Белки и их функции
Белки ‒ это высокомолекулярные азотсодержащие соединения, состоящие из аминокислот, соединенных пептидной связью (-CО-NН-). Белки называют также протеинами (от гр. protos ‒ первый, важнейший).
Каждый белок характеризуется специфической аминокислотной последовательностью и индивидуальной пространственной структурой (конформацией). На долю белков приходится не менее 50% сухой массы органических соединений животной клетки. В организме человека насчитывается до 5 млн. различных видов белков. Белковая молекула может состоять из одной или нескольких цепей, содержащих от пятидесяти до нескольких сотен (иногда ‒ более тысячи) аминокислотных остатков. Молекулы, содержащие менее пятидесяти аминокислотных остатков, называют пептидами. В нативном состоянии белковые макромолекулы обладают специфической конформацией. Характерная для данного белка конформация определяется последовательностью аминокислотных остатков и стабилизируется водородными связями между пептидными и боковыми группами аминокислотных остатков, а также электростатическими и гидрофобными взаимодействиями.
В настоящее время широкое развитие при изучении структуры и функции белков получили структурная геномика, протеомика и биоинформатика. Геномика – комплексная наука, изучающая геномы живых организмов. Структурная геномика исследует содержание и организацию геномной информации. Протеомика как наука сформировалась на основе структурной геномики. Термин «протеомика» происходит от двух слов PROTEins (белки) и genOME (геном). Слово «протеин» является производным от греческого «proteios» – первоначальный. Это подчеркивает ключевую роль белков в реализации всех жизненных процессов, происходящих в биосфере. Протеомику можно определить как отрасль биологической науки, изучающую экспрессированные геномом белки: их состав, структуру, функциональные свойства, механизмы регуляции активности, взаимодействия белков.Если целью геномики является инвентаризация генов, т. е. информационного материала клетки, то одной из основных целей современной протеомики является инвентаризация протеома – совокупности белков организма. В научной печати упоминание о протеоме впервые появилось в 1995 г. Следовательно, протеомика как наука сформировалась позже геномики и на ее основе.
Важное место в изучении структуры белков занимает биоинформатика. Биоинформатика – наука, занимающаяся изучением биологической информации с помощью математических, статистических и компьютерных методов. Биоинформатика как наука появилась на стыке молекулярной биологии, генетики, математики и компьютерных технологий. Ее основная задача – разработка вычислительных алгоритмов для анализа и систематизации данных о структуре и функциях нуклеиновых кислот и белков. Биоинформатика позволяет с помощью специальных компьютерных программ анализировать и обобщать научные результаты, полученные при исследовании протеома, предсказывать функции генов и зашифрованных в них белков, строить модели межбелкового взаимодействия, осуществлять дизайн белковых молекул.
Функции белков
Ферментативная. Белки катализируют реакции обмена веществ (пищеварение, дыхание и др.), мышечного сокращения, нервной проводимости.
Строительная. Структурные белки составляют основу костной и соединительной тканей, шерсти, роговых образований, формируют остов клеточных органелл (митохондрий, мембран и др.).
Сократительная. При посредстве белков сократительной системы (актина и миозина) по единому механизму осуществляются расхождение хромосом при делении клетки, движение жгутиков, работа мышц животных и человека.
Регуляторная. Регуляторные белки контролируют биосинтез белка и нуклеиновых кислот. К регуляторным белкам относятся также пептидно-белковые гормоны, которые секретируются эндокринными железами.
Рецепторная. С помощью специальных рецепторных белков наружной поверхности плазматической мембраны клеткой воспринимаются информация о состоянии внешней среды, различные регуляторные сигналы.
Транспортная. Транспортные белки, или белки-переносчики, участвуют в активной транспортировке ионов, липидов, сахаров и аминокислот через биологические мембраны.
Защитная. Защитные белки, к которым относятся иммуноглобулины, формируют защитные системы высших организмов. К защитным белкам относятся белки комплемента, отвечающие за лизис чужеродных клеток и активацию иммунологической функции, белки системы свертывания крови (тромбин, фибрин) и противовирусный белок интерферон.
Специальная. При участии белков биоэнергетической системы (например, родопсин, цитохромы) происходят преобразование и утилизация энергии, поступающей в организм с питанием, а также энергии солнечного излучения.
Питательная. Пищевые и запасные белки (казеин, проламины) играют важную роль в развитии и функционировании организмов.
