Органические вещества клетки. Белки
Бодрого понедельника! На прошлой неделе мы рассмотрели основные особенности химического состава клетки, а теперь пришло время поговорить о каждом компоненте более детально. И начнём мы с основного органического вещества клетки – белков.
Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка.
Как мы уже выяснили, белки составляют большую часть органических соединений, образующих живой организм. Так, если полностью высушить клетку, то на них придётся около половины её сухой массы (а то и больше).
Белки – это высокомолекулярные органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью.
Другими словами, это биополимеры, мономерами в которых являются аминокислоты.
Каждая молекула аминокислоты образована двумя функциональными группами: аминогруппой (основной) и карбоксильной (кислотной). Общая формула аминокислот выглядит так:
- NH2 – аминогруппа;
- COOH – карбоксильная группа;
- R – радикал, образованный разными атомами или группами атомов.
Как же формируется молекула белка? Аминогруппа одной молекулы аминокислоты взаимодействует с карбоксильной группой другой молекулы – при этом происходит отщепление молекулы воды (H2O) и образуется пептидная связь (CO – NH).
Именно за счёт этих пептидных связей молекулы связываются друг с другом и образуют макромолекулы (число остатков аминокислот в них может доходить до сотен и даже тысяч).
Аминокислоты
В состав белков могут входить 20 α-аминокислот, которые различаются радикалами.
Все аминокислоты делятся на заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты организм человека может вырабатывать в нужном количестве самостоятельно, а вот незаменимые приходится получать из пищи (хотя частично они могут синтезироваться микроорганизмами кишечнике).
Существует 8 полностью незаменимых аминокислот:
- валин;
- изолейцин;
- лейцин;
- лизин;
- метионин;
- треонин;
- триптофан;
- фенилаланин.
Структура белков
Существует 4 уровня организации молекулы белка: первичная, вторичная, третичная и четвертичная.
- Первичная структура (линейная) – это последовательность аминокислот, соединённых пептидной связью. Или, другими словами, полипептидная цепь.
- Вторичная структура – это полипептидная цепь, закрученная в спираль. Спираль держится за счёт образования водородных связей между витками.
- Третичная структура – спираль сворачивается в глобулу (шарообразный клубок) или фибриллу (структуру вытянутой формы). Для большинства белков характерен именно третичный уровень организации (например, миоглобин мышц).
- Четвертичная структура – самая сложная и самая непрочная. Представляет собой комплекс из нескольких макромолекул с третичной структурой, которые удерживаются вместе довольно слабыми связями (например, ионными и водородными, а также гидрофобными взаимодействиями). Пример белка с такой структурой – гемоглобин.
Белки могут быть простыми и сложными. Простые белки состоят исключительно из аминокислот – их называют протеинами. Сложные белки содержат две части – белковую и небелковую. Их называют протеидами.
Такие комплексные соединения могут быть образованы с участием углеводов (гликопротеиды), липидов (липопротеиды), нуклеиновых кислот (нуклеопротеиды), остатков фосфорной кислоты (фосфопротеиды).
Разрушение пространственной структуры белка называется денатурацией. Этот процесс может происходить под действием различных внешних факторов: нагревания, облучения, воздействия химических веществ и т. д.
Функции белков
Теперь разберём, какие функции выполняют в организме белки.
- Ферментативная (каталитическая). Ферменты – это биологические катализаторы; белки-ферменты принимают участие во всех реакциях, которые происходят в живой клетке.
- Строительная (структурная). Белки образуют соединительные ткани (коллаген, эластин), волосы и ногти (кератин), входят в состав плазматических мембран клеток.
- Регуляторная. Эту функцию выполняют специальные белки-гормоны: инсулин, соматотропин, глюкагон, тиреотропин и т. д.
- Транспортная. Белки участвуют в переносе ионов через клеточные мембраны, транспорте кислорода и углекислого газа (гемоглобин), жирных кислот (альбумин) и т. д.
- Защитная. Эту функцию выполняют антитела иммунной системы (иммуноглобулины, интерфероны) и белки свёртывания крови (протромбин, фибриноген).
- Рецепторная (сигнальная). Её осуществляют белки, встроенные в клеточную мембрану (например, родопсин сетчатки глаза).
- Энергетическая. Организм использует белки в качестве «топлива» лишь в крайних случаях – когда исчерпан запас жиров и углеводов. При полном расщеплении 1 грамма белка выделяется 17,6 кДж энергии.
Знаю, тема непростая... Потому обязательно сохраняй себе пост и не пропусти тест в нашей группе ВКонтакте, чтобы закрепить полезные знания!