Белки. Их строение, функции, свойства

Белки. Их строение, функции, свойства

Ïîðÿäîê ðàñïîëîæåíèÿ êîâàëåíòíî ñâÿçàííûõ àìèíîêèñëîò â ïîëèïåïòèäíîé öåïè íàçûâàþò àìèíîêèñëîòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ, èëè ïåðâè÷íîé ñòðóêòóðîé áåëêîâ. Ïåðâè÷íàÿ ñòðóêòóðà êàæäîãî áåëêà, êîäèðóåìàÿ ñîîòâåòñòâóþùèì ãåíîì, ïîñòîÿííà è íåñåò â ñåáå âñþ èíôîðìàöèþ, íåîáõîäèìóþ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ñòðóêòóð áîëåå âûñîêîãî óðîâíÿ. Ïîòåíöèàëüíî âîçìîæíîå ÷èñëî áåëêîâ, êîòîðûå ìîãóò îáðàçîâàòüñÿ èç 20 àìèíîêèñëîò, ïðàêòè÷åñêè íå îãðàíè÷åíî.

 ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ áîêîâûõ ãðóïï àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ îòäåëüíûå îòíîñèòåëüíî íåáîëüøèå ó÷àñòêè ïîëèïåïòèäíîé öåïè ïðèíèìàþò òó èëè èíóþ êîíôîðìàöèþ (òèï óêëàäêè), èçâåñòíóþ êàê âòîðè÷íàÿ ñòðóêòóðà áåëêîâ. Íàèáîëåå õàðàêòåðíûìè ýëåìåíòàìè åå ÿâëÿþòñÿ ïåðèîäè÷åñêè ïîâòîðÿþùèåñÿ a-ñïèðàëü è b-ñòðóêòóðà. Âòîðè÷íàÿ ñòðóêòóðà âåñüìà ñòàáèëüíà. Òàê êàê îíà â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿåòñÿ àìèíîêèñëîòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ ñîîòâåòñòâóþùåãî ó÷àñòêà áåëêà, ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì åå ïðåäñêàçàíèå ñ îïðåäåëåííîé ñòåïåíüþ âåðîÿòíîñòè. Òåðìèí «a -ñïèðàëü» áûë ââåäåí àìåðèêàíñêèì áèîõèìèêîì Ë. Ïîëèíãîì, îïèñàâøèì óêëàäêó ïîëèïåïòèäíîé öåïè â áåëêå a -êåðàòèíå â âèäå ïðàâîñòîðîííåé ñïèðàëè (a -ñïèðàëü ìîæíî ñðàâíèòü ñî øíóðîì îò òåëåôîííîé òðóáêè). Íà êàæäûé âèòîê òàêîé ñïèðàëè â áåëêå ïðèõîäèòñÿ 3,6 àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ãðóïïà —С= Î îäíîé ïåïòèäíîé ñâÿçè îáðàçóåò âîäîðîäíóþ ñâÿçü ñ ãðóïïîé —NH äðóãîé ïåïòèäíîé ñâÿçè, îòñòîÿùåé îò ïåðâîé íà ÷åòûðå àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêà.  ñðåäíåì êàæäûé a -ñïèðàëüíûé ó÷àñòîê âêëþ÷àåò äî 15 àìèíîêèñëîò, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò 3-4 îáîðîòàì ñïèðàëè. Íî â êàæäîì îòäåëüíîì áåëêå äëèíà ñïèðàëè ìîæåò ñèëüíî îòëè÷àòüñÿ îò ýòîé âåëè÷èíû.  ïîïåðå÷íîì ñå÷åíèè a -ñïèðàëü èìååò âèä äèñêà, îò êîòîðîãî íàðóæó íàïðàâëåíû áîêîâûå öåïè àìèíîêèñëîò.

