Білки

21.09.2015

Білки

Білки займають провідне місце серед органічних елементів, на їх частку припадає більше 50 % сухої маси клітини. Вони виконують ряд важливих біологічних функцій.

Структурні білки клітинного скелета надають форму клітин і багатьом органоидам і беруть участь у зміні форми клітин. Пластичне значення білка полягає у заповненні і утворення різних структурних компонентів клітини. Вся сукупність обміну речовин в організмі (дихання, травлення, виділення) забезпечується діяльністю ферментів, які є білками. Всі рухові функції організму забезпечуються взаємодією скорочувальних білків.

Існують кілька видів захисних функцій білків: фізичний захист (колаген, кератин і т. д), хімічний захист. — зв’язування токсинів білковими молекулами, імунний захист (інтерферони, білки системи комплементу, антитіла — імуноглобуліни тощо).

Багато процесів усередині клітин регулюються білковими молекулами (білки-активатори, білки-репрессоры, протеинеиназы та ін). Сигнальну функцію – здатність передавати сигнали між тканинами, клітинами або організмами виконують білки-гормони, цитокіни, фактори росту т ін. Білкові речовини – рецептори, що знаходяться в цитоплазмі або вбудовані в мембрану клітини, що сприймають сигнали — хімічні, світлові, механічне (наприклад, розтягування) та інші стимули і передають його на інші клітинні компоненти.

Існують також білки, які виконують одночасно кілька функцій.

Ні одне речовина хіміки не вивчали так довго, як білки. На початку ХVIII ст. італійський учений Я. Беккарі отримав перший очищений білок – клейковину пшениці. Двісті років знадобилося для того, що б зрозуміти принцип будови молекул білка – ланцюг, що складається з молекул амінокислот. Ще півстоліття минуло, перш ніж вперше розшифрували будова одного з білків. У 1955 році Сенгер встановив будову інсуліну – це був перший індивідуальний білок, для якого стала відома хімічна формула.

Основним елементом побудови рослинних і тваринних білків є амінокислоти. Амінокислоти — це окремо клас органічних сполук, що має особливу будову і особливі властивості. Амінокислоти відносяться до речовин двоїстої хімічної природи, тобто мають властивості кислоти (завдяки присутності групи – СООН) і луги (завдяки присутності групи – NH2). Обидві ці групи приєднуються до одного атома вуглецю.

Білки

Рис.1. Схема будови амінокислоти

На місці R у кожної амінокислоти знаходиться власна специфічна угрупування атомів – амінокислотний залишок. Таким чином, молекула кожної амінокислоти містить специфічну частину (бічну групу — R) і неспецифічну частина.

На початку ХХ століття німецький вчений Еміль Фішер з’ясував, що амінокислоти з’єднуються між собою зв’язком, названої пептидної. Пептидний зв’язок виникає при утворенні білків і пептидів в результаті взаємодії a-аміногрупи (– NH2) однієї амінокислоти з a-карбоксильної групи (–СООН) іншої амінокислоти.

Білки

Рис. 2. Схема пептидного зв’язку.

Сполучені пептидного зв’язком амінокислоти можуть утворювати ланцюги різної довжини

Білки

Рис. 3. Схема пептидного ланцюжка

Ланцюга амінокислот називаються пептидами. На одному кінці такого ланцюга завжди буде група NH2 (цей край називається N –кінець), а не іншому – СООН (З-кінець).

Білки — це теж пептиди, але більшої довжини (поліпептиди). Межа між справжніми білками і пептидами умовна: білками вважають пептиди, ланцюг яких містить більше 50 амінокислотних залишків (молекулярна маса білків від 5 тисяч дальтон і вище). Всього біохімікам відомо близько 200 різних природних амінокислот. 20 амінокислот, які виявляються в білках — це протеиногенные амінокислоти – тобто амінокислоти, з яких будуються білкові молекули.

Всього 20 амінокислот в різних комбінаціях дозволяє побудувати величезну кількість різних видів білків, що зустрічаються у всіх живих земних організмах — рослинах, тваринах, людях. Білки — це незвичайні хімічні сполуки, принципово відрізняються від інших речовин. Білки володіють не тільки хімічного, а й біологічної індивідуальністю. Різноманіття їх ізомерів настільки велике, що кожен біологічний вид і навіть кожне біологічна істота володіє своїми власними білками, близькими за властивостями і з тієї ролі, яку вони відіграють в організмі.

