Функции белков в организме

Белки, их строение, функции, свойства

 

Белки – это сложные высокомолекулярные природные соединения, непериодические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

В организме человека встречается 5 млн. типов белковых молекул, отличающихся не только друг от друга, но и от белков других организмов. Такое разнообразие обеспечивается сочетанием всего лишь 20 разных аминокислот, составляющих несколько сотен, а иногда и тысяч комбинаций. Порядок их чередования может быть самым разнообразным; благодаря этому возможно существование огромного числа молекул белка, отличающихся друг от друга. Напри­мер, из 20 остатков аминокислот теоретически можно составить около 2 • 10¹⁸ вариантов белковых молекул, различающихся порядком чере­дования аминокислот, а значит, и формой, и свойствами.

Белки делятся на протеины, содержащие только остатки аминокислот, и протеоды, содержащие еще и небелковую часть (липо-, хромо-, глико-, фосфопротеиды).

Молекула белка состоит из углерода, водорода, азота, серы, кислорода. Часть белков образует комплексы с другими молекулами, содержащими железо, фосфор, цинк и медь.

Белки имеют большую молекулярную массу: яичный альбумин - 36 000, гемоглобин - 152 000, миозин - 500 000. Для сравнения: молекулярная масса этилового спирта - 46, уксусной кислоты - 60, бензола – 78.

Аминокислотный состав белков

Белки состоят из б-аминокислот. Основными являются 20 видов б-аминокислот, хотя в клетках и тканях их найдено свыше 170.

В организме человека и других животных выделяют:

- заменимые аминокислоты - могут образовываться;

- незаменимые аминокислоты - образовываться не могут.

Незаменимые аминокислоты попадают в организм вместе с пищей. Растения образуют все виды аминокислот.

В зависимости от аминокислотного состава различают белки:

- полноценные - включают все аминокислоты;

- неполноценные - включают только некоторые аминокислоты.

Выделяют белки простые и сложные:

- простые - состоят только из аминокислот;

- сложные - включают кроме аминокислот неаминокислотный компонент (простетическую группу). Она состоит из металлов (металлопротеинов), углеводов (гликопротеинов), липидов (липопротеинов), нуклеиновых кислот (нуклеопротеинов).

В аминокислотах различают:

1) карбоксильную группу (-СООН),

2) аминогруппу (-NH2),

3) радикал или R-группу (остальная часть молекулы), отличается у разных видов аминокислот.

В зависимости от аминогрупп и карбоксильных групп различают:

- нейтральные аминокислоты, содержащие одну карбоксильную группу и одну аминогруппу;

- основные аминокислоты, содержащие более одной аминогруппы;

- кислые аминокислоты, содержащие более одной карбоксильной группы.

Аминокислоты проявляют амфотерные свойства.

 

Классификация белков в зависимости от строения

В зависимости от строения выделяют группы белков:

- Фибриллярные белки, их строение высокорегулярно, формируют полимерные соединения.

- Глобулярные белки имеют сферическую форму, являются водорастворимыми.

- Мембранные белки - имеют пересекающие клеточную мембрану домены, но части их выступают из мембраны в межклеточное окружение и цитоплазму клетки.

Различают простые и сложные белки:

- простые содержат только полипептидные цепи;

- сложные включают дополнительно неаминокислотные группы. Их подразделяют:

- Гликопротеины, включают углеводы;

- Липопротеины включают липиды;

- Металлопротеиды включают ионы металлов;

- Нуклеопротеиды включают ДНК или РНК;

- Фосфопротеины включают части фосфорной кислоты;

- Хромопротеиды включают окрашенные остатки различной химической природы.

 

Строение белков

Молекулы белков выглядят как линейные полимеры. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто обозначают пептидами, при большей степени полимеризации - белками, но такое деление очень относительно.

Пептидные связи в белке формируются в результате взаимодействия б-карбоксильной группы (-COOH) одной аминокислоты с б-аминогруппой (-NH2) другой аминокислоты.

Выделяют 4 уровня структурной организации белков:

1. Первичная структура - последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Важными характеристиками первичной структуры становятся устойчивые сочетания аминокислотных остатков, несущие определённую функцию.

2. Вторичная структура - локальное упорядочивание части полипептидной цепи, уравновешенное водородными связями.

Основные типы вторичной структуры белков:

- б-спирали - плотные витки вокруг длинной оси молекулы.

- в-листы (складчатые слои) - несколько зигзагообразных полипептидных цепей.

- р-спирали и др.

3. Третичная структура - пространственная форма полипептидной цепи. Включает части вторичной структуры, уравновешенные разными видами взаимодействий, но основная роль принадлежит гидрофобным.

4. Четвертичная структура (субъединичная, доменная) - взаимное местоположение нескольких полипептидных цепей в структуре единого белкового комплекса. Молекулы белка с четвертичной структурой синтезируются на рибосомах по отдельности и только затем формируют общую надмолекулярную структуру. В структуре такого белка могут быть идентичные и различающиеся полипептидные цепочки. В уравновешивании четвертичной формы выделяют взаимодействия, как в третичной структуре. Надмолекулярные комплексы могут включать десятки молекул белка.

• первичная структура белка – линейная последовательность аминокислот в полипептидной цепи, свернутых в пространстве:

 

 

• вторичная структура белка – конформация полипептидной цепи, т.к. скручивание в пространстве за счет водородных связей между NH и СО группами. Есть 2 способа укладки: α -спираль и β - структура.

 

α -спираль На одном витке укладываются 4 аминокислотных остатка, которые находятся снаружи спирали.

β-структура. Полипептидная цепь растянута, ее участки располагаются параллельны друг другу и удерживаются водородными связями.

• третичная структура белка – это трехмерное представление закрученной α -спираль или β -структуры в пространстве:

 

 

Эта структура образуется за счет дисульфидных мостиков –S-S- между цистеиновыми остатками. В образовании такой структуры участвуют противоположно заряженные ионы.

• четвертичная структура белка образуется за счет взаимодействия между разными полипептидными цепями:

 

Функции белков в организме

Белки - это важные компоненты всех живых организмов, они участвуют в жизнедеятельности клетки.

Поскольку один и тот же белок может выполнять несколько функций, то классификация белков по ним достаточно условная.