Eiwitten zijn de belangrijkste organische stoffen, waarvan het aantal prevaleert boven alle andere macromoleculen die in een levende cel aanwezig zijn. Ze vormen meer dan de helft van het drogestofgewicht van zowel plantaardige als dierlijke organismen. De functies van eiwitten in de cel zijn divers, sommige zijn nog onbekend voor de wetenschap. Maar toch zijn de hoofdrichtingen van hun "werk" goed bestudeerd. Sommige zijn nodig om de processen in cellen en weefsels te stimuleren. Anderen vervoeren belangrijke minerale verbindingen door het celmembraan en door de bloedvaten van het ene orgaan naar het andere. Sommige beschermen het lichaam tegen vreemde, vaak pathogene agentia. Eén ding is duidelijk: geen enkel proces in ons lichaam vindt plaats zonder eiwitten.
Basisfuncties van eiwitten
De functies van eiwitten in het lichaam zijn divers. Elke groep heeft een specifieke chemische stofgebouw, voert één gespecialiseerd "werk" uit. In sommige gevallen zijn meerdere soorten eiwitten met elkaar verbonden. Ze zijn verantwoordelijk voor verschillende fasen van hetzelfde proces. Of ze beïnvloeden meerdere tegelijk. De regulerende functie van eiwitten wordt bijvoorbeeld uitgevoerd door enzymen en hormonen. Dit fenomeen kan je je voorstellen door het hormoon adrenaline te onthouden. Het wordt geproduceerd door het bijniermerg. Als het de bloedvaten binnendringt, verhoogt het de hoeveelheid zuurstof in het bloed. Ook de bloeddruk stijgt, het suikergeh alte stijgt. Dit stimuleert stofwisselingsprocessen. Adrenaline is ook een neurotransmitter in vissen, amfibieën en reptielen.
Enzymatische functie
Veel biochemische reacties die plaatsvinden in de cellen van levende organismen worden uitgevoerd bij hoge temperaturen en met een neutrale pH-waarde. Onder dergelijke omstandigheden is de passagesnelheid te laag, dus zijn gespecialiseerde katalysatoren, enzymen genaamd, nodig. Al hun diversiteit wordt gecombineerd in 6 klassen, die verschillen in de specificiteit van de actie. Enzymen worden gesynthetiseerd op ribosomen in cellen. De wetenschap van de enzymologie houdt zich bezig met hun studie.
Ongetwijfeld is de regulerende functie van eiwitten onmogelijk zonder enzymen. Ze hebben een hoge selectiviteit van actie. Hun activiteit kan worden gereguleerd door remmers en activatoren. Bovendien vertonen enzymen gewoonlijk substraatspecificiteit. Ook is de enzymatische activiteit afhankelijk van de omstandigheden in het lichaam en in het bijzonder in cellen. Hun stroom wordt beïnvloed door druk, zure pH, temperatuur, ionsterkte van de oplossing, dat wil zeggen:zoutconcentratie in het cytoplasma.
Eiwittransportfunctie
De cel moet constant de noodzakelijke minerale en organische stoffen voor het lichaam ontvangen. Ze zijn nodig als bouwmaterialen en energiebronnen in cellen. Maar het mechanisme van hun ontvangst is behoorlijk ingewikkeld. Celwanden bestaan uit meer dan alleen eiwitten. Biologische membranen zijn gebouwd op het principe van een dubbele laag lipiden. Daartussen zijn verschillende eiwitten ingebed. Het is erg belangrijk dat de hydrofiele gebieden zich op het oppervlak van het membraan bevinden, terwijl de hydrofobe gebieden zich in de dikte bevinden. Een dergelijke structuur maakt de schaal dus ondoordringbaar. Ze kunnen er niet alleen doorheen, zonder "hulp", belangrijke componenten als suikers, metolionen en aminozuren. Ze worden door het cytoplasmamembraan naar het cytoplasma getransporteerd door gespecialiseerde eiwitten die zijn ingebed in lipidenlagen.
