Белки

Белки, или протеины, - высокомолекулярные природные соединения, построенные из аминокислот; главная составная часть всех живых организмов. Второе их название "протеины" происходит от греческого слова "протос" - "первый, важнейший" и подчеркивает их исключительную роль в процессах жизнедеятельности.

Белки служат основой всех живых организмов. Белками являются все ферменты, ускоряющие в организмах разнообразные реакции обмена веществ. К белкам относятся и многие гормоны, регулирующие работу различных органов. Белковую природу имеют антитела, защищающие организм от инфекций. Но к белкам принадлежат и токсины - вещества, угнетающие физиологические функции организма.

Элементный состав белков хорошо известен. Он включает атомы углерода, водорода, кислорода, азота и серы, а иногда и фосфора.

Характерная особенность этих соединений - очень большая молекулярная масса: от десятков тысяч до 1 млн. и выше. Белки построены из α-аминокислот. Общее число аминокислот, образующих макромолекулу одного белка, может составлять величину от нескольких десятков до многих тысяч.

В молекулах белков аминокислоты соединяются между собой пептидными связями (-СО-NH-) (см. Пептиды). В результате образуются длинные полипептидные цепи общей формулы:

где R', R", R"' - боковые заместители отдельных аминокислотных остатков, выделенных в формуле вертикальными пунктирными линиями.

Модель структурной формулы молекулы полипептида - инсулина

При обработке белков кислотами, щелочами (см. Основания) или некоторыми ферментами пептидные связи расщепляются в результате гидролиза (разложения вещества водой), и белки распадаются до аминокислот или коротких пептидов. Белки способны вступать во многие химические реакции (окисления, восстановления, этерификации и др.). Подобно аминокислотам, они обладают амфотерными свойствами и могут образовывать соли как с кислотами, так и с основаниями (см. Амфотерностъ).

Белки - необходимая составная часть питания человека. Отсутствие или недостаток их в пище вызывает серьезные заболевания. Пищевая ценность белков определяется их аминокислотным составом и содержанием так называемых незаменимых аминокислот.

Структуры белков

Для каждого белка аминокислотный состав и последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи строго индивидуальны и постоянны. Изменения этих характеристик обусловливают возможность существования в природе огромного множества белков с разнообразными свойствами. Необходимо также учитывать пространственную форму полипептидной цепи каждого белка. Поэтому при описании строения этих соединений принято различать четыре уровня их структуры. Первичная структура - последовательность чередования аминокислотных остатков в полипептидной цепи данного белка. Под вторичной структурой белка подразумевается пространственная конфигурация его полипептидной цепи на отдельных ее участках. Третичной структурой называется реальная форма белковой макромолекулы в трехмерном пространстве. Понятие четвертичной структуры используется для описания строения белков, состоящих из нескольких субъединиц, соединенных между собой нековалентными связями (см. Химическая связь). Так, например, полипептидная цепь (первичная структура) одного из белков крови - гемоглобина -закручена в спираль; спираль (вторичная структура) свернута в клубок (третичная структура) и, наконец, четыре таких клубка объединены в одну крупную частицу (четвертичная структура), обладающую биологической активностью.

Для изучения первичной структуры белков применяют химические и ферментативные реакции. При изучении вторичной используют различные физические методы. В исследовании третичной структуры особенно эффективным оказался метод рентгеноструктурного анализа.

Для изучения четвертичной структуры сложных белков применяют специальные методы.

Процесс образования белков из аминокислот, запрограммированный в клетках живого организма, называется биосинтезом. Выяснение механизма этого процесса, имеющего огромное биологическое значение, относится к важнейшим достижениям науки XX в. В биосинтезе принимают участие нуклеиновые кислоты.

В 1955 г. была установлена полная структура гормона поджелудочной железы - полипептида инсулина, участвующего в обмене углеводов в организме. Затем были расшифрованы структуры гемоглобина, фермента рибонуклеазы, пищеварительного фермента трипсина и ряда других белков. Лишь после этого ученым удалось синтезировать - искусственно создать путем химического синтеза -некоторые пептидные гормоны, инсулин, рибонуклеазу и другие еще более сложные белки.

Ведущая роль белков в процессах жизнедеятельности вызывает необходимость их дальнейшего изучения, разработки новых методов синтеза этих высокомолекулярных соединений. Без исследования структуры, свойств и механизмов действия белковых веществ невозможно познать закономерности существования живых организмов и сознательно их регулировать.