Химия и биология белков - Ф. Гауровитц 1953

Нерастворимые белки (склеропротеины)
Биологическое значение структурных белков

Основываясь на нерастворимости склеропротеинов, можно предположить, что они являются инертными веществами, несущими только чисто пассивные защитные функции. Такое заключение, безусловно, верно для кератина волос и шерсти или для фиброина шелка. Типичные эвкератины волос, ногтей и рога можно рассматривать в качестве экскретов, которые рано или поздно удаляются с поверхности организма. Однако склеропротеины, участвующие в построении нерастворимого, губкообразного остова клеток и клеточных мембран, бесспорно, имеют большое биологическое значение. Проницаемость клеток и клеточный обмен в сильной степени зависят от свойств структурных белков и в особенности от их электрохимического поведения. Если белок клеточных мембран имеет избыток положительных или отрицательных групп, то через мембрану могут проникать только противоположно заряженные ионы, одноименные же ионы будут при этом отталкиваться от мембраны.

Ультрамикроскопическое строение клеточного остова варьирует в зависимости от рода тканей и от вида животного. Однако можно сказать, что все нерастворимые структуры состоят из длинных нитевидных белковых молекул, которые часто расположены на строго определенных расстояниях и определенным образом ориентированы, вследствие чего при исследовании клеток в поляризованном свете наблюдается двойное лучепреломление. Определенные заключения относительно структуры мембран могут быть сделаны путем определения знака двойного преломления. Соответствующие данные дают основание полагать, что белки оболочек нервов образуют концентрические цилиндрические слои, в которых волокна белков ориентированы тангенциально по отношению к поперечной плоскости цилиндров.

Белковые мембраны обладают по большей части анизотропными свойствами, тогда как желатиновые гели изотропны. Выше уже упоминалось, что для образования геля требуются поразительно малые количества белка. Так, например, можно приготовить твердые желатиновые гели, содержащие 97—98% воды и только 2—3% желатины. Столь же высокое содержание воды найдено в структурном веществе медуз. Высокое содержание воды в этих белковых гелях нельзя отнести за счет гидратации их белковых молекул. В гл. VI было показано, что при истинной гидратации, т. е. при связывании молекул воды белком, количество гидратной воды не превышает 30—60% веса белка. Высокое содержание воды в белковых гелях обусловлено тем, что они содержат не только гидратную воду, но также свободные молекулы воды, которые заполняют промежутки между петлями сетки, образованной гидратированными желатиновыми волокнами. Эта иммобилизованная вода в отличие от гидратной воды обладает свойствами свободной воды, т. е. имеет ту же самую точку замерзания и ту же самую способность растворять другие ионы и молекулы, тогда как истинная гидратная вода имеет более низкую точку замерзания и лишена растворяющих свойств [56]. При механическом растяжении желатиновых гелей нитевидные белковые частицы приобретают правильную ориентацию (фиг. 40), в результате которой появляется двойное лучепреломление [57]. Это двойное лучепреломление при растяжении аналогично двойному лучепреломлению в потоке и имеет в своей основе тот же механизм.

Фиг. 40. Сетка желатиновых волокон.

А — неориентированные изотропные волокна; Б — растянутые анизотропные волокна.