Несмотря на сложное устройство живых организмов на нашей планете, структурных единиц всего три – это белки, жиры и углеводы. Каждый из них выполняет свою роль и по-своему важен. Но именно белки отвечают за нашу индивидуальность. Их набор сложен и никогда не повторяется.
Чем объясняется многообразие функций белков
Белки – это полипептиды, состоящие из альфа-аминокислот, которые соединены пептидной связью. На сегодняшний день открыто порядка 500 аминокислот, 10 из них незаменимые, то есть должны поступать с пищей. Особый состав белков заложен в генетическом коде. Его синтез происходит при помощи 20 стандартных аминокислот.
Биология человека такова, что белок может состоять всего из 20 аминокислот. Но не стоит забывать, что помимо различной последовательности аминокислотных остатков, образуются и пространственные изоформы, которые также кодируются генетически. Такое строение обуславливает разнообразие биологических видов.
Выделяют несколько уровней организации белка:
- первичная – это последовательность аминокислот;
- вторичная – образование спиралей из цепочки при помощи водородных связей;
- третичная – пространственная форма спирали, на этом этапе белок имеет собственную форму;
- четвертичная – доменная, при которой несколько третичных структур (доменов) соединяются в макроструктуру.
Функции белков
Эти вещества можно сравнить с биологическими кирпичиками, потому что они участвуют в постройке всех структур организма. А так как все органы выполняют разные функции, то и функции белков разнообразны. Сложно сказать, какую функцию в клетке не выполняет белок.
Строительная функция
Строительная функция
Главная функция белка – пластическая, или строительная. Заключается она в том, что вещества участвуют в построении клеточных и неклеточных структур. По принципу работы напоминают арматурные прутья, т. к. отвечают за поддержание формы клетки или её изменения. Поэтому они называются структурными и являются основным классом белков. Например, в животной клетке цитоскелет состоит из белков. Также в качестве примера можно взять коллаген, который составляет основу межклеточного вещества соединительной ткани. Или кератин, из которого состоят волосы и ногти. Но самый известный структурный белок – это альбумин, в большом количестве он содержится в курином яйце и становится особенно заметен при жарке.
Двигательная или сократительная, функция
С помощью особых белков даже самые мелкие микроорганизмы могут передвигаться в пространстве. Например, реснички и жгутики одноклеточных состоят из белка флагеллина. При его сокращении жгутики совершают поступательные движения. Если объяснять кратко, то у многоклеточных организмов за мышечное сокращение отвечают актин и миозин. Для избирательного сокращения миоволокна миозин находится в активной форме не всегда, а лишь после воздействия киназы лёгких цепей миозина. После этого миозин фосфорилируется и взаимодействует с актином, образуя мышечное сокращение.
Функции белков
Эти вещества можно сравнить с биологическими кирпичиками, потому что они участвуют в постройке всех структур организма. А так как все органы выполняют разные функции, то и функции белков разнообразны. Сложно сказать, какую функцию в клетке не выполняет белок.
Строительная функция
Строительная функция
Главная функция белка – пластическая, или строительная. Заключается она в том, что вещества участвуют в построении клеточных и неклеточных структур. По принципу работы напоминают арматурные прутья, т. к. отвечают за поддержание формы клетки или её изменения. Поэтому они называются структурными и являются основным классом белков. Например, в животной клетке цитоскелет состоит из белков. Также в качестве примера можно взять коллаген, который составляет основу межклеточного вещества соединительной ткани. Или кератин, из которого состоят волосы и ногти. Но самый известный структурный белок – это альбумин, в большом количестве он содержится в курином яйце и становится особенно заметен при жарке.
Двигательная или сократительная, функция
С помощью особых белков даже самые мелкие микроорганизмы могут передвигаться в пространстве. Например, реснички и жгутики одноклеточных состоят из белка флагеллина. При его сокращении жгутики совершают поступательные движения. Если объяснять кратко, то у многоклеточных организмов за мышечное сокращение отвечают актин и миозин. Для избирательного сокращения миоволокна миозин находится в активной форме не всегда, а лишь после воздействия киназы лёгких цепей миозина. После этого миозин фосфорилируется и взаимодействует с актином, образуя мышечное сокращение.
Регуляторная и сигнальная функции
Регуляторная и сигнальная функции
Белки отвечают за регуляцию внутриклеточных процессов. Связано это с их способностью не только принимать поток информации, но и передавать следующим структурам. К регуляторным веществам относят:
- рецепторы;
- гормоны;
- белки, напрямую отвечающие за процессы внутри клеток.
