Білки: біологічна роль. Біологічна роль білка в організмі

Білки, біологічна роль яких буде сьогодні розглянута, - побудовані з амінокислот високомолекулярні з'єднання. Серед усіх інших органічних сполук вони є одними з найскладніших за своєю будовою. По елементарному складом білки відрізняються від жирів і вуглеводів: крім кисню, водню і вуглецю вони містять також і 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 тварин і рослинних організмах знаходяться білки.

Одна або кілька функцій

Біологічна роль і функції різних їх сполук різні. Як речовина, що має певне хімічну будову, кожен білок виконує вузькоспеціалізовану функцію. Тільки в деяких випадках він може виконувати відразу кілька взаємопов'язаних. Приміром, адреналін, який виробляється в мозковому шарі надниркових залоз, потрапляючи в кров, 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 відразу 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 - спеціальні біологічні каталізатори. Практично всі реакції, крім фотолізу води, катализируются в живих організмах саме ферментами. Ці елементи є або білками, або комплексами білків з кофактором (органічної 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 клітки 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, в 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 має здатність 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). Трансферин, який забезпечує перенесення в організмі іонів заліза, є ще одним прикладом. Можна згадати і церуплазмін, який переносить іони міді. Отже, ми розглянули транспортну функцію, яку виконують білки. Біологічна роль їх і з цієї точки зору досить істотна.

Рецепторная функція

Білки-рецептори мають велике значення, особливо для забезпечення життєдіяльності багатоклітинних організмів. Вони вбудовані в плазматичну клітинну мембрану і служать для сприйняття і подальшого перетворення сигналів, які надходять у клітку. 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, у 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 вилучений для того, щоб клітина мала можливість підготуватися до сприйняття подальших сигналів. Для цього використовується ацетилхолінестеразою - спеціальний фермент, який є каталізатором гідролізу ацетилхоліну до холіну і ацетату. Чи не правда, вельми важлива і рецепторна функція, яку виконують білки? Біологічна роль наступної, захисної функції, для організму величезна. З цим просто не можна 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 частинки (макромолекули, віруси й 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 іменуються імуноглобулінами. А антигенами називають чужорідні речовини, які викликають відповідь імунної системи.

Структурна функція

Крім білків, які виконують високоспеціалізовані функції, є й такі, значення яких в основному структурно. Завдяки їм забезпечується механічна міцність, а також інші властивості тканин живих організмів. До таких білків відноситься, насамперед, 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, що проходить хімічну обробку в фібробластах. Потім він формується у вигляді трьох поліпептидних ланцюгів, скручених в спіраль. Вони об'єднуються вже поза фібробластів в колагенові фібрили в кілька сотень нанометрів діаметром. Останні ж утворюють колагенові нитки, які вже можна побачити під мікроскопом. У еластичних тканинах (стінках легенів, кровоносних судин, в шкірі) позаклітинний матрикс, крім колагену, містить також білок еластин. Він може розтягуватися в досить широких межах і повертатися потім в початковий стан. Інший приклад структурного білка, який можна тут навести, - це фиброин шовку. Його виділяють під час формування лялечки гусениці шовкопряда. Це головний компонент шовкових ниток. Переходимо до опису рухових білків.

Рухові білки

І у здійсненні рухових процесів велика біологічна роль білків. Коротко розповімо і про цю їх функції. Скорочення м'язів - це процес, під час якого хімічна енергія перетворюється в механічну роботу. Безпосередніми його учасниками є два білки - міозин і актин. Міозин має вельми незвичайна будова. Він сформований з двох глобулярних голівок і хвоста (довгої ниткоподібної частини). Близько 1600 нм становить довжина однієї молекули. На частку головок при цьому припадає приблизно 200 нм.

Актин (на фото вище) - глобулярний білок, що має молекулярну масу 42000. Він може полимеризоваться, формуючи довгу структуру, і взаємодіяти в такому вигляді з головкою міозину. Важлива риса даного процесу - залежність його від присутності АТФ. Якщо концентрація його досить висока, освічена міозином і актином комплекс руйнується, а потім він знову відновлюється після того, як відбудеться гідроліз АТФ в результаті дії міозіновой АТФаза. 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. У процесі скорочення м'язів ці взаємодії відіграють дуже велику роль.

Антибіотики

Продовжуємо розкривати тему "Біологічна роль білка 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 безспірною, але антибіотики виконують особливу, дуже важливу функцію. Вони пригнічують ріст мікроорганізмів, що конкурують з ними. У 1940-і роки відкриття та використання антибіотиків зробило справжню революцію в лікуванні викликаються бактеріями інфекційних захворювань. Необхідно відзначити, що в більшості випадків на віруси антибіотики 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 бензилпеніцилін. Антибіотики за механізмом дії і 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 еукариотическими рибосомами вони майже не взаємодіють. Тому для бактеріальних клітин вони згубні, а для тварин і людини мало токсичні. До числа таких антибіотиків відносяться стрептоміцин і левоміцетин (хлорамфенікол).

Біологічна роль біосинтезу білка дуже важлива, а сам цей процес має кілька стадій. Ми розповімо про нього лише в загальних рисах.

Процес і біологічна роль біосинтезу білка

Цей процес є багатоступеневим і дуже складним. Він відбувається в рибосомах - спеціальних органелах. У клітці знаходиться безліч рибосом. У кишкової палички, наприклад, їх близько 20 000.

"Охарактеризуйте процес біосинтезу білка і 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 поліпептидними 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 настроєний саме на неї. Джерелом енергії для даного процесу є АТФ (аденозинтрифосфат). Амінокислота в результаті активування стає більш лабільною і зв'язується під дією даного ферменту з т-РНК, яка переносить її в рибосому (через це цю РНК називають транспортної). У рибосому, таким чином, надходять з'єднані з т-РНК активовані амінокислоти. Рибосома - це своєрідний конвеєр для збірки з вступників амінокислот ланцюжка білка.

Роль синтезу білка складно переоцінити, оскільки синтезовані сполуки виконують дуже важливі функції. Практично всі клітинні структури складаються з них.

Отже, ми описали в загальних рисах процес біосинтезу білка і його біологічну роль. На цьому завершуємо знайомство з білками. Сподіваємося, у вас з'явилося бажання його продовжити.