Transport van stoffen van het ene orgaan naar het andere
Maar de transportfunctie van eiwitten wordt niet alleen uitgevoerd tussen de intercellulaire substantie en de cel. Sommige stoffen die belangrijk zijn voor fysiologische processen moeten van het ene lichaam naar het andere worden overgebracht. Het transporteiwit in het bloed is bijvoorbeeld serumalbumine. Het is begiftigd met een uniek vermogen om verbindingen te vormen met vetzuren die verschijnen tijdens de vertering van vetten, met medicijnen en met steroïde hormonen. Belangrijke dragereiwitten zijn hemoglobine (leveren zuurstofmoleculen), transferrine (combineren met ijzerionen) en ceruplasmine (vormen complexen metkoper).
Signaalfunctie van eiwitten
Receptoreiwitten zijn van groot belang in het verloop van fysiologische processen in meercellige complexe organismen. Ze zijn ingebed in het plasmamembraan. Ze dienen om verschillende soorten signalen waar te nemen en te ontcijferen die de cellen in een continue stroom binnenkomen, niet alleen vanuit aangrenzende weefsels, maar ook vanuit de externe omgeving. Momenteel is misschien wel het meest bestudeerde receptoreiwit acetylcholine. Het bevindt zich in een aantal interneuronale verbindingen op het celmembraan.
Maar de signaleringsfunctie van eiwitten wordt niet alleen in de cellen uitgevoerd. Veel hormonen binden aan specifieke receptoren op hun oppervlak. Zo'n gevormde verbinding is een signaal dat fysiologische processen in cellen activeert. Een voorbeeld van dergelijke eiwitten is insuline, dat inwerkt in het adenylaatcyclasesysteem.
Beschermingsfunctie
De functies van eiwitten in een cel zijn verschillend. Sommigen van hen zijn betrokken bij immuunreacties. Dit beschermt het lichaam tegen infecties. Het immuunsysteem kan reageren op de geïdentificeerde vreemde agentia met de synthese van een groot aantal lymfocyten. Deze stoffen kunnen deze middelen selectief beschadigen, ze kunnen lichaamsvreemd zijn, zoals bacteriën, supramoleculaire deeltjes, of het kunnen kankercellen zijn.
Een van de groepen - "bèta"-lymfocyten - produceert eiwitten die in de bloedbaan terechtkomen. Ze hebben een zeer interessante functie. Deze eiwitten moeten vreemde cellen en macromoleculen herkennen. Dan verbinden ze zich met hen,een complex vormen dat moet worden vernietigd. Deze eiwitten worden immunoglobulinen genoemd. De vreemde componenten zelf zijn antigenen. En de immunoglobulinen die daarmee overeenkomen, zijn antilichamen.
Structurele functie
In het lichaam zijn er naast zeer gespecialiseerde eiwitten ook structurele eiwitten. Ze zijn nodig om mechanische sterkte te bieden. Deze functies van eiwitten in de cel zijn belangrijk voor het behoud van de vorm en jeugdigheid van het lichaam. De meest bekende is collageen. Het is het belangrijkste eiwit van de extracellulaire matrix van bindweefsels. Bij hogere zoogdieren is het tot 1/4 van de totale massa aan eiwitten. Collageen wordt gesynthetiseerd in fibroblasten, de belangrijkste cellen van bindweefsel.
Dergelijke functies van eiwitten in de cel zijn van groot belang. Naast collageen is er nog een ander structureel eiwit bekend - elastine. Het is ook een bestanddeel van de extracellulaire matrix. Elastine kan weefsels het vermogen geven om binnen bepaalde grenzen uit te rekken en gemakkelijk terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm. Een ander voorbeeld van een structureel eiwit is fibroïne, dat voorkomt in rupsen van zijderupsen. Het is het hoofdbestanddeel van zijden draden.
Motoreiwitten
De rol van eiwitten in de cel kan niet worden overschat. Ze nemen ook deel aan het werk van spieren. Spiercontractie is een belangrijk fysiologisch proces. Als gevolg hiervan wordt het ATP dat is opgeslagen in de vorm van macromoleculen omgezet in chemische energie. De directe deelnemers aan het proces zijn twee eiwitten - actine en myosine.
