Основы биохимии Том 1 - А. Ленинджер 1985

Биомолекулы
Белки: ковалентная структура и биологические функции
Белки обладают множеством различных биологических функций

Рассмотрим прежде всего в общих чертах весь диапазон выполняемых белками биологических функций. Ведь одна из важнейших задач современной биохимии как раз и состоит в том, чтобы понять, каким образом аминокислотные последовательности разных белков дают им возможность выполнять различные функции. Мы можем выделить несколько основных классов белков (табл. 6-1) в соответствии с их биологическими функциями (табл. 6-1).

а. Ферменты

Самый многообразный и наиболее высокоспециализированный класс белков составляют ферменты - белки, обладающие каталитической активностью. Почти все химические реакции, в которых участвуют присутствующие в клетке органические биомолекулы, катализируются ферментами. К настоящему времени открыто более 2000 различных ферментов, обнаруженных у разных организмов; каждый из этих ферментов служит катализатором какой-то определенной химической реакции.

Таблица 6-1. Классификация белков, основанная на их биологических функциях

б. Транспортные белки

Транспортные белки плазмы крови связывают и переносят специфические молекулы или ионы из одного органа в другой. Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах, при прохождении крови через легкие связывает кислород и доставляет его к периферическим тканям, где кислород высвобождается и используется для окисления компонентов пищи - процесса, в ходе которого производится энергия. Плазма крови содержит липопротеины, осуществляющие перенос липидов из печени в другие органы. В клеточных мембранах присутствует еще один тип транспортных белков, способных связывать глюкозу, аминокислоты и другие пищевые вещества и переносить их через мембрану внутрь клетки.

в. Пищевые и запасные белки

В семенах многих растений запасены пищевые белки, потребляемые на первых стадиях развития зародыша. Наиболее известными примерами таких белков служат белки семян пшеницы, кукурузы и риса. К пищевым белкам относится также яичный альбумин - основной компонент яичного белка, и казеин, главный белок молока. В ферритине, встречающемся в животных тканях, запасено железо.

г. Сократительные и двигательные белки

Некоторые белки наделяют клетку или организм способностью сокращаться, изменять форму или передвигаться. Актин и миозин представляют собой нитевидные белки, функционирующие в сократительной системе скелетной мышцы, а также во многих немышечных клетках (разд. 2.13). Другим примером таких белков служит тубулин - белок, из которого построены микротрубочки. Они являются важными элементами ресничек и жгутиков (разд. 2.14). при помощи которых клетки передвигаются.

д. Структурные белки

Многие белки образуют волокна, навитые друг на друга или уложенные плоским слоем; они выполняют опорную или защитную функцию, скрепляя биологические структуры и придавая им прочность. Главным компонентом хрящей и сухожилий является фибриллярный белок коллаген, имеющий очень высокую прочность на разрыв. Выделанная кожа представляет собой почти чистый коллаген. Связки содержат эластин - структурный белок, способный растягиваться в двух измерениях. Волосы, ногти и перья состоят почти исключительно из прочного нерастворимого белка кератина. Главным компонентом шелковых нитей и паутины служит белок фиброин.

е. Защитные белки

Многие белки защищают организм от вторжения других организмов или предохраняют его от повреждений. Иммуноглобулины, или антитела, образующиеся у позвоночных, - это специализированные белки, вырабатываемые в лимфоцитах; они обладают способностью распознавать проникшие в организм бактерии, вирусы или чужеродные белки других видов, а затем нейтрализовать их или связываться с ними, вызывая образование осадка. Фибриноген и тромбин - белки, участвующие в процессе свертывания крови; они предохраняют организм от потери крови при повреждении сосудистой системы. Змеиные яды, бактериальные токсины и токсичные белки растений, например рицин, по-видимому, также выполняют защитные функции.

ж. Регуляторные белки

Некоторые белки участвуют в системе регуляции клеточной или физиологической активности. К ним относятся многие гормоны, такие, как инсулин, регулирующий обмен глюкозы (при недостаточном его содержании в организме развивается сахарный диабет); гормон роста, синтезируемый в гипофизе, и паратиреоидный гормон, регулирующий транспорт ионов Са²⁺ и фосфатов. Другие регуляторные белки, называемые репрессорами, регулируют биосинтез ферментов в бактериальных клетках.

з. Другие белки

Имеется много других белков, функции которых довольно необычны, что затрудняет их классификацию. Монеллин - белок, образующийся в одном из африканских растений, имеет очень сладкий вкус. Он стал предметом изучения как не токсичное и не способствующее ожирению вещество, которое может быть использовано вместо сахара для подслащивания пищи. Плазма крови некоторых антарктических рыб содержит белки со свойствами антифриза, предохраняющие кровь этих рыб от замерзания. «Шарниры» в местах прикрепления крыльев у ряда насекомых состоят из белка резилина, обладающего почти идеальной эластичностью.

Поразительно, что все эти белки, столь различающиеся по свойствам и функциям, построены из одних и тех же 20 аминокислот.