b-ñòðóêòóðà, èëè b -ñêëàä÷àòûé ñëîé, ìîæåò áûòü îáðàçîâàíà íåñêîëüêèìè ó÷àñòêàìè ïîëèïåïòèäíîé öåïè. Ýòè ó÷àñòêè ðàñòÿíóòû è óëîæåíû ïàðàëëåëüíî äðóã äðóãó, ñâÿçûâàÿñü ìåæäó ñîáîé âîäîðîäíûìè ñâÿçÿìè, êîòîðûå âîçíèêàþò ìåæäó ïåïòèäíûìè ñâÿçÿìè. Îíè ìîãóò áûòü îðèåíòèðîâàíû â îäíîì è òîì æå èëè â ïðîòèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ (íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ âäîëü ïîëèïåïòèäíîé öåïè ïðèíÿòî ñ÷èòàòü îò N-êîíöà ê Ñ-êîíöó).  ïåðâîì ñëó÷àå ñêëàä÷àòûé ñëîé íàçûâàþò ïàðàëëåëüíûì, âî âòîðîì — àíòèïàðàëëåëüíûì. Ïîñëåäíèé îáðàçóåòñÿ, êîãäà ïåïòèäíàÿ öåïü äåëàåò ðåçêèé ïîâîðîò âñïÿòü, îáðàçóÿ èçãèá (b -èçãèá). Áîêîâûå öåïè àìèíîêèñëîò îðèåíòèðîâàíû ïåðïåíäèêóëÿðíî ïëîñêîñòè b -ñëîÿ.

Îòíîñèòåëüíîå ñîäåðæàíèå a -ñïèðàëüíûõ ó÷àñòêîâ è b -ñòðóêòóð ìîæåò øèðîêî âàðüèðîâàòüñÿ â ðàçíûõ áåëêàõ. Ñóùåñòâóþò áåëêè ñ ïðåîáëàäàíèåì a-ñïèðàëåé (îêîëî 75% àìèíîêèñëîò â ìèîãëîáèíå è ãåìîãëîáèíå), à îñíîâíûì òèïîì óêëàäêè öåïè âî ìíîãèõ ôèáðèëëÿðíûõ áåëêàõ (â òîì ÷èñëå ôèáðîèí øåëêà, b-êåðàòèí) ÿâëÿåòñÿ b -ñòðóêòóðà. Ó÷àñòêè ïîëèïåïòèäíîé öåïè, êîòîðûå íåëüçÿ îòíåñòè íè ê îäíîé èç âûøåîïèñàííûõ êîíôîðìàöèé, íàçûâàþò ñîåäèíèòåëüíûìè ïåòëÿìè. Èõ ñòðóêòóðà îïðåäåëÿåòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì âçàèìîäåéñòâèÿìè ìåæäó áîêîâûìè öåïÿìè àìèíîêèñëîò, è â ìîëåêóëå ëþáîãî áåëêà îíà óêëàäûâàåòñÿ ñòðîãî îïðåäåëåííûì îáðàçîì.

