Функции белков в организме
из остатков аминокислот, соединенных между собой пептидной связью), имеющие
относительно меньшую молекулярную массу и меньшую степень пространственной
организации макромолекулы, называются полипептидами. Провести резкую
границу между белками и полипептидами трудно. В большинстве случаев белки
отличаются от других природных полимеров (каучука, крахмала, целлюлозы),
тем, что чистый индивидуальный белок содержит только молекулы одинакового
строения и массы. Исключением является, например, желатина, в составе
которой входят макромолекулы с молекулярной массой 12 000— 70000.
Строением белков объясняются их весьма разнообразные свойства. Они
имеют разную растворимость: некоторые растворяются в воде, другие — в
разбавленных растворах нейтральных солей, а некоторые совсем не обладают
свойством растворимости (например, белки покровных тканей). При растворении
белков в воде образуется своеобразная молекулярно-дисперсная система
(раствор высокомолекулярного вещества). Некоторые белки могут быть выделены
в виде кристаллов (белок куриного яйца, гемоглобина крови).
Функции белков в организме
Функции белков в организме разнообразны. Они в значительной
мере обусловлены сложностью и разнообразием форм и состава самих белков.
Белки - незаменимый строительный материал. Одной из важнейших функций
белковых молекул является пластическая. Все клеточные мембраны содержат
белок, роль которого здесь разнообразна. Количество белка в мембранах
составляет более половины массы.
Многие белки обладают сократительной функцией. Это прежде всего белки
актин и миозин, входящие в мышечные волокна высших организмов. Мышечные
волокна - миофибриллы - представляют собой длинные тонкие нити, состоящие
из параллельных более тонких мышечных нитей, окруженных внутриклеточной
жидкостью. В ней растворены аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), необходимая
для осуществления сокращения, гликоген - питательное вещество,
неорганические соли и многие другие вещества, в частности кальций.
Велика роль белков в транспорте веществ в организме. Имея
функциональные различные группы и сложное строение макромолекулы, белки
связывают и переносят с током крови многие соединения. Это прежде всего
гемоглобин, переносящий кислород из легких к клеткам. В мышцах эту функцию
берет на себя еще один транспортный белок - миоглобин.
Еще одна функция белка - запасная. К запасным белкам относят ферритин -
железо, овальбумин - белок яйца, казеин - белок молока, зеин - белок семян
кукурузы.
Регуляторную функцию выполняют белки-гормоны.
Гормоны - биологически активные вещества, которые оказывают влияние на
обмен веществ. Многие гормоны являются белками, полипептидами или
отдельными аминокислотами. Одним из наиболее известных белков-гормонов
является инсулин. Этот простой белок состоит только из аминокислот.
Функциональная роль инсулина многопланова. Он снижает содержание сахара в
крови, способствует синтезу гликогена в печени и мышцах, увеличивает
образование жиров из углеводов, влияет на обмен фосфора, обогащает клетки
калием. Регуляторной функцией обладают белковые гормоны гипофиза - железы
внутренней секреции, связанной с одним из отделов головного мозга. Он
выделяет гормон роста, при отсутствии которого развивается карликовость.
Этот гормон представляет собой белок с молекулярной массой от 27000 до
46000.
Одним из важных и интересных в химическом отношении гормонов является
вазопрессин. Он подавляет мочеобразование и повышает кровяное давление.
Вазопрессин - это октапептид циклического строения с боковой цепью:
Регуляторную функцию выполняют и белки, содержащиеся в щитовидной
железе - тиреоглобулины, молекулярная масса которых около 600000. Эти белки
содержат в своем составе йод. При недоразвитии железы нарушается обмен
веществ.
Другая функция белков - защитная. На ее основе создана отрасль науки,
названная иммунологией.
В последнее время в отдельную группу выделены белки с рецепторной
функцией. Есть рецепторы звуковые, вкусовые, световые и др. рецепторы.
Следует упомянуть и о существовании белковых веществ, тормозящих
действие ферментов. Такие белки обладают ингибиторными функциями. При
взаимодействии с этими белками фермент образует комплекс и теряет свою
активность полностью или частично. Многие белки - ингибиторы ферментов -
выделены в чистом виде и хорошо изучены. Их молекулярные массы колеблются в
широких пределах; часто они относятся к сложным белкам - гликопротеидам,
вторым компонентом которых является углевод.
