Білки, біологічна роль яких буде розглянута сьогодні, – побудовані з амінокислот високомолекулярні сполуки. Серед всіх інших органічних сполук вони є одними з найбільш складних по своїй будові. За елементарним складом білки відрізняються від жирів і вуглеводів: крім кисню, водню і вуглецю вони містять азот. Крім того, неодмінною складовою частиною найважливіших білків є сірка, а деякі містять йод, залізо і фосфор.
Біологічна роль білка дуже велика. Саме ці сполуки становлять більшу частину маси протоплазми, а також ядер живих клітин. У всіх тваринних і рослинних організмах знаходяться білки.
Одна або декілька функцій
Біологічна роль і функції різних їх сполук різні. Як речовина, що має певну хімічну будову, кожен білок виконує вузькоспеціалізовану функцію. Тільки в деяких випадках він може виконувати відразу кілька взаємопов’язаних. Наприклад, адреналін, який виробляється в мозковому шарі надниркових залоз, поступаючи у кров, що збільшує артеріальний тиск і споживання кисню, вміст цукру в крові. Крім того, він є стимулятором обміну речовин, а у холоднокровних тварин і медіатором нервової системи. Як ви бачите, він виконує багато функцій.
Ферментативна (каталітична) функція
Різноманітні біохімічні реакції, що протікають в живих організмах, здійснюються в м’яких умовах, при яких температура близька до 40°C, а значення рН практично нейтральні. У даних умовах мізерно малі швидкості протікання багатьох з них. Тому для того, щоб вони здійснилися, потрібні ферменти – біологічні каталізатори. Практично всі реакції, крім фотолиза води, каталізуються в живих організмах саме ферментами. Ці елементи є або білками, або комплексами білків з кофактором (органічною молекулою або іоном металу). Ферменти діють дуже вибірково, запускаючи необхідний процес. Отже, каталітична функція, розглянута вище, – одна з тих, які здійснюють білки. Біологічна роль цих сполук, однак, виконанням її не обмежується. Існує безліч інших функцій, які ми розглянемо нижче.
Транспортна функція
Для існування клітини необхідно, щоб всередину неї надходило безлічі речовин, які забезпечують її енергією і будівельним матеріалом. Всі біологічні мембрани побудовані за загальним принципом. Це подвійний шар ліпідів, у нього занурені білки. При цьому на поверхні мембран зосереджуються гідрофільні ділянки макромолекул, а в товщі їх – гідрофобні “хвости”. Ця структура залишається непроникною для важливих компонентів: амінокислот, цукрів, іонів лужних металів. Проникнення цих елементів всередину клітини відбувається за допомогою транспортних білків, які вбудовані в клітинну мембрану. У бактерій, наприклад, є спеціальний білок, який забезпечує перенесення лактози (молочного цукру) через зовнішню мембрану.
У багатоклітинних організмів є система транспорту різних речовин з одного органу в інший. Мова йде в першу чергу про гемоглобіні (на фото вище). У плазмі крові, крім того, постійно знаходиться сироватковий альбумін (транспортний білок). Він володіє здатністю формувати міцні комплекси з утворюються при перетравленні жирів жирними кислотами, а також з низкою гідрофобних амінокислот (наприклад, з триптофаном) і з багатьма лікарськими препаратами (деякі пеніциліни, сульфаніламіди, аспірин). Трансферрин, який забезпечує перенесення в організмі іонів заліза, є ще одним прикладом. Можна згадати і церуплазмин, який переносить іони міді. Отже, ми розглянули транспортну функцію, яку виконують білки. Біологічна роль їх і з цієї точки зору вельми істотна.
Рецепторна функція
Білки-рецептори мають велике значення, особливо для забезпечення життєдіяльності багатоклітинних організмів. Вони вбудовані в плазматическую клітинну мембрану і служать для сприйняття і подальшого перетворення сигналів, які надходять у клітину. При цьому сигнали можуть бути як від інших клітин, так і від навколишнього середовища. Рецептори ацетилхоліну на даний момент найбільш досліджені. Вони знаходяться в ряді міжнейронних контактів на мембрані клітин, в тому числі у нервово-м’язових з’єднань, в корі головного мозку. Дані білки взаємодіють з ацетилхоліном і передають сигнал всередину клітини.
Нейромедіатор для отримання сигналу і його перетворення повинен бути видалений для того, щоб клітина мала можливість підготуватися до сприйняття подальших сигналів. Для цього використовується ацетилхолинэстераза – спеціальний фермент, який є каталізатором гідролізу ацетилхоліну до холіну та ацетату. Чи Не правда, дуже важлива і рецепторна функція, яку виконують білки? Біологічна роль наступної, захисної функції організму величезна. З цим неможливо не погодитися.
Захисна функція
В організмі імунна система відповідає на появу в ньому чужорідних частинок виробленням великої кількості лімфоцитів. Вони здатні пошкоджувати елементи вибірково. Такими чужорідними частинками можуть бути ракові клітини, патогенні бактерії, надмолекулярні частки (макромолекули, віруси та ін). В-лімфоцити – група лімфоцитів, яка виробляє особливі білки. Ці білки виділяються в кровоносну систему. Вони розпізнають чужорідні частинки, при цьому утворюючи на стадії знищення високоспецифічний комплекс. Ці білки називаються імуноглобулінами. А антигенами називають чужорідні речовини, які викликають відповідь імунної системи.