Òðåòè÷íîé ñòðóêòóðîé íàçûâàþò ïðîñòðàíñòâåííîå ñòðîåíèå ãëîáóëÿðíûõ áåëêîâ. Íî ÷àñòî ýòî ïîíÿòèå îòíîñÿò ê õàðàêòåðíîìó äëÿ êàæäîãî êîíêðåòíîãî áåëêà ñïîñîáó ñâîðà÷èâàíèÿ ïîëèïåïòèäíîé öåïè â ïðîñòðàíñòâå. Òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà ôîðìèðóåòñÿ ïîëèïåïòèäíîé öåïüþ áåëêà ñàìîïðîèçâîëüíî, ïî-âèäèìîìó, ïî îïðåäåëåííîìó ïóòè (ïóòÿì) ñâåðòûâàíèÿ ñ ïðåäâàðèòåëüíûì îáðàçîâàíèåì ýëåìåíòîâ âòîðè÷íîé ñòðóêòóðû. Åñëè ñòàáèëüíîñòü âòîðè÷íîé ñòðóêòóðû îáóñëîâëåíà âîäîðîäíûìè ñâÿçÿìè, òî òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà ôèêñèðóåòñÿ ðàçíîîáðàçíîé ñèñòåìîé íåêîâàëåíòíûõ âçàèìîäåéñòâèé: âîäîðîäíûìè, èîííûìè, ìåæìîëåêóëÿðíûìè âçàèìîäåéñòâèÿìè, à òàêæå ãèäðîôîáíûìè êîíòàêòàìè ìåæäó áîêîâûìè öåïÿìè íåïîëÿðíûõ àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ.  íåêîòîðûõ áåëêàõ òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà äîïîëíèòåëüíî ñòàáèëèçèðóåòñÿ çà ñ÷åò îáðàçîâàíèÿ äèñóëüôèäíûõ ñâÿçåé (—S—S—-ñâÿçåé) ìåæäó îñòàòêàìè öèñòåèíà. Êàê ïðàâèëî, âíóòðè áåëêîâîé ãëîáóëû ðàñïîëîæåíû áîêîâûå öåïè ãèäðîôîáíûõ àìèíîêèñëîò, ñîáðàííûå â ÿäðî (èõ ïåðåíîñ âíóòðü ãëîáóëû áåëêà âûãîäåí òåðìîäèíàìè÷åñêè), à íà ïåðèôåðèè íàõîäÿòñÿ ãèäðîôèëüíûå îñòàòêè è ÷àñòü ãèäðîôîáíûõ. Áåëêîâóþ ãëîáóëó îêðóæàåò íåñêîëüêî ñîòåí ìîëåêóë ãèäðàòíîé âîäû, íåîáõîäèìîé äëÿ ñòàáèëüíîñòè ìîëåêóëû áåëêà è íåðåäêî ó÷àñòâóþùåé â åãî ôóíêöèîíèðîâàíèè. Òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà ïîäâèæíà, îòäåëüíûå åå ó÷àñòêè ìîãóò ñìåùàòüñÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê êîíôîðìàöèîííûì ïåðåõîäàì, êîòîðûå èãðàþò çíà÷èòåëüíóþ ðîëü âî âçàèìîäåéñòâèè áåëêà ñ äðóãèìè ìîëåêóëàìè. Òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà ÿâëÿåòñÿ îñíîâîé ôóíêöèîíàëüíûõ ñâîéñòâ áåëêà. Îíà îïðåäåëÿåò îáðàçîâàíèå â áåëêå àíñàìáëåé ôóíêöèîíàëüíûõ ãðóïï — àêòèâíûõ öåíòðîâ è çîí ñâÿçûâàíèÿ, ïðèäàåò èì íåîáõîäèìóþ ãåîìåòðèþ, ïîçâîëÿåò ñîçäàòü âíóòðåííþþ ñðåäó, ÿâëÿþùóþñÿ ïðåäïîñûëêîé ïðîòåêàíèÿ ìíîãèõ ðåàêöèé, îáåñïå÷èâàåò âçàèìîäåéñòâèå ñ äðóãèìè áåëêàìè.

Òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà áåëêîâ îäíîçíà÷íî ñîîòâåòñòâóåò åãî ïåðâè÷íîé ñòðóêòóðå; âåðîÿòíî, ñóùåñòâóåò åùå íåðàñøèôðîâàííûé ñòåðåîõèìè÷åñêèé êîä, îïðåäåëÿþùèé õàðàêòåð ñâåðòûâàíèÿ áåëêà. Îäíàêî îäèí è òîò æå ñïîñîá óêëàäêè â ïðîñòðàíñòâå îáû÷íî ñîîòâåòñòâóåò íå åäèíñòâåííîé ïåðâè÷íîé ñòðóêòóðå, à öåëîìó ñåìåéñòâó ñòðóêòóð, â êîòîðûõ ñîâïàäàòü ìîæåò ëèøü íåáîëüøàÿ äîëÿ (äî 20-30%) àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ, íî ïðè ýòîì â îïðåäåëåííûõ ìåñòàõ öåïè ñõîäñòâî àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ ñîõðàíÿåòñÿ. Ðåçóëüòàòîì ÿâëÿåòñÿ îáðàçîâàíèå îáøèðíûõ ñåìåéñòâ áåëêîâ, õàðàêòåðèçóþùèõñÿ áëèçêîé òðåòè÷íîé è áîëåå èëè ìåíåå ñõîäíîé ïåðâè÷íîé ñòðóêòóðîé è, êàê ïðàâèëî, îáùíîñòüþ ôóíêöèè. Òàêîâû, íàïðèìåð, áåëêè îðãàíèçìîâ ðàçíûõ âèäîâ, íåñóùèå îäèíàêîâóþ ôóíêöèþ è ýâîëþöèîííî ðîäñòâåííûå: ìèîãëîáèíû è ãåìîãëîáèíû, òðèïñèí, õèìîòðèïñèí, ýëàñòàçà è äðóãèå ïðîòåèíàçû æèâîòíûõ.