Поліпептидні ланцюги білків бувають дуже довгими, включають різні комбінації амінокислот. Розмір білка може вимірюватися в числі амінокислот або в дальтонах (молекулярна маса), а частіше з-за відносно великий величини молекули в килодальтонах (кДа). Білки дріжджів, в середньому, складаються з 466 амінокислот і мають молекулярну масу 53 кДа. Найбільший з відомих у даний час білків – титин – є компонентом саркомерів м’язів. Молекулярна маса його різних ізоформ варіює в інтервалі від 3 000 до 3 700 кДа, він складається з 38 138 амінокислот (в людській м’язі).

Крім того, білками можна назвати тільки ті поліпептиди, які здатні самостійно формувати і стійко утримувати певну просторову конфігурацію.

Білкові молекули мають 4 рівня структури.

Первинна структура білкової молекули – це послідовність амінокислотних залишків у поліпептидного ланцюга.

Вторинна структура білка – це просторова конфігурація — спіраль, яку приймає полипептидная ланцюг. Така структура утримується завдяки водневим зв’язкам між групами –ЗІ– і –NH–. розташованими на сусідніх витках спіралі.

Третинна структура — це конфігурація, яку приймає в просторі закручена в спіраль полипептидная ланцюг — нагадує компактну глобулу. Третинна структура підтримується взаємодією між функціональними групами радикалів амінокислот. Це дисульфідні містки, складноефірний зв’язку. Важливо, що кожен білок утворює свою третинну структуру і саме вона визначає його фізичні, хімічні, а головне біологічні властивості. Але утворення третинної структури залежить від послідовності амінокислот пептидного ланцюга.

Білки

Рис. 4. Структура білка:

а – первинна (лінійне чергування тих чи інших амінокислот);

б – вторинна (згортання лінійного поліпептиду в альфа-спіраль, виникнення внутрішньої пружності молекули);

в – третинна (згортання спіралі в більш тісне освіту за рахунок додаткового «зшивання» слабкими зв’язками);

м – четвертинна (утворення білкової глобули з декількох третинних ланцюгів).

Для молекул білків, що складаються з декількох поліпептидних ланцюгів, виникає четвертинна структура – як згорнуті окремі ланцюги один з одним. Вельми істотно, що якщо якимось чином «розмотати» всі ці ланцюжки і спіралі, то, якщо не порушена первинна структура білка, структура молекули самовосстанавливается.

Білки

Рис. 5. Умовне зображення молекули гемоглобіну;. в. ланцюга умовно показано різним кольором.

Денатурація білка – це руйнування третинної і вторинної структури білка. Вона може бути викликана нагріванням, дією радіації, струшуванням. Денатурація білка відбувається при варінні яєць, приготування їжі і т. д.

В організмі для побудови білків, не можуть синтезуватися всі необхідні амінокислоти. Частина з них повинна регулярно надходити з їжею.

В залежності від того, можуть чи амінокислоти синтезуватися в організмі або обов’язково повинні поступати в складі їжі, розрізняють:

    замінні; незамінні.

До незамінним належать 8 амінокислот: ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, фенілаланін, треонін, триптофан, валін. У дитячому віці незамінні також аргінін і гістидин (дорослий організм не вимагає їх надходження з їжею).

У процесі травлення спожиті руйнуються білки до амінокислот ферментами травного тракту. В клітинах амінокислоти використовуються при біосинтезі білків і/або розщеплюються в циклі Крепса до води і вуглекислого газу, даючи енергію організму. Найважливіші функції організму: обмін речовин, розвиток, ріст, рух – здійснюються біохімічними реакціями за участю білків. Тому в клітинах безперервно синтезуються білки: структурні білки, білки-ферменти, білки-гормони, скорочувальні білки, захисні білки.

Важливо відзначити, що при несприятливих впливах патологічних станах і захворюваннях швидкість і характер синтезу білка може змінюватися.

Первинна структура білка (порядок розташування амінокислот у білку) закодована в молекулах ядерної ДНК. ДНК — матриця для синтезу білків, з яких будуються тканини і органи людського організму.

Вона присутня в кожному організмі і в кожній живій клітині, в її ядрі. Унікальна послідовність дезоксирибонуклеотидов в даній молекулі ДНК являє собою кодову запис біологічної інформації.

ДНК відіграє дуже важливу біологічну роль, зберігаючи і передаючи спадково генетичну інформацію про будову, розвиток та індивідуальних ознаках будь-якого живого організму.

Короткий опис статті: будова білків

Джерело: Білки

Також ви можете прочитати