პროტეინები არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ორგანული ნივთიერებები, რომელთა რაოდენობა ჭარბობს ყველა სხვა მაკრომოლეკულას, რომელიც იმყოფება ცოცხალ უჯრედში. ისინი შეადგენენ როგორც მცენარეული, ისე ცხოველური ორგანიზმების მშრალი ნივთიერების წონის ნახევარზე მეტს. ცილების ფუნქციები უჯრედში მრავალფეროვანია, ზოგიერთი მათგანი ჯერ კიდევ უცნობია მეცნიერებისთვის. მაგრამ მაინც კარგად არის შესწავლილი მათი „მუშაობის“ძირითადი მიმართულებები. ზოგიერთი მათგანი საჭიროა უჯრედებსა და ქსოვილებში მიმდინარე პროცესების სტიმულირებისთვის. სხვები ატარებენ მნიშვნელოვან მინერალურ ნაერთებს უჯრედის მემბრანაში და სისხლძარღვების მეშვეობით ერთი ორგანოდან მეორეში. ზოგიერთი იცავს სხეულს უცხო, ხშირად პათოგენური აგენტებისგან. ერთი რამ ცხადია - ჩვენს ორგანიზმში არც ერთი პროცესი არ მიმდინარეობს ცილების გარეშე.
ცილების ძირითადი ფუნქციები
ცილების ფუნქციები ორგანიზმში მრავალფეროვანია. თითოეულ ჯგუფს აქვს კონკრეტული ქიმიური ნივთიერებაშენობა, ასრულებს ერთ სპეციალიზებულ „სამუშაოს“. ზოგიერთ შემთხვევაში, რამდენიმე სახის ცილა ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. ისინი პასუხისმგებელნი არიან ერთი და იგივე პროცესის სხვადასხვა ეტაპებზე. ან ისინი ერთდროულად რამდენიმე გავლენას ახდენენ. მაგალითად, ცილების მარეგულირებელ ფუნქციას ახორციელებენ ფერმენტები და ჰორმონები. ამ ფენომენის წარმოდგენა შესაძლებელია ჰორმონის ადრენალინის გახსენებით. ის წარმოიქმნება თირკმელზედა ჯირკვლის მედულას მიერ. სისხლძარღვებში შესვლისას ის ზრდის ჟანგბადის რაოდენობას სისხლში. ასევე იმატებს არტერიული წნევა, იმატებს შაქრიანობა. ეს ასტიმულირებს მეტაბოლურ პროცესებს. ადრენალინი ასევე არის ნეიროტრანსმიტერი თევზებში, ამფიბიებში და ქვეწარმავლებში.
ფერმენტული ფუნქცია
ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედებში წარმოქმნილი მრავალი ბიოქიმიური რეაქცია მიმდინარეობს მაღალ ტემპერატურაზე და ნეიტრალური pH მნიშვნელობით. ასეთ პირობებში მათი გავლის სიჩქარე ძალიან დაბალია, ამიტომ საჭიროა სპეციალიზებული კატალიზატორები, რომლებსაც ფერმენტები ეწოდება. მთელი მათი მრავალფეროვნება გაერთიანებულია 6 კლასად, რომლებიც განსხვავდება მოქმედების სპეციფიკით. ფერმენტები სინთეზირდება უჯრედების რიბოზომებზე. მათი შესწავლით ეწევა ფერმენტოლოგიის მეცნიერება.
უეჭველია, ცილების მარეგულირებელი ფუნქცია ფერმენტების გარეშე შეუძლებელია. მათ აქვთ მოქმედების მაღალი სელექციურობა. მათი აქტივობა შეიძლება დარეგულირდეს ინჰიბიტორებითა და აქტივატორებით. გარდა ამისა, ფერმენტები ჩვეულებრივ ავლენენ სუბსტრატის სპეციფიკას. ასევე, ფერმენტული აქტივობა დამოკიდებულია ორგანიზმში და კონკრეტულად უჯრედებში არსებულ პირობებზე. მათ ნაკადზე გავლენას ახდენს წნევა, მჟავე pH, ტემპერატურა, ხსნარის იონური სიძლიერე, ანუმარილის კონცენტრაცია ციტოპლაზმაში.