Íåðåäêî, îñîáåííî â êðóïíûõ áåëêàõ, ñâîðà÷èâàíèå ïîëèïåïòèäíîé öåïè ïðîõîäèò ÷åðåç ôîðìèðîâàíèå îòäåëüíûìè ó÷àñòêàìè öåïè áîëåå èëè ìåíåå àâòîíîìíûõ ýëåìåíòîâ ïðîñòðàíñòâåííîé ñòðóêòóðû — äîìåíîâ, êîòîðûå ìîãóò îáëàäàòü ôóíêöèîíàëüíîé àâòîíîìèåé, áóäó÷è îòâåòñòâåííûìè çà òó èëè èíóþ áèîëîãè÷åñêóþ àêòèâíîñòü áåëêà. Òàê, N-êîíöåâûå äîìåíû áåëêîâ ñèñòåìû ñâåðòûâàíèÿ êðîâè îáåñïå÷èâàþò èõ ïðèñîåäèíåíèå ê êëåòî÷íîé ìåìáðàíå.

Ñóùåñòâóåò ìíîãî áåëêîâ, ìîëåêóëû êîòîðûõ ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé àíñàìáëü èç ãëîáóë (ñóáúåäèíèö), óäåðæèâàåìûõ âìåñòå çà ñ÷åò ãèäðîôîáíûõ âçàèìîäåéñòâèé, âîäîðîäíûõ èëè èîííûõ ñâÿçåé. Òàêèå êîìïëåêñû íàçûâàþò îëèãîìåðíûìè, ìóëüòèìåðíûìè èëè ñóáúåäèíè÷íûìè áåëêàìè. Óêëàäêó ñóáúåäèíèö â ôóíêöèîíàëüíî àêòèâíîì áåëêîâîì êîìïëåêñå íàçûâàþò ÷åòâåðòè÷íîé ñòðóêòóðîé áåëêà. Íåêîòîðûå áåëêè ñïîñîáíû îáðàçîâûâàòü ñòðóêòóðû áîëåå âûñîêèõ ïîðÿäêîâ, íàïðèìåð, ïîëèôåðìåíòíûå êîìïëåêñû, ïðîòÿæåííûå ñòðóêòóðû (áåëêè îáîëî÷åê áàêòåðèîôàãîâ), íàäìîëåêóëÿðíûå êîìïëåêñû, ôóíêöèîíèðóþùèå êàê åäèíîå öåëîå (íàïðèìåð, ðèáîñîìû èëè êîìïîíåíòû äûõàòåëüíîé öåïè ìèòîõîíäðèé). ×åòâåðòè÷íàÿ ñòðóêòóðà ïîçâîëÿåò ñîçäàòü ìîëåêóëû íåîáû÷íîé ãåîìåòðèè. Òàê, ó ôåððèòèíà, îáðàçîâàííîãî 24 ñóáúåäèíèöàìè, èìååòñÿ âíóòðåííÿÿ ïîëîñòü, áëàãîäàðÿ êîòîðîé áåëêó óäàåòñÿ ñâÿçàòü äî 3000 èîíîâ æåëåçà. Êðîìå òîãî, ÷åòâåðòè÷íàÿ ñòðóêòóðà ïîçâîëÿåò â îäíîé ìîëåêóëå âûïîëíÿòü íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ ôóíêöèé.  òðèïòîôàíñèíòåòàçå ñîâìåùåíû ôåðìåíòû, îòâåòñòâåííûå çà íåñêîëüêî ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñòàäèé ñèíòåçà àìèíîêèñëîòû òðèïòîôàíà.

Ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ ñòðóêòóðû áåëêîâ

Ïåðâè÷íàÿ ñòðóêòóðà áåëêîâ îïðåäåëÿåò âñå îñòàëüíûå óðîâíè îðãàíèçàöèè áåëêîâîé ìîëåêóëû. Ïîýòîìó ïðè èçó÷åíèè áèîëîãè÷åñêîé ôóíêöèè ðàçëè÷íûõ áåëêîâ âàæíî çíàíèå ýòîé ñòðóêòóðû. Ïåðâûì áåëêîì, äëÿ êîòîðîãî áûëà óñòàíîâëåíà àìèíîêèñëîòíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü, áûë ãîðìîí ïîäæåëóäî÷íîé æåëåçû — èíñóëèí. Ýòà ðàáîòà, ïîòðåáîâàâøàÿ 11 ëåò, áûëà âûïîëíåíà àíãëèéñêèì áèîõèìèêîì Ô. Ñåíãåðîì (1954). Îí îïðåäåëèë ðàñïîëîæåíèå 51 àìèíîêèñëîòû â ìîëåêóëå ãîðìîíà è ïîêàçàë, ÷òî îíà ñîñòîèò èç 2-õ öåïåé, ñîåäèíåííûõ äèñóëüôèäíûìè ñâÿçÿìè. Ïîçæå áîëüøàÿ ÷àñòü ðàáîò ïî óñòàíîâëåíèþ ïåðâè÷íîé ñòðóêòóðû áåëêîâ áûëà àâòîìàòèçèðîâàíà. Ñ ðàçâèòèåì ìåòîäîâ ãåíåòè÷åñêîé èíæåíåðèèïîÿâèëàñü âîçìîæíîñòü åùå áîëåå óñêîðèòü ýòîò ïðîöåññ, îïðåäåëÿÿ ïåðâè÷íóþ ñòðóêòóðó áåëêîâ â ñîîòâåòñòâèè ñ ðåçóëüòàòàìè àíàëèçà íóêëåîòèäíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè â ãåíàõ, êîäèðóþùèõ ýòè áåëêè. Âòîðè÷íóþ è òðåòè÷íóþ ñòðóêòóðó áåëêîâ èññëåäóþò ñ ïîìîùüþ äîñòàòî÷íî ñëîæíûõ ôèçè÷åñêèõ ìåòîäîâ, íàïðèìåð, êðóãîâîãî äèõðîèçìà èëè ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàëèçà áåëêîâûõ êðèñòàëëîâ. Òðåòè÷íàÿ ñòðóêòóðà áûëà âïåðâûå óñòàíîâëåíà àíãëèéñêèì áèîõèìèêîì Äæ. Ê. Êåíäðþ (1957) äëÿ áåëêà ìûøö — ìèîãëîáèíà.

Äåíàòóðàöèÿ áåëêîâ

Ñðàâíèòåëüíî ñëàáûå ñâÿçè, îòâåòñòâåííûå çà ñòàáèëèçàöèþ âòîðè÷íîé, òðåòè÷íîé è ÷åòâåðòè÷íîé ñòðóêòóð áåëêà, ëåãêî ðàçðóøàþòñÿ, ÷òî ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîòåðåé åãî áèîëîãè÷åñêîé àêòèâíîñòè. Ðàçðóøåíèå èñõîäíîé (íàòèâíîé) ñòðóêòóðû áåëêà, íàçûâàåìîå äåíàòóðàöèåé, ïðîèñõîäèò â ïðèñóòñòâèè êèñëîò è îñíîâàíèé, ïðè íàãðåâàíèè, èçìåíåíèè èîííîé ñèëû è äðóãèõ âîçäåéñòâèÿõ. Êàê ïðàâèëî, äåíàòóðèðîâàííûå áåëêè ïëîõî èëè ñîâñåì íå ðàñòâîðÿþòñÿ â âîäå. Ïðè íåïðîäîëæèòåëüíîì äåéñòâèè è áûñòðîì óñòðàíåíèè äåíàòóðèðóþùèõ ôàêòîðîâ âîçìîæíà ðåíàòóðàöèÿ áåëêà ñ ïîëíûì èëè ÷àñòè÷íûì âîññòàíîâëåíèåì èñõîäíîé ñòðóêòóðû è áèîëîãè÷åñêèõ ñâîéñòâ.

Êëàññèôèêàöèÿ áåëêîâ

Ñëîæíîñòü ñòðîåíèÿ áåëêîâûõ ìîëåêóë, ÷ðåçâû÷àéíîå ðàçíîîáðàçèå âûïîëíÿåìûõ èìè ôóíêöèé çàòðóäíÿþò ñîçäàíèå åäèíîé è ÷åòêîé èõ êëàññèôèêàöèè, õîòÿ ïîïûòêè ñäåëàòü ýòî ïðåäïðèíèìàëèñü íåîäíîêðàòíî, íà÷èíàÿ ñ êîíöà 19 âåêà. Èñõîäÿ èç õèìè÷åñêîãî ñîñòàâà áåëêè äåëÿò íà ïðîñòûå è ñëîæíûå (èíîãäà èõ íàçûâàþò ïðîòåèäàìè ). Ìîëåêóëû ïåðâûõ ñîñòîÿò òîëüêî èç àìèíîêèñëîò.  ñîñòàâå æå ñëîæíûõ áåëêîâ ïîìèìî ñîáñòâåííî ïîëèïåïòèäíîé öåïè èìåþòñÿ íåáåëêîâûå êîìïîíåíòû, ïðåäñòàâëåííûå óãëåâîäàìè (ãëèêîïðîòåèäû), ëèïèäàìè (ëèïîïðîòåèäû), íóêëåèíîâûìè êèñëîòû (íóêëåîïðîòåèäû), èîíàìè ìåòàëëà (ìåòàëëîïðîòåèäû), ôîñôàòíîé ãðóïïîé (ôîñôîïðîòåèäû), ïèãìåíòàìè (õðîìîïðîòåèäû) è ò. ä.

