Белки – незаменимые работники клетки

Как мы обсуждали ранее, белки синтезируются на рибосомах. Каждые 3 нуклеотида РНК (кодон) определяют аминокислоту. В генетическом коде ДНК закодировано 20 аминокислот, которые в разных сочетаниях образуют белки живых организмов. Самый большой белок – титин (обеспечивает структуру мышцы) – состоит из более чем 38000 аминокислот.

Аминокислота. Такое название происходит от двух ключевых химических групп молекулы – аминогруппы и карбоксильной (кислотной) группы. Боковая цепь у каждой аминокислоты своя и определяет её химические свойства.

Пример короткого белка (пептида). Связь между аминокислотами образуется аминогруппой и карбоксильной, такая связь называется пептидной.

Растения, бактерии и грибы сами синтезируют все необходимые аминокислоты. Животные, в частности человек, одни аминокислоты синтезируют, другие должны получать с пищей, к ним относятся: валин, изолейцин, лейцин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин. Такие аминокислоты называют незаменимыми. Недостаток таких аминокислот в пище приводит к нарушениям работы белков и, как следствие, таким заболеваниям как анемия, мышечная слабость и др. Особое внимание своему питанию должны уделять вегетарианцы, так как содержание метионина, лизина и треонина в растительных белках недостаточно.

После своего синтеза белки принимают 3D-структуру, необходимую для их работы. Теперь обсудим функции белков в организме:

1) Каталитическая функция. Практически все процессы в организме происходят с участием ферментов (белков-катализаторов), которые ускоряют химические реакции в миллионы раз. Ферменты обеспечивают получение энергии, своевременное реагирование на внешние воздействия и необходимую скорость обновления структур. Человечество использует каталитическую функцию белков во многих отраслях. Например, в состав стиральных порошков входят ферменты протеазы (расщепляют белки) и липазы (расщепляют жиры).

Пример работы фермента. В данном случае фермент ускоряет реакцию распада (гидролиза) соединения с образованием 2 продуктов.

2) Структурная функция. Белки, например, актин, создавая в клетках длинные нити, придают ей форму, служат транспортными путями для компонентов клетки, участвуют в клеточных контактах. Другие белки, например, кератин, являются основой производных кожи – волос, ногтей, перьев.

Фрагмент поверхности кишечника. Клетки, выстилающие кишечник, обладают большой площадью поверхности, что увеличивает эффективность всасывания питательных веществ.

3) Защитная функция. Антитела имеют белковую природу. Они связываются с вирусами и бактериями в нашем организме. Затем узнаются клетками-пожирателями – макрофагами, которые поглощают отмеченные антителами частицы.

Антитела прикрепляются к бактериям; меченые бактерии узнаёт макрофаг и фагоцитирует (поглощает) их, затем растворяет внутри себя.

4) Регуляторная функция. Белки-регуляторы управляют работой и образованием множества молекул в клетке, путём модификации или связывания с ними.

5) Рецепторная функция. Белки-рецепторы воспринимают сигнал, являющийся веществом, светом или механическим воздействием. Получив сигнал, рецепторы изменяют свою форму (конформацию) и, таким образом, активируют регуляторные белки или выступают в роли фермента.

6) Сигнальная функция. Белки не только принимают сигналы, но и передают их. К сигнальным белкам относят гормоны, которые распространяют информацию как между соседними клетками, так и между отдалёнными органами. Примером такого сигнального белка является инсулин, участвующий в регуляции уровня глюкозы в крови.

Совместное действие регулятора, рецептора и гормона (инсулина). На рисунке А в клетке мало глюкозы, а в крови её много. Переносчик глюкозы находится внутри клетки (в составе везикулы), поэтому пропускать глюкозу не может. Когда в крови появляется инсулин (рисунок Б), он связывается с рецептором. Рецептор в свою очередь активирует регулятор, добавляя к нему остаток фосфорной кислоты (фосфат). Связывание регулятора с переносчиком позволяет поместить переносчик в мембрану (рисунок В) и начать перекачивать глюкозу внутрь клетки.

7) Транспортная функция. Некоторые вещества плохо растворяются в жидкостях организма (например, кислород) или опасны в свободном виде (ионы железа). Для переноса таких веществ между органами используются специальные белки, в случае кислорода такую роль выполняет гемоглобин.

Гемоглобин в большом количестве содержится в красных клетках крови (эритроцитах). Он связывает кислород, когда эритроцит находится в лёгких, и отдаёт, находясь в тканях, где кислород потребляется. Из тканей эритроциты несут углекислый газ в лёгкие.

8) Запасающая функция. Белки могут использоваться в качестве хранилища аминокислот для развивающегося организма. Запасные белки встречаются в семенах растений (глютен) и яйцах животных (например, в курином яйце).

9) Моторная функция. В клетке есть особые белки-моторы, которые передвигаются по структурам клетки (актиновым нитям или микротрубочкам) и перетаскивают грузы. Такие же белки работают и в наших мышцах. При сокращении мышцы множество белков миозинов перемещается вдоль нитей актина, уменьшая её размер.

Миозин – моторный белок в мышцах. Передвигаясь по нитям актина, он сближает их. Это уменьшает длину мышцы (то есть мышца сокращается).

Белки в нашем организме выполняют широкий спектр функций, многие из которых незаменимы. В следующий раз мы поговорим о разнообразии и функциях углеводов.