პროტეინის ტრანსპორტირების ფუნქცია
უჯრედმა მუდმივად უნდა მიიღოს ორგანიზმისთვის საჭირო მინერალური და ორგანული ნივთიერებები. ისინი საჭიროა როგორც სამშენებლო მასალა და ენერგიის წყარო უჯრედებში. მაგრამ მათი მიღების მექანიზმი საკმაოდ რთულია. უჯრედის კედლები შედგება არა მხოლოდ ცილებისგან. ბიოლოგიური გარსები აგებულია ლიპიდების ორმაგი ფენის პრინციპით. მათ შორის სხვადასხვა ცილებია ჩასმული. ძალიან მნიშვნელოვანია, რომ ჰიდროფილური რეგიონები განლაგებულია მემბრანის ზედაპირზე, ხოლო ჰიდროფობიური რეგიონები განლაგებულია მის სისქეში. ამრიგად, ასეთი სტრუქტურა ხდის გარსს შეუღწევადს. ისინი ვერ გაივლიან მას დამოუკიდებლად, „დახმარების“გარეშე, ისეთი მნიშვნელოვანი კომპონენტები, როგორიცაა შაქარი, მეტოლის იონები და ამინომჟავები. ისინი ტრანსპორტირდება ციტოპლაზმური მემბრანის მეშვეობით ციტოპლაზმაში სპეციალიზებული ცილების საშუალებით, რომლებიც ჩაშენებულია ლიპიდურ შრეებში.
ნივთიერებების ტრანსპორტირება ერთი ორგანოდან მეორეში
მაგრამ ცილების სატრანსპორტო ფუნქცია ხორციელდება არა მხოლოდ უჯრედშორის ნივთიერებასა და უჯრედს შორის. ფიზიოლოგიური პროცესებისთვის მნიშვნელოვანი ზოგიერთი ნივთიერება უნდა გადაეცეს ერთი სხეულიდან მეორეს. მაგალითად, სისხლში სატრანსპორტო ცილა არის შრატის ალბუმინი. მას აქვს უნიკალური უნარი, წარმოქმნას ნაერთები ცხიმოვანი მჟავებით, რომლებიც წარმოიქმნება ცხიმების მონელების დროს, წამლებთან, აგრეთვე სტეროიდულ ჰორმონებთან. მნიშვნელოვანი გადამზიდავი ცილებია ჰემოგლობინი (ჟანგბადის მოლეკულების მიმწოდებელი), ტრანსფერინი (ერთდება რკინის იონებთან) და ცერუპლაზმინი (აყალიბებს კომპლექსებსსპილენძი).
ცილების სასიგნალო ფუნქცია
რეცეპტორულ ცილებს დიდი მნიშვნელობა აქვს მრავალუჯრედოვან კომპლექსურ ორგანიზმებში ფიზიოლოგიური პროცესების მიმდინარეობისას. ისინი ჩანერგილია პლაზმურ მემბრანაში. ისინი ემსახურებიან სხვადასხვა სახის სიგნალების აღქმას და გაშიფვრას, რომლებიც უჯრედებში უწყვეტი ნაკადით შედიან არა მხოლოდ მეზობელი ქსოვილებიდან, არამედ გარე გარემოდანაც. ამჟამად, ალბათ ყველაზე შესწავლილი რეცეპტორის ცილაა აცეტილქოლინი. იგი განლაგებულია უჯრედის მემბრანაზე არსებულ რიგ ინტერნეირონულ შეერთებებში.
მაგრამ ცილების სასიგნალო ფუნქცია ხორციელდება არა მხოლოდ უჯრედების შიგნით. ბევრი ჰორმონი აკავშირებს მათ ზედაპირზე არსებულ სპეციფიკურ რეცეპტორებს. ასეთი წარმოქმნილი ნაერთი არის სიგნალი, რომელიც ააქტიურებს ფიზიოლოგიურ პროცესებს უჯრედებში. ასეთი ცილების მაგალითია ინსულინი, რომელიც მოქმედებს ადენილატციკლაზას სისტემაში.
დაცვის ფუნქცია
ცილების ფუნქციები უჯრედში განსხვავებულია. ზოგიერთი მათგანი მონაწილეობს იმუნურ პასუხებში. ეს იცავს ორგანიზმს ინფექციებისგან. იმუნურ სისტემას შეუძლია უპასუხოს გამოვლენილ უცხო აგენტებს დიდი რაოდენობით ლიმფოციტების სინთეზით. ამ ნივთიერებებს შეუძლია შერჩევით დააზიანოს ეს აგენტები, ისინი შეიძლება იყოს უცხო ორგანიზმისთვის, როგორიცაა ბაქტერიები, სუპრამოლეკულური ნაწილაკები, ან შეიძლება იყოს კიბოს უჯრედები.
