sânge poate afecta funcțiile corpului. Amintiți-vă că condițiile acide pot provoca denaturarea proteinelor, ceea ce împiedică funcționarea proteinelor. Corpul are mai multe sisteme care mențin pH-ul sângelui în limitele normale pentru a preveni acest lucru. Una dintre acestea este albumina circulantă. Albumina este ușor acidă și, deoarece este încărcată negativ, echilibrează numeroasele molecule încărcate pozitiv, cum ar fi protoni (H +), calciu, potasiu și magneziu, care circulă și în sânge. Albumina acționează ca un tampon împotriva schimbărilor bruște ale concentrațiilor acestor molecule, echilibrând astfel pH-ul din sânge și menținând status quo-ul. Proteina hemoglobinei participă, de asemenea, la echilibrul acido-bazic prin legarea și eliberarea protonilor.

Transport

Albumina și hemoglobina joacă, de asemenea, un rol în transportul molecular. Albumina se leagă chimic de hormoni, acizi grași, unele vitamine, minerale esențiale și medicamente și le transportă prin sistemul circulator. Fiecare celulă roșie din sânge conține milioane de molecule de hemoglobină care leagă oxigenul din plămâni și îl transportă către toate țesuturile din corp. Membrana plasmatică a unei celule nu este de obicei permeabilă moleculelor polare mari, astfel încât pentru a obține nutrienții și moleculele necesare în celulă există multe proteine ​​de transport în membrana celulară. Unele dintre aceste proteine ​​sunt canale care permit anumitor molecule să se deplaseze în și în afara celulelor. Alții acționează ca taxiuri cu sens unic și necesită energie pentru a funcționa.

Protecţie

Figura 6.12 Proteine ​​pentru anticorpi

Abagovomab (anticorp monoclonal) de Blake C/CC BY-SA 3.0

Figura 6.13 Antigen

Lanțuri de anticorpi de Fred Oyster/Domeniul public

O proteină de anticorp este alcătuită din două lanțuri grele și două lanțuri ușoare. Regiunea variabilă, care diferă de la un anticorp la altul, permite unui anticorp să recunoască antigenul său de potrivire.

Anterior am discutat că fibrele puternice de colagen din piele îi conferă structură și suport. Rețeaua densă de fibre de colagen a pielii servește și ca baricadă împotriva substanțelor nocive. Funcțiile de atac și distrugere ale sistemului imunitar sunt dependente de enzime și anticorpi, care sunt și proteine. O enzimă numită lizozimă este secretată în salivă și atacă pereții bacteriilor, provocând ruperea acestora. Anumite proteine ​​care circulă în sânge pot fi direcționate pentru a construi un cuțit molecular care înjunghie membranele celulare ale invadatorilor străini. Anticorpii secretați de celulele albe din sânge analizează întregul sistem circulator în căutarea bacteriilor dăunătoare și a virușilor de înconjurat și distruși. Anticorpii declanșează, de asemenea, alți factori din sistemul imunitar pentru a căuta și distruge intrușii nedoriti.

Vindecarea rănilor și regenerarea țesuturilor

Proteinele sunt implicate în toate aspectele vindecării rănilor, proces care are loc în trei faze: inflamatorie, proliferativă și remodelare. De exemplu, dacă ai coase și ți-ai înțepa degetul cu un ac, carnea ta ar deveni roșie și ar deveni inflamată. În câteva secunde sângerarea s-ar opri. Procesul de vindecare începe cu proteine ​​precum bradikinina, care dilată vasele de sânge la locul leziunii. O proteină suplimentară numită fibrină ajută la asigurarea trombocitelor care formează un cheag pentru a opri sângerarea. Apoi, în faza proliferativă, celulele se deplasează și repară țesutul rănit instalând fibre de colagen nou fabricate. Fibrele de colagen contribuie la tragerea marginilor plăgii împreună. În faza de remodelare, se depune mai mult colagen, formând o cicatrice. Țesutul cicatricial este doar aproximativ 80% la fel de funcțional ca și țesutul normal nevătămat. Dacă o dietă este insuficientă în proteine, procesul de vindecare a rănilor este semnificativ încetinit.

În timp ce vindecarea rănilor are loc numai după ce o leziune este susținută, un proces diferit numit regenerarea țesuturilor este în curs de desfășurare în organism. Principala diferență dintre vindecarea rănilor și regenerarea țesutului se află în procesul de regenerare a unei copii structurale și funcționale exacte a țesutului pierdut. Astfel, țesutul vechi, pe moarte nu este înlocuit cu țesut cicatricial, ci cu țesut nou complet funcțional. Unele celule (cum ar fi pielea, părul, unghiile și celulele intestinale) au o rată foarte mare de regenerare, în timp ce altele (cum ar fi celulele cardiace-musculare și celulele nervoase) nu se regenerează la nici un nivel apreciabil. Regenerarea țesuturilor este crearea de celule noi (diviziunea celulară), care necesită multe proteine ​​diferite, inclusiv enzime care sintetizează ARN și proteine, proteine ​​de transport, hormoni și colagen. Într-un folicul de păr, celulele se divid și un fir de păr crește în lungime. Creșterea părului are în medie 1 centimetru pe lună și unghiile aproximativ 1 centimetru la fiecare o sută de zile. Celulele care căptușesc intestinul se regenerează la fiecare trei până la cinci zile. Dietele inadecvate în proteine ​​afectează regenerarea țesuturilor, provocând numeroase probleme de sănătate, inclusiv afectarea digestiei și absorbției nutrienților și, cel mai vizibil, creșterea părului și a unghiilor.

Producere de energie

Unii dintre aminoacizii din proteine ​​pot fi dezasamblați și utilizați pentru a produce energie (Figura 6.14 „Aminoacizi utilizați pentru energie”). Doar aproximativ 10% din proteinele dietetice sunt catabolizate în fiecare zi pentru a produce energie celulară. Ficatul este capabil să descompună aminoacizii în scheletul de carbon, care poate fi apoi alimentat în ciclul acidului citric. Acest lucru este similar cu modul în care glucoza este utilizată pentru a produce ATP. Dacă dieta unei persoane nu conține suficienți carbohidrați și grăsimi corpul lor va folosi mai mulți aminoacizi pentru a produce energie, ceea ce compromite sinteza proteinelor noi și distruge proteinele musculare. Alternativ, dacă dieta unei persoane conține mai multe proteine ​​decât are nevoie corpul, aminoacizii suplimentari vor fi defalcați și transformați în grăsimi.

Figura 6.14 Aminoacizi folosiți pentru energie

Imagine de Allison Calabrese/CC BY 4.0