 çàâèñèìîñòè îò âûïîëíÿåìûõ ôóíêöèé ðàçëè÷àþò íåñêîëüêî êëàññîâ áåëêîâ. Ñàìûé ìíîãîîáðàçíûé è íàèáîëåå ñïåöèàëèçèðîâàííûé êëàññ ñîñòàâëÿþò áåëêè ñ êàòàëèòè÷åñêîé ôóíêöèåé — ôåðìåíòû, îáëàäàþùèå ñïîñîáíîñòüþ óñêîðÿòü õèìè÷åñêèå ðåàêöèè, ïðîòåêàþùèå â æèâûõ îðãàíèçìàõ.  ýòîì êà÷åñòâå áåëêè ó÷àñòâóþò âî âñåõ ïðîöåññàõ ñèíòåçà è ðàñïàäà ðàçëè÷íûõ ñîåäèíåíèè â õîäå îáìåíà âåùåñòâ, â áèîñèíòåçå áåëêîâ è íóêëåèíîâûõ êèñëîò, ðåãóëÿöèè ðàçâèòèÿ è äèôôåðåíöèðîâêè êëåòîê. Òðàíñïîðòíûå áåëêè îáëàäàþò ñïîñîáíîñòüþ èçáèðàòåëüíî ñâÿçûâàòü æèðíûå êèñëîòû, ãîðìîíû è äðóãèå îðãàíè÷åñêèå è íåîðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ è èîíû, à çàòåì ïåðåíîñèòü èõ ñ òîêîì êðîâè è ëèìôû â íóæíîå ìåñòî (íàïðèìåð, ãåìîãëîáèí ó÷àñòâóåò â ïåðåíîñå êèñëîðîäà îò ëåãêèõ êî âñåì êëåòêàì îðãàíèçìà). Òðàíñïîðòíûå áåëêè îñóùåñòâëÿþò òàêæå àêòèâíûé òðàíñïîðò ÷åðåç áèîëîãè÷åñêèå ìåìáðàíûèîíîâ, ëèïèäîâ, ñàõàðîâ è àìèíîêèñëîò. Ñòðóêòóðíûå áåëêè âûïîëíÿþò îïîðíóþ èëè çàùèòíóþ ôóíêöèþ; îíè ó÷àñòâóþò â ôîðìèðîâàíèè êëåòî÷íîãî ñêåëåòà. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû ñðåäè íèõ êîëëàãåí ñîåäèíèòåëüíîé òêàíè, êåðàòèí âîëîñ, íîãòåé è ïåðüåâ, ýëàñòèí êëåòîê ñîñóäîâ è ìíîãèå äðóãèå.  êîìïëåêñå ñ ëèïèäàìè îíè ÿâëÿþòñÿ ñòðóêòóðíîé îñíîâîé êëåòî÷íûõ è âíóòðèêëåòî÷íûõ ìåìáðàí. Ðÿä áåëêîâ âûïîëíÿåò çàùèòíóþ ôóíêöèþ. Íàïðèìåð, èììóíîãëîáóëèíû (àíòèòåëà) ïîçâîíî÷íûõ, îáëàäàÿ ñïîñîáíîñòüþ ñâÿçûâàòü ÷óæåðîäíûå ïàòîãåííûå ìèêðîîðãàíèçìû è âåùåñòâà, íåéòðàëèçóþò èõ áîëåçíåòâîðíîå âîçäåéñòâèå íà îðãàíèçì, ïðåïÿòñòâóåò ðàçìíîæåíèþ ðàêîâûõ êëåòîê. Ôèáðèíîãåí è òðîìáèí ó÷àñòâóþò â ïðîöåññå ñâåðòûâàíèÿ êðîâè. Ìíîãèå âåùåñòâà áåëêîâîé ïðèðîäû, âûäåëÿåìûå