ერთ-ერთი ჯგუფი - "ბეტა"-ლიმფოციტები - გამოიმუშავებს ცილებს, რომლებიც შედიან სისხლში. მათ აქვთ ძალიან საინტერესო ფუნქცია. ამ პროტეინებმა უნდა აღიარონ უცხო უჯრედები და მაკრომოლეკულები. შემდეგ ისინი უკავშირდებიან მათ,აყალიბებს კომპლექსს, რომელიც უნდა განადგურდეს. ამ ცილებს იმუნოგლობულინებს უწოდებენ. თავად უცხო კომპონენტები ანტიგენებია. და იმუნოგლობულინები, რომლებიც მათ შეესაბამება, არის ანტისხეულები.
სტრუქტურული ფუნქცია
ორგანიზმში, გარდა მაღალი სპეციალობისა, არის სტრუქტურული ცილებიც. ისინი აუცილებელია მექანიკური სიმტკიცის უზრუნველსაყოფად. ცილების ეს ფუნქციები უჯრედში მნიშვნელოვანია სხეულის ფორმისა და ახალგაზრდობის შესანარჩუნებლად. ყველაზე ცნობილი არის კოლაგენი. ეს არის შემაერთებელი ქსოვილების უჯრედგარე მატრიქსის მთავარი ცილა. უფრო მაღალ ძუძუმწოვრებში ეს არის ცილების მთლიანი მასის 1/4-მდე. კოლაგენი სინთეზირდება ფიბრობლასტებში, რომლებიც შემაერთებელი ქსოვილის ძირითადი უჯრედებია.
ცილების ასეთ ფუნქციებს უჯრედში დიდი მნიშვნელობა აქვს. კოლაგენის გარდა, ცნობილია კიდევ ერთი სტრუქტურული ცილა - ელასტინი. ის ასევე არის უჯრედგარე მატრიქსის შემადგენელი ნაწილი. ელასტინს შეუძლია მისცეს ქსოვილებს გარკვეული საზღვრებში დაჭიმვის უნარი და ადვილად დაუბრუნდეს პირვანდელ ფორმას. სტრუქტურული ცილის კიდევ ერთი მაგალითია ფიბროინი, რომელიც გვხვდება აბრეშუმის ჭიის ქიაყელებში. ის აბრეშუმის ძაფების მთავარი კომპონენტია.
საავტომობილო ცილები
ცილების როლი უჯრედში არ შეიძლება გადაჭარბებული იყოს. ისინი ასევე მონაწილეობენ კუნთების მუშაობაში. კუნთების შეკუმშვა მნიშვნელოვანი ფიზიოლოგიური პროცესია. შედეგად, მაკრომოლეკულების სახით შენახული ATP გარდაიქმნება ქიმიურ ენერგიად. პროცესის უშუალო მონაწილეები არიან ორი ცილა - აქტინი და მიოზინი.
ეს საავტომობილო ცილებიარის ძაფისებრი მოლეკულები, რომლებიც ფუნქციონირებენ ჩონჩხის კუნთების შეკუმშვის სისტემაში. ისინი ასევე გვხვდება ევკარიოტულ უჯრედებში არაკუნთოვან ქსოვილებში. საავტომობილო ცილების კიდევ ერთი მაგალითია ტუბულინი. მისგან აგებულია მიკროტუბულები, რომლებიც წარმოადგენს ფლაგელას და ცილიას მნიშვნელოვან ელემენტს. ტუბულინის შემცველი მიკროტუბულები ასევე გვხვდება ცხოველების ნერვული ქსოვილის უჯრედებში.
ანტიბიოტიკები
ცილების დამცავი როლი უჯრედში უზარმაზარია. მისი ნაწილი მიეკუთვნება ჯგუფს, რომელსაც ჩვეულებრივ უწოდებენ ანტიბიოტიკებს. ეს არის ბუნებრივი წარმოშობის ნივთიერებები, რომლებიც სინთეზირდება, როგორც წესი, ბაქტერიებში, მიკროსკოპულ სოკოებში და სხვა მიკროორგანიზმებში. ისინი მიზნად ისახავს სხვა კონკურენტი ორგანიზმების ფიზიოლოგიური პროცესების ჩახშობას. 40-იან წლებში აღმოაჩინეს ცილოვანი წარმოშობის ანტიბიოტიკები. მათ რევოლუცია მოახდინეს მედიცინაში, მისცეს მას ძლიერი ბიძგი განვითარებისთვის.
