Белки являются строительными блоками организма и играют важную роль в обмене веществ. Функции белков разнообразны и имеют большое значение в поддержании процесса жизнедеятельности.

Строение

Белки – это биополимеры, состоящие из отдельных единиц – мономеров, которые называются аминокислотами. Аминокислоты состоят из карбоксильной (-COOH), аминной (-NH2) группы и радикала. Аминокислоты в белке связаны друг с другом посредством ковалентной пептидной связи, образуя полипептидную цепь. Пептидная связь образуется между карбоксильными и аминогруппами соседних аминокислот.

Незаменимые химические элементы аминокислот:

  • углерод;
  • водород;
  • азот;
  • кислород.

Функции белков

Рис. 1. Структура белка.

Радикал может включать серу и другие элементы.
По способности синтезироваться в организме различают два типа аминокислот:

  • обменные – синтезируются в организме;
  • незаменимые – не синтезируются в организме и должны поступать из внешней среды.

Известно около 200 аминокислот. Однако в построении белков участвуют только 20.

Синтез

Биосинтез белка происходит в цитоплазме клетки на рибосомах. Это сложный процесс, состоящий из трех этапов:

  • транскрипция – образование на участке ДНК информационной (матричной) РНК, содержащей информацию о последовательности аминокислот в белковой молекуле;
  • трансляция – синтез полипептидной цепи из аминокислот на основе информационной РНК;
  • модификация белка.

Синтез полипептидной цепи происходит на рибосоме с помощью матрицы и транспортной РНК. Информационная РНК содержит информацию о последовательности аминокислот в молекуле белка. Транспортная РНК доставляет аминокислоты к рибосоме и сравнивает их с информацией о информационной РНК. Этот процесс называется трансляцией. Модификация белка предполагает «обучение ошибкам». Части синтезированного белка заменяются, удаляются или расширяются.

Функции белков

Рис. 2. Синтез белка.

Функции

Биологические функции белков представлены в таблице.

Функция

Описание

Примеры

Транспорт

Они транспортируют вещества (малые молекулы) через клеточную мембрану, а также участвуют в их транспорте с кровью и другими жидкостями по всему организму.

Гемоглобин переносит кислород и углекислый газ, транскортин – транспортный белок, встроенный в клеточные мембраны, который участвует в поступлении глюкозы и аминокислот в клетку.

Двигатель

Обеспечивают сокращение мышечных клеток многоклеточных животных, участвуют в движении жгутиков и ресничек

Актин, миозин

Структурный (строительный)

Участвуют в формировании цитоскелета, клеточных органелл и межклеточного вещества. Придаёт силу тканям и клеточным структурам.

Коллаген и эластин в хрящевой ткани, кератин в волосах и ногтях

Сигнал

Передача информации между клетками, тканями, органами

Цитокины

Ферментативный или каталитический

Большинство ферментов живых организмов имеют белковое происхождение. Они являются катализаторами, ускоряющими биохимические реакции

Пепсин, каталаза, рибонуклеаза

Регуляторный или гормональный

Белковые гормоны контролируют и регулируют метаболические процессы

Инсулин, тиреотропин

Генная регуляция

Регулируют функции нуклеиновых кислот при передаче генетической информации

Гистоны регулируют репликацию и транскрипцию ДНК

Энергия

Используется как дополнительный источник энергии. При растворении 1 г выделяется 17,6 кДж

Белки используются организмом в качестве источника энергии после углеводов и липидов.

Защитный

Специфические белки – антитела – защищают организм, уничтожая чужеродные частицы. Специальные белки участвуют в свертывании крови, остановке кровотечений

Иммуноглобулины, фибриноген, тромбин

Хранилище

Они хранятся для питания клеток. Сохраняет вещества, необходимые организму

Ферритин хранит железо, казеин, глютен, альбумин сохраняется в организме

Рецептор

Различные регуляторы (гормоны, медиаторы) удерживаются на поверхности или внутри клетки

Рецептор глюкагона, протеинкиназа

Белки могут оказывать отравляющее и обезвреживающее действие. Например, палочка ботулизма выделяет токсин белкового происхождения, а белок альбумин связывает тяжёлые металлы.

Ферменты

Стоит коротко сказать о каталитической функции белков. Ферменты или энзимы относят к особой группе белков. Они осуществляют катализ – ускорение химической реакции.
По своему строению ферменты могут быть:

  • простой – содержит только аминокислотные остатки;
  • сложные – помимо белкового остатка в их состав входят небелковые структуры, называемые кофакторами (витамины, катионы, анионы).

Молекулы ферментов имеют активную часть (активный центр), связывающую белок с веществом – субстратом. Каждый фермент «узнает» определенный субстрат и связывается с ним, как «ключ и замок». Активный центр обычно представляет собой «карман», в который попадает субстрат.

Связывание активного центра и субстрата описывается моделью индуцированного соответствия (модель перчатки). Модель показывает, что фермент «адаптируется» к субстрату. Из-за изменения структуры энергия активации реакции уменьшается.

Функции белков

Рис. 3. Модель «перчатка».

Активность ферментов зависит от нескольких факторов:

  • температура;
  • концентрации ферментов и субстратов;
  • кислотность.

Существует 6 классов ферментов, каждый из которых взаимодействует с определенными веществами. Например, трансферазы переносят фосфатную группу от одного вещества к другому.

Ферменты могут ускорять реакцию в 1000 раз.

Что мы узнали?

Мы выяснили, какие функции выполняют белки в клетке, как они структурированы и как синтезируются. Белки представляют собой полимерные цепи, состоящие из аминокислот. Известно 200 аминокислот, но белки могут образовывать только 20. Белковые полимеры синтезируются на рибосомах. Белки выполняют важные функции в организме: транспортируют вещества, ускоряют биохимические реакции и регулируют процессы, происходящие в организме.