Белки, их строение и роль в клетке

Белки - основная структурная единица клеток. Это полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В состав белков входит 20 типов аминокислот. В каждой из аминокислот содержится аминогруппа (-NH), карбоксиль­ная группа (-СООН) и радикал (R). Строение радикалов от­личается у различных аминокислот. Соединение аминокис­лот в молекуле белка происходит благодаря образованию пептидной связи: аминогруппа одной аминокислоты соеди­няется с карбоксильной группой другой аминокислоты.

Соединение, состоящее из нескольких аминокислот, на­зывают пептидом. Выделяют первичную, вторичную, тре­тичную и четвертичную структуры белков. Первичная структура белка определяется последовательностью амино­кислот в полипептидной цепи. Именно порядок чередова­ния аминокислот в данной белковой молекуле определяет её особые физико-химические и биологические свойства.

Вторичная структура представляет собой белковую нить, закрученную в виде спирали. Между карбоксильны­ми группами на одном витке спирали и аминогруппами на другом витке возникают водородные связи, которые слабее ковалентных, но при их большом числе обеспечивают об­разование прочной структуры.

Третичная структура - это клубок, или глобула, в кото­рый свертывается спираль. Он образуется в результате взаимодействия различных остатков аминокислот. Для ка­ждого белка характерна своя форма.

Некоторые белки имеют четвертичную структуру. Она характерна для сложных белков. Несколько глобул объеди­нены вместе и удерживаются вместе благодаря ионным, водородным и другим нековалентным связям. Например, белок гемоглобин - состоит из четырех глобул, каждая из которых соединена с железосодержащим гемом.

Под влиянием внешних факторов (изменение температуры, солевого состава среды, pH, под действием радиации и т.п. факторов) слабые химические связи, поддерживаю­щие молекулу белка (вторичную, третичную, четвертичную структуры), разрываются, изменяются структура и свойст­ва белка. Этот процесс называется денатурацией.

Роль белков: Материал с сайта

Строительная функция. Белки входят в состав клеточ­ных структур, являются структурными компонентами био­логических мембран и многих внутриклеточных органои­дов, главным компонентом опорных структур организма.

Ферментативная функция. Многие белки служат биокатализаторами, ускоряют протекание различных хи­мических реакций в организме.

Регуляторная функция. Часть гормонов - белки. Они участвуют в регуляции активности клетки и организма. Например, инсулин регулирует обмен глюкозы.

Защитная функция. Антитела, образуемые лимфоцитами, нейтрализуют чужеродных для организма возбудите лей заболеваний. Белки, участвующие в процессе свертывания крови (фибриноген и тромбин), предохраняют организм от кровопотери.

Транспортная функция. Белки могут присоединять к себе различные молекулы и ионы и переносить их из одной части организма к другой. Например, гемоглобин переносит кислород и углекислый газ.

Энергетическая функция. Белки могут служить источ ником энергии для клетки. При недостатке в организме yглеводов или жиров окисляются молекулы аминокислот. При расщеплении 1 г белков высвобождается 17,6 кДж энергии.

Белки — основная структурная единица клеток. Это полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В состав белков входит 20 типов аминокислот. В каждой из аминокислот содержится аминогруппа (-NH), карбоксиль-ная группа (-СООН) и радикал (R). Строение радикалов от-личается у различных аминокислот. Соединение аминокис-лот в молекуле белка происходит благодаря образованию пептидной связи: аминогруппа одной аминокислоты соеди-няется с карбоксильной группой другой аминокислоты.

Соединение, состоящее из нескольких аминокислот, на-зывают пептидом. Выделяют первичную, вторичную, тре-тичную и четвертичную структуры белков. Первичная структура белка определяется последовательностью амино-кислот в полипептидной цепи. Именно порядок чередова-ния аминокислот в данной белковой молекуле определяет её особые физико-химические и биологические свойства.

Вторичная структура представляет собой белковую нить, закрученную в виде спирали. Между карбоксильны-ми группами на одном витке спирали и аминогруппами на другом витке возникают водородные связи, которые слабее ковалентных, но при их большом числе обеспечивают об-разование прочной структуры.

Третичная структура — это клубок, или глобула, в кото-рый свертывается спираль. Он образуется в результате взаимодействия различных остатков аминокислот. Для ка-ждого белка характерна своя форма.

Некоторые белки имеют четвертичную структуру. Она характерна для сложных белков. Несколько глобул объеди-нены вместе и удерживаются вместе благодаря ионным, водородным и другим нековалентным связям. Например, белок гемоглобин — состоит из четырех глобул, каждая из которых соединена с железосодержащим гемом.

Под влиянием внешних факторов (изменение температуры, солевого состава среды, pH, под действием радиации и т.п. факторов) слабые химические связи, поддерживаю-щие молекулу белка (вторичную, третичную, четвертичную структуры), разрываются, изменяются структура и свойст-ва белка. Этот процесс называется денатурацией.

