Функции белков

Растения синтезируют все виды аминокислот.

В зависимости от аминокислотного состава, белки бывают: полноценными — содержат весь набор аминокислот; неполноценными — какие-то аминокислоты в их составе отсутствуют. Если белки состоят только из аминокислот, их называют простыми. Если белки содержат помимо аминокислот еще и неаминокислотный компонент (простетическую группу), их называют сложными. Простетическая группа может быть представлена металлами (металлопротеины), углеводами (гликопротеины), липидами (липопротеины), нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеины).

Пептиды — органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью.

Первичная структура белка — последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи, составляющей молекулу белка. Связь между аминокислотами — пептидная.

Вторичная структура — упорядоченное свертывание полипептидной цепи в спираль (имеет вид растянутой пружины). Витки спирали укрепляются водородными связями, возникающими между карбоксильными группами и аминогруппами. Практически все СО- и NН-группы принимают участие в образовании водородных связей. Они слабее пептидных, но, повторяясь многократно, придают данной конфигурации устойчивость и жесткость.

Третичная структура — укладка полипептидных цепей в глобулы, возникающая в результате возникновения химических связей (водородных, ионных, дисульфидных) и установления гидрофобных взаимодействий между радикалами аминокислотных остатков.

Четвертичная структура характерна для сложных белков, молекулы которых образованы двумя и более глобулами.

Функция	Примеры и пояснения
Строительная	Белки участвуют в образовании клеточных и внеклеточных структур: входят в состав клеточных мембран (липопротеины, гликопротеины), волос (кератин), сухожилий (коллаген) и т.д.
Транспортная	Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и транспортирует его от легких ко всем тканям и органам, а от них в легкие переносит углекислый газ; в состав клеточных мембран входят особые белки, которые обеспечивают активный и строго избирательный перенос некоторых веществ и ионов из клетки во внешнюю среду и обратно.
Регуляторная	Гормоны белковой природы принимают участие в регуляции процессов обмена веществ. Например, гормон инсулин регулирует уровень глюкозы в крови, способствует синтезу гликогена, увеличивает образование жиров из углеводов.
Защитная	В ответ на проникновение в организм чужеродных белков или микроорганизмов (антигенов) образуются особые белки — антитела, способные связывать и обезвреживать их. Фибрин, образующийся из фибриногена, способствует остановке кровотечений.
Двигательная	Сократительные белки актин и миозин обеспечивают сокращение мышц у многоклеточных животных.
Сигнальная	В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды, таким образом осуществляя прием сигналов из внешней среды и передачу команд в клетку.
Запасающая	В организме животных белки, как правило, не запасаются, исключение: альбумин яиц, казеин молока. Но благодаря белкам в организме могут откладываться про запас некоторые вещества, например, при распаде гемоглобина железо не выводится из организма, а сохраняется, образуя комплекс с белком ферритином.
Энергетическая	При распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж. Сначала белки распадаются до аминокислот, а затем до конечных продуктов — воды, углекислого газа и аммиака. Однако в качестве источника энергии белки используются только тогда, когда другие источники (углеводы и жиры) израсходованы.
Каталитическая	Одна из важнейших функций белков. Обеспечивается белками — ферментами, которые ускоряют биохимические реакции, происходящие в клетках. Например, рибулезобифосфаткарбоксилаза катализирует фиксацию СО₂ при фотосинтезе.

По химическому составу белки делятся на 2 класса – простые (при гидролизе распадаются только на аминокислоты), сложные (при гидролизе дают не только аминокислоты, но и другие структуры – простетические группы).

Различают классификацию белков по функциональному принципу – 1) ферменты, 2) белки-гормоны, 3) белки-регуляторы активности генома, 4) защитные белки (антитела, белки св. и антисв. Систем), 5) токсические белки, 6) транспортные белки, 7) мембранные белки,

сократительные белки, 9) рецепторные белки, 10) белки-ингибиторы ферментов, 11) белки вирусной оболочки, 12) белки с иными функциями.

вещества, регулирующие передачу наследственных признаков в ряду поколений. Им принадлежит ведущая роль в процессе биосинтеза белков.

· ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Сахар — дезоксирибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A),пиримидиновые — тимин (T) и цитозин (C). ДНК часто состоит из двух полинуклеотидных цепей, направленных антипараллельно.

· РНК (рибонуклеиновая кислота). Сахар — рибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновыеурацил (U) и цитозин (C). Структура полинуклеотидной цепочки аналогична таковой в ДНК. Из-за особенностей рибозы молекулы РНК часто имеют различные вторичные и третичные структуры, образуя комплементарные участки между разными цепями.

Ма́тричная рибонуклеи́новая кислота́ РНК, содержащая информацию о первичной структуре (аминокислотной последовательности) белков^[8]. мРНК синтезируется на основе ДНК в ходе транскрипции, после чего, в свою очередь, используется в ходе трансляции как матрица для синтеза белков

Рибосо́мные рибонуклеи́новые кисло́ты (рРНК) — несколько молекул РНК, составляющих основу рибосомы. Основной функцией рРНК является осуществление процесса трансляции — считывания информации с мРНК при помощи адапторных молекул тРНК и катализ образования пептидных связей между присоединёнными к тРНК аминокислотами.