Deze motoreiwittenzijn filamenteuze moleculen die functioneren in het contractiele systeem van skeletspieren. Ze worden ook gevonden in niet-spierweefsels in eukaryote cellen. Een ander voorbeeld van motoreiwitten is tubuline. Hieruit worden microtubuli opgebouwd, die een belangrijk element zijn van flagella en trilhaartjes. Microtubuli die tubuline bevatten, worden ook aangetroffen in de cellen van het zenuwweefsel van dieren.
Antibiotica
De beschermende rol van eiwitten in de cel is enorm. Een deel ervan wordt toegewezen aan een groep die gewoonlijk antibiotica wordt genoemd. Dit zijn stoffen van natuurlijke oorsprong, die in de regel worden gesynthetiseerd in bacteriën, microscopisch kleine schimmels en andere micro-organismen. Ze zijn gericht op het onderdrukken van de fysiologische processen van andere concurrerende organismen. Antibiotica van eiwitoorsprong werden in de jaren 40 ontdekt. Ze brachten een revolutie teweeg in de geneeskunde en gaven het een krachtige impuls aan de ontwikkeling.
Vanwege hun chemische aard vormen antibiotica een zeer diverse groep. Ze verschillen ook in hun werkingsmechanisme. Sommige voorkomen de eiwitsynthese in cellen, andere blokkeren de productie van belangrijke enzymen, andere remmen de groei en weer andere remmen de voortplanting. Het bekende streptomycine interageert bijvoorbeeld met de ribosomen van bacteriële cellen. Zo vertragen ze de synthese van eiwitten dramatisch. Tegelijkertijd hebben deze antibiotica geen interactie met eukaryote ribosomen van het menselijk lichaam. Dit betekent dat deze stoffen niet giftig zijn voor hogere zoogdieren.
Dit zijn niet alle functies van eiwitten in de cel. Tafelantibiotische stoffen stellen u in staat om andere zeer gespecialiseerde acties te bepalen die deze specifieke natuurlijke verbindingen op bacteriën kunnen hebben en niet alleen. Momenteel worden antibiotica van eiwitoorsprong bestudeerd die, wanneer ze in wisselwerking staan met DNA, de processen verstoren die gepaard gaan met de belichaming van erfelijke informatie. Maar tot nu toe worden dergelijke stoffen alleen gebruikt bij de chemotherapie van oncologische ziekten. Een voorbeeld van zo'n antibioticum is dactinomycine, dat wordt gesynthetiseerd door actinomyceten.
Gifstoffen
Eiwitten in een cel vervullen een zeer specifieke en zelfs buitengewone functie. Een aantal levende organismen produceren giftige stoffen - toxines. Door hun aard zijn dit eiwitten en complexe organische verbindingen met een laag molecuulgewicht. Een voorbeeld is het giftige vruchtvlees van de schimmel bleke fuut.
Reserve- en voedingseiwitten
Sommige eiwitten hebben de functie om de embryo's van dieren en planten van voeding te voorzien. Er zijn veel van dergelijke voorbeelden. Juist hierin ligt het belang van eiwit in de cel van graanzaden. Ze zullen de opkomende kiem van de plant voeden in de eerste stadia van zijn ontwikkeling. Bij dieren zijn de voedingseiwitten ei-albumine en melkcaseïne.
Onverkende eigenschappen van eiwitten
De bovenstaande voorbeelden zijn slechts het deel dat al voldoende is bestudeerd. Maar in de natuur zijn er veel mysteries. Eiwitten in de cel van veel biologische soorten zijn uniek en classificeren ze momenteel zelfsmoeilijk. Monelline is bijvoorbeeld een eiwit dat is ontdekt en geïsoleerd uit een Afrikaanse plant. Het smaakt zoet, maar is niet zwaarlijvig en niet giftig. In de toekomst kan het een uitstekende vervanger zijn voor suiker. Een ander voorbeeld is een eiwit dat in sommige poolvissen wordt aangetroffen en dat voorkomt dat het bloed bevriest door als antivries in de letterlijke zin van de vergelijking te werken. Bij een aantal insecten werd het resiline-eiwit, dat een unieke, bijna perfecte elasticiteit heeft, gevonden in de vleugelgewrichten. En dit zijn niet alle voorbeelden van stoffen die nog moeten worden bestudeerd en geclassificeerd.