Как правило, гормоны образуются железами внутренней секреции и циркулируют в крови. Затем они присоединяются к рецепторам. Специфическое строение этих функциональных единиц позволяет гормонам безошибочно присоединиться к нужному рецептору. Последние находятся в толще билипидного слоя клеточной мембраны, поэтому их ещё называют мембранными. После присоединения гормона рецептор меняет свою конформацию, и запускает каскад внутриклеточных реакций.
Запасающая функция
Самая спорная функция – это запасающая. Для организма выгоднее сначала переварить углеводы, потом жиры, а затем белки. Последние требуют больших затрат энергии при переваривании, а энергии дают намного меньше, чем углеводы или жиры. Поэтому организм начинает переваривать белковые соединения только в самую последнюю очередь при отсутствии иных энергетических запасов. Некоторые учёные утверждают, что при переваривании белков энергии затрачивается столько же, сколько они в итоге выделяют, но точно установить так ли это не представляется возможным. Поэтому вопрос о запасающей функции остаётся открытым. Однако, белковые соединения могут выступать в качестве резервуара аминокислот, которые затем идут на построение других веществ, регулирующих метаболические пути. В этом их резервная функция.
Защитная функция
Защитная функция
Эту функцию можно разделить на несколько типов:
- иммунная;
- химическая;
- активная.
Иммунная система состоит практически полностью из белковых соединений. Это и антитела, которые атакуют заражённую клетку, а также интерфероны, участвующие в противовирусном иммунитете и белки компонента комплимента, без которых ни одна иммунная реакция не знала бы, в какой момент стоит начинаться и что атаковать. Также белки осуществляют основное звено иммунитета – образование мембраноатакующего комплекса, чтобы осуществить презентацию АГ следующим иммунным клеткам.
Химическая защитная функция проявляется в способности белков связываться с токсинами и нейтрализовать их. Особое место занимают ферменты печени, которые способствуют быстрому выведению опасных веществ из организма.
Функция дестабилизирующих белков
При размножении клеток необходимо копирование наследственного материала, находящегося в ДНК. При этом происходит процесс репликации ДНК, то есть, образование дочерней цепи на матричной. Перед этим нужно расплести двойную цепь. Помогают такому процессу дестабилизирующие белковые соединения. Кроме этого, присоединяясь к одноцепочечному фрагменту, они не позволяют закрывать основания цепи. Поэтому процесс репликации не останавливается.
Функция гистоновых белков
Не самая большая, но очень важная группа белков – это гистоны. Их функции напоминают шарниры при упаковке генетического материала. Дело в том, что длина цепочки ДНК очень большая, потому что в ней содержится вся информация о признаках, которые развились или могли развиться. Чтобы вся информация поместилась в ядро каждой клетки, её необходимо правильно упаковать. Упаковка ДНК на белковые «шарниры» образует нуклеосому.
После этого укладывать образовавшиеся пружины проще. Нуклеосомы закручиваются относительно друг друга с образованием фибриллы. Нитевидная фибрилла крепится на белковый тяж с образованием большого количества дезоксирибонуклеиновых петель (ДНП). Белковый тяж также образует петли, которые образуют хромонему. Последняя в свою очередь укладывается с образованием хромосомы.
Буферная функция
Буферная функция проявляется в способности некоторых белковых соединений поддерживать pH среду. Типичный пример – белки плазмы крови. Совокупность таких веществ образует буферные системы крови, которые поддерживают среду на уровне pH = 7,4. Почти 80% всех буферных веществ в крови – это глобулины и альбумины.
Гормональная функция
Гормональная функция
Гормоны напрямую регулируют обмен веществ. Они выделяются железами внутренней секреции в кровь, где они находят мишень в виде рецептора и присоединяются к нему. Не все гормоны являются белковыми субъединицами, но многие. Рассмотрим их действие на примере всем известного гормона инсулина, который выделяется бета-клетками островков поджелудочной железы.
По строению гормон инсулин представляет собой полипептид, состоящий из двух полипептидных цепочек, соединённых дисульфидными мостиками (связь между двумя атомами серы). Инсулин присоединяется к рецептору, который представляет из себя соединённые дисульфидными связями две альфа- и две бета-субъединицы. При присоединении к рецептору он меняет свою конформацию. Комплекс инсулин-рецептор проникает внутрь клетки, где инсулин высвобождается и образуется специальный переносчик – GLUT4. Последний отвечает за захват жировой тканью, мышцами и печенью. К слову, этиология сахарного диабета 2-го типа связана именно со снижением чувствительности рецептора к инсулину.
Белки – это универсальный строительный материал. Сложно точно сказать, каковы роли белков в организме. Ведь работа практически всех систем организма зависит от этих веществ, а значит, выбрать три функции, характерные только для белков, невозможно. Поэтому необходимо поддерживать нормальный уровень этих веществ с помощью полноценного питания.