Транспортная РНК, тРНК — рибонуклеиновая кислота, функцией которой является транспортировка аминокислот к месту синтеза белка.

Ферменты, или энзимы, — особый класс белков, являющихся биологическими катализаторами. Вещество, на которое оказывает свое действие фермент, называют субстратом. Ферменты — глобулярные белки, по особенностям строения ферменты можно разделить на две группы: простые и сложные. Простые ферменты являются простыми белками, т.е. состоят только из аминокислот. Сложные ферменты являются сложными белками, т.е. в их состав помимо белковой части входит группа небелковой природы — кофактор.

Большинство ферментов может работать только при температуре от 0 до 40 °С. В этих пределах скорость реакции повышается примерно в 2 раза при повышении температуры на каждые 10 °С. При температуре выше 40 °С белок подвергается денатурации и активность фермента падает. При температуре, близкой к точке замерзания, ферменты инактивируются.

Для реакций ферментативного катализа характерны: 1) высокая эффективность, 2) строгая избирательность и направленность действия, 3) субстратная специфичность, 4) тонкая и точная регуляция. Скорость ферментативных реакций зависит от: 1) температуры, 2) концентрации фермента, 3) концентрации субстрата, 4) рН. Следует подчеркнуть, что поскольку ферменты являются белками, то их активность наиболее высока при физиологически нормальных условиях.

По типу катализируемых химических превращений ферменты разделены на 6 классов:

1. оксиредуктазы (перенос атомов водорода, кислорода или электронов от одного вещества к другому — дегидрогеназа),

2. трансферазы (перенос метильной, ацильной, фосфатной или аминогруппы от одного вещества к другому — трансаминаза),

3. гидролазы (реакции гидролиза, при которых из субстрата образуются два продукта — амилаза, липаза),

4. лиазы (негидролитическое присоединение к субстрату или отщепление от него группы атомов, при этом могут разрываться связи С–С, С–N, С–О, С–S — декарбоксилаза),

5. изомеразы (внутримолекулярная перестройка — изомераза),

6. лигазы (соединение двух молекул в результате образования связей С–С, С–N, С–О, С–S — синтетаза).

К классу оксидоредуктаз принадлежат все ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Субстрат, подвергающийся окислению рассматривается как донор водорода. Систематическое назва-ние составляется по типу “донор:акцептор оксидоредуктаза”. Термины “донор” и “акцептор” введены потому, что происходит реакция переноса двух восстановительных эквивалентов в той или иной форме (атомов водо-рода, электронов, гидрид-ионов и т.д.) от одного субстрата (окисляемого) к другому (восстанавливаемому).

Трансфера́зы — отдельный класс ферментов, катализирующих перенос функциональных групп и молекулярных остатков от одной молекулы к другой. Широко распространены в растительных и животных организмах, участвуют в превращениях углеводов, липидов, нуклеиновых и аминокислот.

Реакции, катализируемые трансферазами, в общем случае выглядят так:

Молекула A здесь выступает в качестве донора группы атомов (X), а молекула B является акцептором группы. Часто в качестве донора в подобных реакциях переноса выступает один из коферментов. Многие из катализируемых трансферазами реакций являются обратимыми.

Изомеразы. С их участием происходят превращения в пределах одной молекулы. Они вызывают внутримолекулярные перестройки и играют большую роль в восстановлении биологической активности молекул. Изомеразы широко распространены в природе, особенно у микроорганизмов.

ГИДРОЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ — расщепление молекул органических соединений под действием воды и присоединение воды по месту возникающих свободных связей.

Вода участвует в гидролизе — разрушении веществ с присоединением воды. Например, гидролиз жиров, белков и углеводов происходит при переваривании пищи, а при гидролизе АТФ выделяется энергия, обеспечивающая нужды клетки.

При гидролизе солей вода является источником протонов и электронов.

а) жиров - глицерин и жирные кислоты б) углеводов глюкоза в) белков аминокислоты

Липи́ды (от греч. λίπος, lípos — жир) — обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Содержатся во всех живых клетках^[1]. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на проницаемость клеток и активность многих ферментов, участвуют в передаче нервного импульса, в мышечном сокращении, создании межклеточных контактов, в иммунохимических процессах^[2]. Также липиды образуют энергетический резерв организма, участвуют в создании водоотталкивающих и термоизоляционных покровов, защищают различные органы от механических воздействий и др.^[1] К липидам относят некоторые жирорастворимые вещества, в молекулы которых не входят жирные кислоты, например, терпены, стерины. Многие липиды — продукты питания, используются в промышленности и медицине^[1].

Жиры запасаются в форме капель в цитоплазме клетки. У позвоночных имеются специализированные клетки — адипоциты, почти полностью заполненные большой каплей жира. Также богатыми на триглицериды являются семена многих растений. Мобилизация жиров в адипоцитах и клетках прорастающих семян, происходит благодаря ферментам липазы, которые расщепляют их до глицерола и жирных кислот. Фосфолипиды составляют основу биослоя клеточных мембран.