Роль белков: Материал с сайта

1. Строительная функция. Белки входят в состав клеточ-ных структур, являются структурными компонентами био-логических мембран и многих внутриклеточных органои-дов, главным компонентом опорных структур организма.
2. Ферментативная функция. Многие белки служат биокатализаторами, ускоряют протекание различных хи-мических реакций в организме.
3. Регуляторная функция. Часть гормонов — белки. Они участвуют в регуляции активности клетки и организма. Например, инсулин регулирует обмен глюкозы.
4. Защитная функция. Антитела, образуемые лимфоцитами, нейтрализуют чужеродных для организма возбудите лей заболеваний. Белки, участвующие в процессе свертывания крови (фибриноген и тромбин), предохраняют организм от кровопотери.
5. Транспортная функция. Белки могут присоединять к себе различные молекулы и ионы и переносить их из одной части организма к другой. Например, гемоглобин переносит кислород и углекислый газ.
6. Энергетическая функция. Белки могут служить источ ником энергии для клетки. При недостатке в организме yглеводов или жиров окисляются молекулы аминокислот. При расщеплении 1 г белков высвобождается 17,6 кДж энергии.

Вспомните, что происходит с яичным белком при нагревании.

Одними из наиболее важных органических компонентов живого являются белки. Второе их название - протеины (от греч. протос - первый). Белки - полимеры с большой молекулярной массой от нескольких десятков до нескольких миллионов единиц. Их мономерами служат аминокислоты. > Количество аминокислот в молекулах разных белков может колебаться от 3-5 до нескольких тысяч. Например, молекула белка рибонуклеазы состоит из 124 аминокислот и имеет молекулярную массу 12640, а молекула гемоглобина имеет в своем составе 574 аминокислоты и молекулярную массу 64500.

Состав и строение белков. В белках постоянно встречаются 20 видов аминокислот. Они отличаются по своему строению, но имеют общие группы, посредством которых соединяются в длинные цепи (рис. 21). Последовательность и число аминокислот для каждого белка строго индивидуальны. Поэтому разнообразие белков потенциально безгранично.

Рис. 21. Строение аминокислот: 1 - общая формула; 2 - схема

Связь между аминокислотами называют пептидной связью, а образующуюся цепь - полипептидной (рис. 22, 23).

Рис. 22. Образование пептидной связи (схема)

Белки имеют сложное строение и несколько структурных уровней, которые определяют их свойства и выполняемые функции. Особенности структуры, формы, свойств и функций белковой молекулы зависят, в первую очередь, от последовательности аминокислот в полипептидной цепи. В каждом белке эту последовательность определяет наследственная программа организма. Поэтому белки каждого организма различаются друг от друга.

Рис. 23. Структура белковой молекулы (полипептидная цепь)

Свойства и функции белков. Белки, в отличие от других органических веществ, легко разрушаются. Они сворачиваются при действии сильных кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, например свинца и ртути, высоких температур и радиоактивного излучения. Этот процесс называется денатурацией (от лат. де - утрата, потеря, и натура - природные свойства).

Среди органических веществ белки занимают первое место по разнообразию выполняемых функций. Самая важная из них - ферментативная. Ферменты (от лат. ферментум - закваска) - это биологические катализаторы, т. е. ускорители химических реакций в живом. Следующая важная функция белков - строительная.

Нет ни одной структуры живого, которые не содержали бы в своем составе белка. Они входят в состав мембран клеток, клеточного центра, ядра и рибосом. Белки выполняют и энергетическую функцию, хотя она у них не столь важная, как у углеводов и липидов. При окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии. Примерно столько же энергии выделяется при окислении 1 г углеводов. Однако белки служат последним энергетическим резервом, т. е. используются лишь после полного расходования запасов углеводов и липидов. В некоторых случаях белки выполняют функцию запасного питательного вещества, например, желточные белки куриного яйца и казеин молока.

Двигательная функция связана с сократительными белками, которые входят в состав мышечных волокон, ресничек, жгутиков, а значит - обеспечивают движение организма и клеток. Транспортные белки связывают и переносят вещества в одной клетке и во всем организме. Например, гемоглобин эритроцитов транспортирует кислород и углекислый газ.

Белки выполняют и защитную функцию. Они образуют антитела, защищающие организм от болезнетворных бактерий и вирусов. Регуляторные белки - это гормоны, регулирующие обмен веществ в организме. Например, выделяемый поджелудочной железой гормон инсулин регулирует углеводный обмен в организме.

Упражнения по пройденному материалу

1. Какие вещества являются мономерами белков?
2. При окислении белков и углеводов выделяется одинаковое количество энергии. Почему организм использует белки, как источник энергии только в последнюю очередь?

Имеются три вида аминокислот - А, В, С. Составьте несколько вариантов полипептидных цепей, построенных из пяти аминокислот. Будут ли такие белки обладать одинаковыми свойствами? Ответ поясните.