áàêòåðèÿìè, à òàêæå êîìïîíåíòû ÿäîâ çìåé è íåêîòîðûõ áåñïîçâîíî÷íûõ îòíîñÿòñÿ ê ÷èñëó òîêñèíîâ. Íåêîòîðûå áåëêè (ðåãóëÿòîðíûå) ó÷àñòâóþò â ðåãóëÿöèè ôèçèîëîãè÷åñêîé àêòèâíîñòè îðãàíèçìà â öåëîì, îòäåëüíûõ îðãàíîâ, êëåòîê èëè ïðîöåññîâ. Îíè êîíòðîëèðóþò òðàíñêðèïöèþãåíîâ è ñèíòåç áåëêà; ê èõ ÷èñëó îòíîñÿòñÿ ïåïòèäíî-áåëêîâûå ãîðìîíû, ñåêðåòèðóåìûå ýíäîêðèííûìè æåëåçàìè. Çàïàñíûå áåëêè ñåìÿí îáåñïå÷èâàþò ïèòàòåëüíûìè âåùåñòâàìè íà÷àëüíûå ýòàïû ðàçâèòèÿ çàðîäûøà. Ê íèì îòíîñÿò òàêæå êàçåèíìîëîêà, àëüáóìèíÿè÷íîãî áåëêà (îâàëüáóìèí) è ìíîãèå äðóãèå. Áëàãîäàðÿ áåëêàì ìûøå÷íûå êëåòêè ïðèîáðåòàþò ñïîñîáíîñòü ñîêðàùàòüñÿ è â êîíå÷íîì èòîãå îáåñïå÷èâàòü äâèæåíèÿ îðãàíèçìà. Ïðèìåðîì òàêèõ ñîêðàòèòåëüíûõ áåëêîâ ìîãóò ñëóæèòü àêòèíè ìèîçèíñêåëåòíûõ ìûøö, à òàêæå òóáóëèí, ÿâëÿþùèåñÿ êîìïîíåíòîì ðåñíè÷åêè æãóòèêîâîäíîêëåòî÷íûõ îðãàíèçìîâ; îíè æå îáåñïå÷èâàþò ðàñõîæäåíèå õðîìîñîì ïðè äåëåíèè êëåòîê. Áåëêè-ðåöåïòîðû ÿâëÿþòñÿ ìèøåíüþ äåéñòâèÿ ãîðìîíîâ è äðóãèõ áèîëîãè÷åñêè àêòèâíûõ ñîåäèíåíèé. Ñ èõ ïîìîùüþ êëåòêîé âîñïðèíèìàåòñÿ èíôîðìàöèÿ î ñîñòîÿíèè âíåøíåé ñðåäû. Îíè èãðàþò âàæíóþ ðîëü â ïåðåäà÷å íåðâíîãî âîçáóæäåíèÿ è â îðèåíòèðîâàííîì äâèæåíèè êëåòêè (õåìîòàêñèñå). Ïðåîáðàçîâàíèå è óòèëèçàöèÿ ýíåðãèè, ïîñòóïàþùåé â îðãàíèçì ñ ïèùåé, à òàêæå ýíåðãèè ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ òîæå ïðîèñõîäèò ïðè ó÷àñòèè áåëêîâ áèîýíåðãåòè÷åñêîé ñèñòåìû (íàïðèìåð, çðèòåëüíîãî ïèãìåíòà ðîäîïñèíà, öèòîõðîìîâ äûõàòåëüíîé öåïè; ñì. Áèîýíåðãåòèêà). Ñóùåñòâóåò òàêæå ìíîæåñòâî áåëêîâ ñ äðóãèìè, ïîðîé äîâîëüíî íåîáû÷íûìè ôóíêöèÿìè (íàïðèìåð, â ïëàçìå êðîâè íåêîòîðûõ àíòàðêòè÷åñêèõ ðûá ñîäåðæàòñÿ áåëêè, îáëàäàþùèå ñâîéñòâàìè àíòèôðèçà).