Если белки классифицировать только по их функциям, то такую
систематизацию нельзя было бы считать завершенной, так как новые
исследования дают много фактов, позволяющих выделять новые группы белков с
новыми функциями. Среди них уникальные вещества - нейропептиды
(ответственные за жизненно важные процессы: сна, памяти, боли, чувства
страха, тревоги).
Биологические катализаторы.
В основе всех жизненных процессов лежат тысячи химических реакций. Они
идут в организме без применения высокой температуры и давления, т. е. в
мягких условиях. Вещества, которые окисляются в клетках человека и
животных, сгорают быстро и эффективно, обогащая организм энергией и
строительным материалом. Но те же вещества могут годами храниться как в
консервированном (изолированном от воздуха) виде, так и на воздухе в
присутствие кислорода. Возможность быстрого переваривания продуктов в живом
организме осуществляется благодаря присутствию в клетках особых
биологических катализаторов - ферментов.
Ферменты - это специфические белки, входящие в состав всех клеток и
тканей живых организмов играющие роль биологических катализаторов. О
ферментах люди узнали давно. Еще в начале прошлого века в Петербурге
К.С.Кирхгоф выяснил, что проросший ячмень способен превращать полисахарид
крахмал в дисахарид мальтозу, а экстракт дрожжей расщеплял свекловичный
сахар на моносахариды - глюкозу и фруктозу. Это были первые исследования в
ферментологии. Хотя на практике применение ферментативных процессов было
известно с незапамятных времен (сбраживание винограда, сыроварение и др.).
В разных изданиях применяются два понятия: "ферменты" и "энзимы". Эти
названия идентичны. Они обозначают одно и тоже - биологические
катализаторы. Первое слово переводится как "закваска", второе - "в
дрожжах".
Долгое время не представляли, что же происходит в дрожжах, какая сила,
присутствующая в них, заставляет вещества разрушаться и превращаться в
более простые. Только после изобретения микроскопа было установлено, что
дрожжи - это скопление большого количества микроорганизмов, которые
используют сахар в качестве своего основного питательного вещества. Иными
словами, каждая дрожжевая клетка "начинена" ферментами способными разлагать
сахар. Но в то же время были известны и другие биологические катализаторы,
не заключенные в живую клетку, а свободно "обитающие" вне ее. Например, они
были найдены в составе желудочных соков, клеточных экстрактов. В связи с
этим в прошлом различали два типа катализаторов: считалось, что собственно
ферменты неотделимы от клетки и вне ее не могут функционировать, т.е. они
"организованы". А "неорганизованные" катализаторы, которые могут работать
вне клетки, называли энзимами. Такое противопоставление "живых" ферментов и
"неживых" энзимов объяснялось влиянием виталистов, борьбой идеализма и
материализма в естествознании. Точки зрения ученых разделились.
Основоположник микробиологии Л. Пастер утверждал, что деятельность
ферментов определяется жизнью клетки. Если клетку разрушить, то
прекратиться и действие фермента. Химики во главе с Ю. Лбихом развивали
чисто химическую теорию брожения, доказывая, что активность ферментов не
зависит от существования клетки.
В 1871 г. русский врач М.М. Манассеина разрушила дрожжевые клетки,
растирая их речным песком. Клеточный сок, отделенный от остатков клеток,
сохранял свою способность сбраживать сахар. Через четверть века немецкий
ученый Э. Бухнер получил бесклеточный сок прессованием живых дрожжей под
давлением до 5*10 Па. Этот сок, подобно живым дрожжам, сбраживал сахар с
образованием спирта и оксида углерода (IV):
Работы А.Н. Лебедева по исследованию дрожжевых клеток и труды других
ученых положили конец виталистическим представления в теории биологического
катализа, а термины "фермент" и "энзим" стали применять как равнозначные.
В наши дни ферментология - это самостоятельная наука. Выделено и
изучено около 2 тыс. ферментов.
Белки играют важнейшую роль в жизнедеятельности всех организмов. При