ქიმიური ბუნებით ანტიბიოტიკები ძალიან მრავალფეროვანი ჯგუფია. ისინი ასევე განსხვავდებიან მოქმედების მექანიზმით. ზოგი ხელს უშლის ცილის სინთეზს უჯრედებში, ზოგი ბლოკავს მნიშვნელოვანი ფერმენტების გამომუშავებას, ზოგი აფერხებს ზრდას და ზოგი აფერხებს რეპროდუქციას. მაგალითად, ცნობილი სტრეპტომიცინი ურთიერთქმედებს ბაქტერიული უჯრედების რიბოსომებთან. ამრიგად, ისინი მკვეთრად ანელებენ ცილების სინთეზს. ამავდროულად, ეს ანტიბიოტიკები არ ურთიერთქმედებენ ადამიანის ორგანიზმის ევკარიოტულ რიბოზომებთან. ეს ნიშნავს, რომ ეს ნივთიერებები არ არის ტოქსიკური უმაღლესი ძუძუმწოვრებისთვის.
ეს არ არის უჯრედში არსებული ცილების ყველა ფუნქცია. მაგიდაანტიბიოტიკები საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ სხვა უაღრესად სპეციალიზებული მოქმედებები, რაც ამ სპეციფიკურ ბუნებრივ ნაერთებს შეუძლიათ ბაქტერიებზე და არა მარტო. ამჟამად მიმდინარეობს ცილოვანი წარმოშობის ანტიბიოტიკების შესწავლა, რომლებიც დნმ-თან ურთიერთობისას არღვევენ მემკვიდრეობითი ინფორმაციის განსახიერებასთან დაკავშირებულ პროცესებს. მაგრამ ჯერჯერობით, ასეთი ნივთიერებები გამოიყენება მხოლოდ ონკოლოგიური დაავადებების ქიმიოთერაპიაში. ასეთი ანტიბიოტიკური ნივთიერების მაგალითია დაქტინომიცინი, რომელიც სინთეზირებულია აქტინომიცეტების მიერ.
ტოქსინები
პროტეინები უჯრედში ასრულებენ ძალიან სპეციფიკურ და თუნდაც არაჩვეულებრივ ფუნქციას. მთელი რიგი ცოცხალი ორგანიზმები აწარმოებენ ტოქსიკურ ნივთიერებებს - ტოქსინებს. მათი ბუნებით, ეს არის ცილები და რთული დაბალი მოლეკულური ორგანული ნაერთები. ამის მაგალითია სოკოს ფერმკრთალი ღორის შხამიანი რბილობი.
რეზერვი და საკვები ცილები
ზოგიერთი ცილა ასრულებს ცხოველებისა და მცენარეების ემბრიონების კვების ფუნქციას. ასეთი მაგალითები ბევრია. ცილის მნიშვნელობა მარცვლეულის თესლის უჯრედში სწორედ ამაში მდგომარეობს. ისინი კვებავენ მცენარის აღმოცენებულ ჩანასახს მისი განვითარების პირველ ეტაპზე. ცხოველებში დიეტური ცილებია კვერცხის ალბუმინი და რძის კაზეინი.
ცილების შეუსწავლელი თვისებები
ზემოხსენებული მაგალითები მხოლოდ ის ნაწილია, რომელიც უკვე საკმარისად არის შესწავლილი. მაგრამ ბუნებაში ბევრი საიდუმლოა. მრავალი ბიოლოგიური სახეობის უჯრედში არსებული ცილები უნიკალურია და ამჟამად მათ კლასიფიცირებს კიდეცრთული. მაგალითად, მონელინი არის აფრიკული მცენარისგან აღმოჩენილი და გამოყოფილი ცილა. ტკბილი გემო აქვს, მაგრამ არ არის სიმსუქნე და არატოქსიკური. მომავალში, ის შეიძლება იყოს შაქრის შესანიშნავი შემცვლელი. კიდევ ერთი მაგალითია ზოგიერთ არქტიკულ თევზში ნაპოვნი ცილა, რომელიც ხელს უშლის სისხლის გაყინვას ანტიფრიზის როლით შედარების პირდაპირი გაგებით. რიგ მწერებში ფრთების სახსრებში აღმოჩნდა რეზილინის ცილა, რომელსაც აქვს უნიკალური, თითქმის სრულყოფილი ელასტიურობა. და ეს არ არის ყველა იმ ნივთიერებების მაგალითები, რომლებიც ჯერ კიდევ შესასწავლი და კლასიფიცირებულია.