Фосфолипиды. Представляют собой триглицериды жирных кислот, так же как и жиры. Отличием является то, что один из гидроксилов глицерина этерифицирован фосфорной кислотой, в свою очередь связанной с азотистыми основаниями, чаще всего холином (фосфатидилхолины). Фосфатиды, содержащие холин, называются еще лецитинами.

Гликолипиды. Являются глицеридами, в которых один из гидроксилов глицерина связан с сахаристым остатком (например, галактозилглицерид). В связи с большим значением этой группы липоидов для фармации они в настоящее время создаются синтетически с целью использования в качестве эмульгаторов.

Липопротеиды. Представляют собой комплексы, содержащие липиды и белки. Они входят в состав пластид растительной клетки (структурные, нерастворимые липопротеиды), содержатся в молоке, яйцах, плазме и сыворотке крови, лимфе (растворимые липопротеиды). Все липопротеиды содержат холестерин.

Витамины Особенностью в изучении витаминов было то, что они, по выражению В. А. Энгельгардта, «обнаруживали свое присутствие проявлением своего отсутствия». Иными словами, о витаминах узнали потому, что их отсутствие в пище удалось закономерно связать с определенными нарушениями функций организма.

В большинстве случаев они представляют собой сочетание белкового «носителя» с особой активной группой — так называемым коферментом,

который вступает в химическое взаимодействие с субстратом. Так вот активной группой многих ферментов оказываются витамины. В зависимости от того, с каким белком соединяется кофермент-витамин, образуется тот или иной фермент. Так, например, витамин B₂ способен соединяться более чем с 20 белками, образуя соответствующее число ферментов с различными физиологическими функциями.

Витамин B₁ вместе с двумя молекулами фосфорной кислоты образует активную группу карбоксилазы — фермента, очень широко распространенного в растениях и животных и необходимого для превращений углеводов. Эта активная группа, соединяясь с различными белками, может давать начало ферментам с совершенно различными функциями.

Витамины C, PP, фолиевая кислота, биотин, пантотеновая кислота, входя в состав соответствующих ферментов, принимают непосредственное участие в процессе дыхания, в превращениях азотистых веществ, серы и т. д.

Моносахариды – это простые углеводы, не имеющие полимерного строения. Молекулы моносахаридов могут содержать разное число атомов углерода: 3 (т 434h71fe риозы), 4 (тетрозы), 5 (пентозы), 6 (гексозы), 7 (гексозы), из них растениях наиболее распространены триозы, пентозы и гексозы.

Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована 3—10 тыс. остатков P-D-тюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26—^0% целлюлозы.

Крахмал (у растений) и гликоген (у животных, человека и грибов) являются основными запасными полисахаридами по ряду причин: будучи нерастворимыми в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что важно при длительном нахождении их в живой клетке. Твердое, обезвоженное состояние полисахаридов способствует увеличению полезной массы продукта запаса за счет экономии объема, причем существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями, грибами и другими микроорганизмами. И наконец, при необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза.

Глюкоза (декстроза, виноградный сахар) – один из наиболее рас- пространенных моносахаридов группы гексоз, важнейший источник энергии в живых клетках. В свободном виде глюкоза содержится в плодах (особенно высокое ее содержание в виноградном соке), цвет- ках и других органах растений. Глюкоза входит в состав различных олигосахаридов (лактозы, мальтозы, сахарозы), многих полисахаридов (крахмала, целлюлозы, гликогена), некоторых гликопротеидов и т.д. Глюкоза изготавливается в больших количествах путем кислотного гидролиза картофельного и кукурузного крахмала и составляет глав- ную массу потоки, применяемую в кондитерском производстве.

Фруктоза (левулеза, плодовый сахар) – моносахарид из группы кетогексоз. Фруктоза широко распространена в природе, в свободном виде содержится в зеленых частях растений, плодах, меде (более 50 %). Кроме того, она входит в состав многих олигосахаридов (рафи- нозы, стахиозы) и полисахаридов. Она гораздо слаще других сахаров. Фруктоза участвует в поддержании тургора растительных клеток.

Сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) – самый распро- страненный в природе дисахарид. Сахароза является наиболее важ- ным из образующихся в растениях олигосахаридов, в форме которого связанный углерод и энергия транспортируются по всему растению. Она состоит из α-D-глюкозного остатка в его пиранозной форме, свя- занного гликозидной связью с β-D-фруктозой в фуранозной форме.

Мальтоза (солодовый сахар) – дисахарид, состоящий из двух ос- татков глюкозы. Она обнаружена во многих растениях, но обычно в небольших количествах. Образуется мальтоза главным образом при расщеплении крахмала под действием амилазы. Содержится в боль- шом количестве в солоде и солодовых экстрактах. Под действием фермента мальтазы гидролизуется с образованием двух молекул глюкозы.

Пектиновые вещества в растениях присутствуют в виде нерас- творимого в воде протопектина, представляющего собой соединение метоксилированной полигалактуроновой кислоты с галактаном и ара- баном клеточной стенки. Протопектин переходит в растворимый пек- тин лишь после обработки разбавленными кислотами или под дейст- вием фермента протопектиназы