Основы биохимической инженерии Часть 1 - Бейли Дж., Оллис Д. 1989

Химические основы жизни
Аминокислоты и белки

Белки представляют собой наиболее распространенные органические соединения клетки; обычно они составляют от 30 до 70% массы сухих веществ клеток. Все белки построены из четырех самых распространенных биологических элементов — углерода, водорода, азота и кислорода. В среднем белки содержат 50% С, 7% Н, 23% О и 16% N. Кроме того, в белках имеется до 3% серы, которая играет важную роль в стабилизации трехмерной структуры почти всех белков за счет образования дисульфидных (S—S) связей между атомами серы, расположенными в различных участках полимерной цепи. Молекулярные массы этих неповторяющихся полимеров изменяются в широких пределах от 6000 до миллиона и более. На рис. 2.14 изображены два основных типа пространственной структуры белков — фибриллярный и глобулярный.

Преобладание в клетке веществ белковой природы неудивительно, если принять во внимание разнообразие их биологических функций (табл. 2.6). Главнейшая функция белков заключается в катализе. Белковые катализаторы, называемые ферментами, определяют скорость происходящих в клетке химических реакций. Ферменты локализуются в самых различных участках клетки, а некоторые из них находятся в растворенном или суспендированном виде в цитоплазме и таким образом равномерно распределяются по всему объему клетки. Другие ферменты связаны с мембранами или существуют в виде ассоциатов с другими веществами, с которыми они образуют надмолекулярные агрегаты. Некоторые связанные с мембранами белки, называемые пермеазами, помогают транспортировать специфические питательные вещества в клетку.

РИС. 2.14. Два основных типа структур белков и их варианты — фибриллярные (а) и глобулярные (б).

Другие белки являются структурными элементами клеточных мембран, а ряд белков выполняет двигательные функции. У многих одноклеточных организмов имеются небольшие образования, по форме напоминающие волоски, которые называются жгу тиками. Эти жгутики движутся под действием способных сокращаться белков, обеспечивая тем самым перемещение всей клетки. Другие нитевидные и трубчатые придатки, называемые фимбриями, участвуют в инициировании связывания патогенных бактерий с чувствительными к ним тканями.

Таблица 2.6. Различные биологические функции белков

Белки выделяют, очищают и характеризуют различными физическими и химическими методами. Методы разделения белков (гл. 11) основаны на различиях в их молекулярных свойствах, которые в свою очередь частично определяются природой составляющих их аминокислот; последним мы и посвятим следующий раздел.