Áèîñèíòåç áåëêà

Âñÿ èíôîðìàöèÿ î ñòðóêòóðå òîãî èëè èíîãî áåëêà «õðàíèòñÿ» â ñîîòâåòñòâóþùèõ ãåíàõ â âèäå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè íóêëåîòèäîâ è ðåàëèçóåòñÿ â ïðîöåññå ìàòðè÷íîãî ñèíòåçà. Ñíà÷àëà èíôîðìàöèÿ ñ ïîìîùüþ ôåðìåíòà ÄÍÊ-çàâèñèìîé ÐÍÊ-ïîëèìåðàçû ïåðåäàåòñÿ (ñ÷èòûâàåòñÿ) ñ ìîëåêóëû ÄÍÊ íà ìàòðè÷íóþ ÐÍÊ (ìÐÍÊ), à çàòåì â ðèáîñîìå íà ìÐÍÊ, êàê íà ìàòðèöå â ñîîòâåòñòâèè ñ ãåíåòè÷åñêèì êîäîì ïðè ó÷àñòèè òðàíñïîðòíûõ ÐÍÊ, äîñòàâëÿþùèõ àìèíîêèñëîòû, ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå ïîëèïåïòèäíîé öåïè (ñì. Òðàíñëÿöèÿ). Âûõîäÿùèå èç ðèáîcoìû ñèíòåçèðîâàííûå ïîëèïåïòèäíûå öåïè, ñàìîïðîèçâîëüíî ñâîðà÷èâàÿñü, ïðèíèìàþò ñâîéñòâåííóþ äàííîìó áåëêó êîíôîðìàöèþ è ìîãóò ïîäâåðãàòüñÿ ïîñòòðàíñëÿöèîííîé ìîäèôèêàöèè. Ìîäèôèêàöèÿì ìîãóò ïîäâåðãàòüñÿ áîêîâûå öåïè îòäåëüíûõ àìèíîêèñëîò (ãèäðîêñèëèðîâàíèþ, ôîñôîðèëèðîâàíèþ è ò. ä.). Èìåííî ïîýòîìó â êîëëàãåíå, íàïðèìåð, âñòðå÷àåòñÿ ãèäðîêñèïðîëèí è ãèäðîêñèëèçèí (ñì. Àìèíîêèñëîòû). Ìîäèôèêàöèÿ ìîæåò ñîïðîâîæäàòüñÿ è ðàçðûâîì ïîëèïåïòèäíûõ ñâÿçåé. Òàêèì ïóòåì, íàïðèìåð, ïðîèñõîäèò îáðàçîâàíèå àêòèâíîé ìîëåêóëû èíñóëèíà, ñîñòîÿùåãî èç äâóõ öåïåé, ñîåäèíåííûõ äèñóëüôèäíûìè ñâÿçÿìè.

Çíà÷åíèå áåëêîâ â ïèòàíèè

Áåëêè ÿâëÿþòñÿ âàæíåéøèìè êîìïîíåíòàìè ïèùè æèâîòíûõ è ÷åëîâåêà. Ïèùåâàÿ öåííîñòü áåëêîâ îïðåäåëÿåòñÿ ñîäåðæàíèåì â íèõ íåçàìåíèìûõ àìèíîêèñëîò, êîòîðûå â ñàìîì îðãàíèçìå íå îáðàçóþòñÿ.  ýòîì îòíîøåíèè ðàñòèòåëüíûå áåëêè ìåíåå öåííû, ÷åì æèâîòíûå: îíè áåäíåå ëèçèíîì, ìåòèîíèíîì è òðèïòîôàíîì, òðóäíåå ïåðåâàðèâàþòñÿ â æåëóäî÷íî-êèøå÷íîì òðàêòå. Îòñóòñòâèå íåçàìåíèìûõ àìèíîêèñëîò â ïèùå ïðèâîäèò ê òÿæåëûì íàðóøåíèÿì àçîòèñòîãî îáìåíà.  ïðîöåññå ïèùåâàðåíèÿ áåëêè ðàñùåïëÿþòñÿ äî ñâîáîäíûõ àìèíîêèñëîò, êîòîðûå ïîñëå âñàñûâàíèÿ â êèøå÷íèêå ïîñòóïàþò â êðîâü è ðàçíîñÿòñÿ êî âñåì êëåòêàì. ×àñòü èç íèõ ðàñïàäàåòñÿ äî ïðîñòûõ ñîåäèíåíèé ñ âûäåëåíèåì ýíåðãèè, èñïîëüçóåìîé íà ðàçíûå íóæäû êëåòêîé, à ÷àñòü èäåò íà ñèíòåç íîâûõ áåëêîâ, ñâîéñòâåííûõ äàííîìó îðãàíèçìó.

Страницы: 1, 2