Функции на протеините в човешкото тяло
Протеиновите молекули могат да бъдат много разнообразни. А разнообразието от молекули, от своя страна, определя разнообразието на техните функции.
Най-известната функция на протеините в тялото екатализа на различни химични реакции. Ензимите са протеини, които имат специфични каталитични свойства, т.е. всеки ензим катализира една или повече подобни реакции. Ензимите катализират реакции, които разграждат сложни молекули (катаболизъм) и ги синтезират (анаболизъм), включително репликация и възстановяване на ДНК и синтез на РНК матрица. До 2013 г. са описани повече от 5000 ензима. Ускоряването на реакцията в резултат на ензимната катализа може да бъде огромно: например реакция, катализирана от ензима оротидин-5'-фосфат декарбоксилаза, протича 1017 пъти по-бързо от некатализирана (периодът на полуреакция за декарбоксилиране на оротова киселина е 78 милиона години без ензима и 18 милисекунди с участието на ензима). Молекулите, които се свързват с ензима и се променят в резултат на реакцията, се наричат субстрати.
Въпреки че ензимите обикновено се състоят от стотици аминокиселинни остатъци, само малка част от тях взаимодействат със субстрата и още по-малко - средно 3-4 аминокиселинни остатъци, често разположени далеч един от друг в първичната структура - участват пряко в катализата. Частта от ензимната молекула, която осигурява свързването на субстрата и катализата, се нарича активно място.
Структурните протеини на цитоскелета, като вид подсилване, придават форма на клетките и много органели и участват в промяната на формата на клетките. Повечето структурни протеини са нишковидни: например мономерите на актин и тубулин са глобуларни, разтворими протеини, но след полимеризация те образуват дългите нишки, които изграждатцитоскелетът, който позволява на клетката да поддържа формата си. Колагенът и еластинът са основните компоненти на междуклетъчното вещество на съединителната тъкан (например хрущял), а косата, ноктите, перата на птиците и някои черупки са изградени от друг структурен протеин - кератин.
Има няколко видазащитни функции на протеините:
1. Физическа защита. Физическата защита на тялото се осигурява от колаген - протеин, който формира основата на междуклетъчното вещество на съединителните тъкани (включително кости, хрущяли, сухожилия и дълбоки слоеве на кожата (дермис)); кератин, който формира основата на роговите щитове, косата, перата, рогата и други производни на епидермиса. Обикновено такива протеини се считат за протеини със структурна функция. Примери за протеини от тази група са фибриногените и тромбините, участващи в коагулацията на кръвта.
2. Химическа защита. Свързването на токсините с протеиновите молекули може да осигури тяхната детоксикация. Особено важна роля в детоксикацията при хората играят чернодробните ензими, които разграждат отровите или ги превръщат в разтворима форма, което допринася за бързото им извеждане от тялото.
3. Имунна защита. Протеините, които изграждат кръвта и другите биологични течности, участват в защитния отговор на тялото както при увреждане, така и при атака от патогени. Протеините на системата на комплемента и антителата (имуноглобулини) принадлежат към протеините от втората група; те неутрализират бактерии, вируси или чужди протеини. Антителата, които са част от адаптивната имунна система, се прикрепят към чужди за дадения организъм вещества, антигени и по този начин ги неутрализират, насочвайки ги към местата на унищожение. Антителата могат да се секретират в междуклетъчното пространство или да се прикрепят към мембраните на специализирани В-лимфоцити, наречени плазмени клетки.
Разтворими протеини, участващи втранспорт на малки молекули, трябва да има висок афинитет (афинитет) към субстрата, когато присъства във висока концентрация, и лесно да се освобождава на места с ниска концентрация на субстрата. Пример за транспортни протеини е хемоглобинът, който пренася кислород от белите дробове до други тъкани и въглероден диоксид от тъканите до белите дробове, както и хомоложни на него протеини, които се срещат във всички царства на живите организми.
Някои мембранни протеини участват в транспорта на малки молекули през клетъчната мембрана, променяйки нейната пропускливост. Липидният компонент на мембраната е водоустойчив (хидрофобен), което предотвратява дифузията на полярни или заредени (йони) молекули. Мембранните транспортни протеини обикновено се класифицират на канални протеини и протеини-носители. Каналните протеини съдържат вътрешни, пълни с вода пори, които позволяват на йони (чрез йонни канали) или водни молекули (чрез аквапорини) да се движат през мембраната. Много йонни канали са специализирани за транспортиране само на един йон; по този начин калиевите и натриевите канали често правят разлика между тези подобни йони и позволяват само на един от тях да премине. Протеините носители свързват, подобно на ензимите, всяка молекула или йон, които носят, и за разлика от каналите могат активно да транспортират, използвайки енергията на АТФ. „Електростанцията на клетката“ – АТФ синтазата, която осъществява синтеза на АТФ благодарение на протонния градиент, също може да се класифицира като мембранен транспортен протеин.
Сигналната функция на протеините е способността на протеините да служат като сигнални вещества, предаващи сигнали между клетки, тъкани, органи и организми. Сигналната функция често се комбинира с регулаторната функция, тъй като много вътреклетъчни регулаторни протеини също извършват сигнална трансдукция.
Сигналната функция се изпълнява от протеинихормони, цитокини, растежни фактори и др.
Хормоните се пренасят в кръвта. Повечето животински хормони са протеини или пептиди. Свързването на хормон с неговия рецептор е сигнал, който задейства клетъчен отговор. Хормоните регулират концентрацията на вещества в кръвта и клетките, растежа, възпроизводството и други процеси. Пример за такива протеини е инсулинът, който регулира концентрацията на глюкоза в кръвта.
Клетките взаимодействат една с друга с помощта на сигнални протеини, предавани през междуклетъчното вещество. Такива протеини включват, например, цитокини и растежни фактори.
Цитокините са пептидни сигнални молекули. Те регулират взаимодействията между клетките, определят тяхното оцеляване, стимулират или потискат растежа, диференциацията, функционалната активност и апоптозата и осигуряват координацията на действията на имунната, ендокринната и нервната системи. Пример за цитокини е факторът на туморната некроза, който предава възпалителни сигнали между клетките на тялото.