Структура и функции белков

Структура белков.  Белки – важнейшая составляющая живых клеток – представляют собой высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков 20 аминокислот. Аминокислоты – органические соединения, в состав которых входят карбоксильные группы СООН, аминогруппа H2N и углеводородный радикал. По своей структуре белки относятся к полимерам. Их молекулы имеют форму длинных цепей, состоящих из повторяющихся молекул – мономеров.  К центральному атому углерода  мономера присоединены четыре разные группы. Три из них – атом водорода Н, щелочная аминогруппа H2N и карбоксильная группа СООН – для всех аминокислот одинаковы. По составу и структуре четвёртой группы аминокислоты отличаются друг от друга. В самых простых структурах, например в молекуле глицина, такая группа представляет собой атом водорода, в молекуле аланина – СН3 .

 Химическая связь –СО–NH–, соединяющая аминогруппу одной аминокислоты с карбоксильной группой другой в молекулах белков, называется пептидной связью.

Все живые организмы, будь то растения, животные, бактерии или вирусы, содержат белки, построенные из одних и тех же аминокислот. Поэтому в любой пище содержатся те же аминокислоты, которые входят в состав белков организмов, потребляющих пищу.

Белки – это природные органические соединения, состоящие из макромолекул, относительная молекулярная масса которых может составлять тысячи и даже миллионы. Каждая аминокислота белка содержит специфическую для неё группу. Аминокислоты образуют своеобразный алфавит из 20 букв, которые объединяются в группы (слова), определяющие молекулярную структуру белка и его биологическую функцию.

Определение «белки – это полимеры, построенные из 20 разных аминокислот» не совсем точное. В лабораторных условиях не составляет труда в растворе аминокислот получить пептидные связи и сформировать длинные молекулярные цепи. Однако в таких цепях аминокислоты распределяются хаотично, и образовавшиеся сложные молекулы отличаются друг от друга. В то же время в каждом  естественном белке  порядок расположения отдельных аминокислот всегда один и тот же. Причём в живой системе белок синтезируется с заданной последовательностью аминокислот, определяющей его пространственную структуру.

Образование молекул белков в клетках из аминокислот называется биосинтезом. В процессе биосинтеза белков важную роль играет генетическая информация об их структуре. Биосинтез белков происходит в два этапа, называемых транскрипцией и трансляцией. Транскрипция – это синтез молекул  РНК на одной из цепей молекулы ДНК при помощи ферментов РНК-полимеразы. Она соответствует первому этапу реализации генетической информации в клетке. Трансляция – перевод информационной РНК в последовательность аминокислот, при котором происходит второй этап биосинтеза белков в живой клетке на рибосомах. Сборка одной молекулы белка, состоящей из 200–300 аминокислот, происходит быстро – в течение 1–2 мин, но требует сравнительно большой затраты энергии.

В последнее время в результате расшифровки генетического кода разработаны методы определения последовательностей аминокислот в белках. В лаборатории удалось синтезировать некоторые виды белков, идентичных природным аналогам, что весьма важно для развития современной биотехнологии.

Белки – органическая основа кожи, шерсти, шёлка и других натуральных материалов, важнейшие компоненты пищи человека и корма животных. В производстве пищевых и кормовых белков со второй половины XX в. широко применяется микробиологический синтез.

Функции белков. Во всех живых организмах белки играют исключительно важную роль: они составляют основу строения клеток и тканей, выполняют функции биокатализаторов (ферментов) и гормонов, защитные и другие функции. Но все же, одна из важнейших функций белков – строительная: по процентному содержанию веществ живого организма белки занимают второе место и определяют, таким образом, белковую природу всего живого.

Чрезвычайно важна каталитическая функция белков-ферментов. Их формирование стало своеобразной отправной точкой в развитии жизни на Земле. Ферменты намного эффективнее неорганических катализаторов и более избирательны: при их участии из сложной смеси извлекается только одно вещество, жизненно необходимое для организма. Их иногда называют природными нанороботами, главной рабочей системой всего живого. Они отвечают за все биохимические реакции, протекающие в живом организме; обеспечивают энергией и строительным материалом; формируют  сигнальные импульсы, необходимые для регуляции жизненных процессов; защищают организм от вредных воздействий. Кроме того, ферменты перезаписывают и размножают наследственную информацию, т.е. участвуют в синтезе РНК и ДНК, самих себя и других белков.

Химическую природу ферментов впервые определил в 1926 г. американский биохимик Дж. Самнер (1887–1955), лауреат Нобелевской премии 1946 г. Из соевых бобов он выделил в кристаллической форме фермент уреазу и доказал его белковую природу. Дальнейшие исследования показали, что ферменты по химическому составу представляют собой белки.

Биологические функции белков настолько многообразны, что трудно назвать процессы, в которых они не принимали бы участия. В частности, белки-гормоны регулируют основные жизненно важные процессы: рост, развитие, обмен веществ и размножение. Белки  входят в состав гемоглобина (красного дыхательного пигмента крови человека и многих животных),  который переносит кислород к тканям, а диоксид углерода выводит от тканей к дыхательным органам. Роль гемоглобина чрезвычайно велика: он доставляется кровеносной системой ко всем органам в самые удалённые их точки и снабжает клетки кислородом. А жизнь многих живых организмов, в том числе и человека, начинается с биения сердца.

 Белки-иммуноглобулины выполняют важную для организма защитную функцию. Они содержатся в глобулиновой фракции плазмы крови и обеспечивают иммунитет. Мышечные сокращения и внутриклеточное движение – результат взаимодействия молекул белков, функция которых заключается, кроме того, и в координации движения.

 Таким образом, белки принимают участие во всех жизненных процессах, составляющих основу жизнедеятельности живых организмов.

 

Библиографические ссылки

Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов, 13-е изд. М.: Директ-Медиа, 2017.

Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум, 6-е изд. М.: Директ-Медиа, 2016.

Карпенков С.Х. Экология. Учебник в 2-х кн. М.: Директ-Медиа, 2017.      

Карпенков С.Х. Экология. Практикум. М.: Директ-Медиа, 2014.

Карпенков С.Х. Экология. Учебник для бакалавров. М.: Логос, 2014.

Карпенков С.Х. Технические средства информационных технологий.          3-е изд. М.: Директ-Медиа, 2015.

Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Справочник.  М.: Высшая школа, 2004.

Карпенков С.Х. Незабытое прошлое. М.: Директ-Медиа, 2015.     

Карпенков С.Х. Воробьёвы кручи. М.: Директ-Медиа, 2015.

Карпенков Степан Харланович

Рейтинг всех персональных страниц

Избранные публикации

Как стать нашим автором?
Прислать нам свою биографию или статью

Присылайте нам любой материал и, если он не содержит сведений запрещенных к публикации
в СМИ законом и соответствует политике нашего портала, он будет опубликован