Структурна функція
Крім білків, які виконують високоспеціалізовані функції, є і такі, значення яких в основному структурно. Завдяки їм забезпечується механічна міцність, а також інші властивості тканин живих організмів. До таких білків належать, перш за все, колаген. Колаген (на фото див. нижче) у ссавців становить близько чверті маси білків. Він синтезується в основних клітинах, з яких складається сполучна тканина (вони називаються фібробластами).
Спочатку колаген утворюється в якості проколагену – його попередника, проходить хімічну обробку в фібробластах. Потім він формується у вигляді трьох поліпептидних ланцюгів, скручених у спіраль. Вони об’єднуються вже поза фібробластів у колагенові фібрили в кілька сотень нанометрів діаметром. Останні ж утворюють колагенові нитки, які вже можна побачити під мікроскопом. В еластичних тканинах (стінках легенів, кровоносних судин, у шкірі) позаклітинний матрикс, крім колагену, містить білок еластин. Він може розтягуватися в досить широких межах і потім повертатися в початковий стан. Інший приклад структурного білка, який можна тут привести, – це фіброїн шовку. Його виділяють під час формування лялечки гусениці шовкопряда. Це головний компонент шовкових ниток. Переходимо до опису рухових білків.
Рухові білки
І в здійсненні рухових процесів велика біологічна роль білків. Коротко розповімо і про їх функції. Скорочення м’язів – це процес, під час якого хімічна енергія перетворюється в механічну роботу. Безпосередніми його учасниками є два білка – міозин і актин. Міозин має вельми незвичайну будову. Він сформований з двох глобулярных головок і хвоста (довгої ниткоподібний частини). Близько 1600 нм становить довжина однієї молекули. На частку голівок при цьому припадає приблизно 200 нм.
Актин (на фото вище) – глобулярный білок, що має молекулярну масу 42000. Він може полімеризовані, формуючи довгу структуру, і взаємодіяти в такому вигляді з головкою міозину. Важлива риса цього процесу – залежність його від присутності АТФ. Якщо концентрація його досить висока, утворений миозином і актином комплекс руйнується, а потім він знову відновлюється після того, як відбудеться гідроліз АТФ в результаті дії миозиновой Атфази. Цей процес можна спостерігати, наприклад, в розчині, в якому присутні обидва білка. Він стає в’язким в результаті того, що формується високомолекулярний комплекс при відсутності АТФ. При його додаванні різко знижується в’язкість через руйнування створеного комплексу, після чого він поступово починає відновлюватися в результаті гідролізу АТФ. В процесі скорочення м’язів ці взаємодії грають дуже велику роль.
Антибіотики
Продовжуємо розкривати тему “Біологічна роль білків в організмі”. Дуже велику і дуже важливу групу природних сполук складають речовини, звані антибіотиками. Вони мають мікробне походження. Ці речовини виділяються особливими видами мікроорганізмів. Біологічна роль амінокислот і білків безперечна, однак антибіотики виконують особливу, дуже важливу функцію. Вони пригнічують ріст мікроорганізмів, конкуруючих з ними. У 1940-ті роки відкриття та використання антибіотиків зробило справжню революцію в лікуванні викликаються бактеріями інфекційних захворювань. Необхідно відзначити, що в більшості випадків антибіотики на віруси не діють, тому використання їх як противірусних препаратів є неефективним.
Приклади антибіотиків
Група пеніциліну була першою введена в практику. Прикладами цієї групи є ампіцилін і пеніцилін. Антибіотики за механізмом дії та хімічною природою різноманітні. Деякі з тих, які широко використовуються сьогодні, взаємодіють з рибосомами людини, при цьому в бактеріальних рибосомах гальмується синтез білка. У той же час з эукариотическими рибосомами вони майже не взаємодіють. Тому для бактеріальних клітин вони згубні, а для тварин і людини мало токсичні. До таких антибіотиків відносяться стрептоміцин і левоміцетин (хлорамфенікол).
Біологічна роль біосинтезу білка дуже важлива, а сам цей процес має декілька стадій. Ми розповімо про нього лише в загальних рисах.
Процес і біологічна роль біосинтезу білка
Цей процес є багатоступінчастим і дуже складним. Він відбувається в рибосомах – спеціальних органелах. В клітці знаходиться безліч рибосом. У кишкової палички, приміром, їх близько 20 тисяч.
Охарактеризуйте процес біосинтезу білка та його біологічну роль” – таке завдання багато хто з нас отримували в школі. І у багатьох воно викликало труднощі. Що ж, спробуємо разом розібратися.
Молекули білків є полипептидными ланцюжками. Вони складаються, як ви вже знаєте, з окремих амінокислот. Однак останні недостатньо активні. Для того щоб з’єднатися і утворити молекулу білка, їм потрібна активація. Вона відбувається в результаті дії особливих ферментів. Кожна амінокислота при цьому має свій фермент, специфічно налаштований саме на неї. Джерелом енергії для даного процесу є АТФ (аденозинтрифосфат). Амінокислота в результаті активування стає більш лабільною і зв’язується під дією цього ферменту з т-РНК, яка переносить її в рибосому (з-за цього цю РНК називають транспортної). В рибосому, таким чином, надходять сполучені з т-РНК активовані амінокислоти. Рибосома – це своєрідний конвеєр для складання надходять з ланцюжка амінокислот білка.
Роль синтезу білка складно переоцінити, так як синтезовані сполуки виконують дуже важливі функції. Практично всі клітинні структури складаються з них.
Отже, ми описали в загальних рисах процес біосинтезу білка та його біологічну роль. На цьому завершуємо знайомство з білками. Сподіваємося, у вас з’явилося бажання його продовжити.
