22 структура белка функции белков в организме. Какие функции белков

Белки – это высокомолекулярные органические, азотсодержащие соединения, состоящие из аминокислот.

Белки – наиболее сложные соединения живых систем. Не только каждый вид живого, но и каждый орган, каждый тип клеток обладает своим специфическим набором белков. Наконец, каждый индивидуум отличается от подобных своего вида собственным набором белков (биохимическая индивидуальность ). Эта индивидуальность поддерживается всеми живущими организмами. При внедрении в организм чужих белков образуются защитные вещества (антитела ) и разрушают чужие белки. Однако имеется и общность между определенными белками одного и того же вида, которая позволяет проводить обмен белками (например, переливание крови).

В количественном отношении они занимают первое место среди всех содержащихся в живой клетке макромолекул. В организме человека белки составляют примерно 1/5 часть, или 20 % массы, а в пересчете на сухой вес - 45%. Содержание белков в разных тканях различно, так в мышцах и печени содержится до 22 % белка, в мозге – 11 %, в жировой ткани – 6 %.

Свое название белки получили от белого цвета куриного яйца, на примере которого изучались их свойства. В 1838 г. Н. Мульдер назвал белки протеинами (от греч. protos - первый, важный). Это же название принято в международной номенклатуре.

Белки занимают первое место среди макромолекул не случайно, ведь там где есть белки, отмечены признаки жизни и наоборот там где есть жизнь, обнаруживаются белки.

2. 2 Функции белков в организме.

Белки, входящие в состав организма человека, отличаются большим

разнообразием состава, структуры, местом расположения и соответственно функциями.

Белки выполняют следующие функции в организме:

Каталитическая или ферментативная функция. Одна из основных функций белков. В настоящее время известно свыше 2000 различных ферментов, которые являются биологическими катализаторами и ускоряют все биохимические процессы в организме. Практически все они являются по своей химической природе белками.

Структурная или пластическая функция. Еще одна из важнейших функций белков. Мембраны всех клеток и субклеточных единиц представляют собой бислой: белки и фосфолипиды, т.е. белки играют большую роль в формировании всех клеточных структур. Эту функцию выполняют, например следующие белки: кератин – составляет основу волос и ногтей, коллаген – главный белок соединительной ткани.

Сократительная функция . Важным признаком жизни является подвижность, в основе которой лежит данная функция белков, таких как актин и миозин – белки мышц. Кроме мышечных сокращений к этой функции относят и изменение форм клеток и субклеточных частиц.

Транспортная функция . Перенос различных веществ по крови и в пределах клетки. Например, альбумины переносят по крови ВЖК, лекарственные вещества, билирубин; гемоглобин переносит кислород и углекислый газ, другие белки транспортируют липиды, стероиды, витамины и т.д.

Защитная функция. В процессе эволюции в организме выработан механизм узнавания и связывания «чужих» молекул с помощью белков-антител, которые являются белковой фракцией гамма-глобулинов; кроме этого ряд белков, например, альбумины обезвреживают ядовитые вещества (ВЖК и билирубин) в крови; белки свертывающей (фибриноген, протромбин и др.) и противосвертывающей системы предотвращают свертывание крови в нормальных условиях и наоборот образуют сгустки крови при повреждениях сосудов.

Регуляторная функция. Среди молекул-регуляторов важное место принадлежит регуляторам белковой природы, таким как гормоны, 50% которых имеют белковую природу; белки-гистоны, кислые белки играют роль в регуляции процесса трансляции в биосинтезе белка; белки крови альбумины играют большую роль в создании и поддержании онкотического и осмотического давления крови; белки входя в состав белковой и гемоглобиновой буферных систем участвуют в поддержании рН крови и т.д.

Рецепторная функция. Избирательное связывание различных регуляторов-гормонов, биогенных аминов, простогландинов, медиаторов, циклических мононуклеотидов, протекает с помощью белков-рецепторов на мембранах клетки.

Опорная или механическая функция. Прочность соединительной, хрящевой и костной ткани за счет белков – коллагена, эластина, фибронектина.

Энергетическая функция . 1 г. белка, окисляясь до конечных продуктов – мочевины, углекислого газа и воды, дает 4,1 ккал энергии.

Одним из важнейших процессов жизнедеятельности организма человека является обмен веществ. Осуществляется он за счет белков. Аминокислоты, составляющие основу белка, образуют полимерную цепь, которая закручена по своей оси. Функции белков в организме человека сложно переоценить, т.к. все жизненно важные процессы, так или иначе, задействуют белки.

Это настолько уникальные соединения, что никакие другие живые организмы не имеют аналогичных.

Соединение белка насчитывает 22 аминокислоты. Большинство из них могут синтезироваться в организме из других соединений, но 9 аминокислот, все же, являются восполняемыми извне. Зачастую, это пища, способствующая образованию этих необходимых аминокислот. Наибольшее количество белков в пище животного происхождения – мясе, молоке, яйцах. Поэтому для поддержания нормального баланса в организме необходимо потреблять весь спектр полезных веществ.

Многие вегетарианцы лишают свой организм ряда необходимых белков, которые просто невозможно получить лишь из растительной пищи. А именно синтез белков способствует обмену веществ и формированию клеток и тканей.

Биологическая характеристика белков

Одними из важнейших биоструктур являются именно белковые соединения, и функции белков в клетке – это, в первую очередь, основа мембран клеток всего организма.

Поскольку белки имеют свойство воссоздавать не только структуру, но и сами свойства своих аминокислот, то для синтеза необходимо наличие всех аминокислот. Каждая из них влияет на весь синтез белка в целом, поэтому нехватка нужной аминокислоты может нарушить работу организма.

9 аминокислот, которые организму необходимы ежедневно, это:

• лейцин,
• валин,
• лизин,
• треонин,
• триптофан,
• фенилаланин,
• метионин,
• гистидин,
• изолейцин.

Лишь при наличии всех вышеупомянутых аминокислот, организм синтезирует белок. Иначе то, в чем заключается функция белков, т.е. структура для всех клеток и тканей, не будет формироваться. А вещества, поступающие с едой, будут откладываться в виде жировых прослоек. Эти аминокислоты поступают в организм с пищей.

Те аминокислоты, которые образуются из других соединений:

• тирозин,
• сирин,
• аланин,
• аспарагин,
• цистеин,
• глицин,
• глютамин,
• гидроксипролин,
• карнитин,
• глютаминовая кислота.

Синтез этих веществ называется транаминацией.

Аминокислоты не только в белковых соединениях, но и в свободном виде, жизненно необходимы организму. В случае хронической недостаточности аминокислот, организм не сможет выполнять энергообмен и синтезировать полезные вещества из пищи, что приведет к анемии, истощению, и, возможно, к смерти.

Предназначение белков

То, какие функции белков считаются основными, позволяет понять роль этих соединений. Самая главная – это функция катализатора. Белки участвуют практически во всех процессах организма, являясь естественным катализатором каждого из процессов. Химический состав аминокислот, входящих в состав белков, такой, что вступает в реакцию с ферментами, приводя определенный процесс в действие.

Вторым по значению фактором того, какие функции выполняют белки, является резервное питание. В основном, это относится к т.н. «резервным белкам», наличие в организме которых способствует образованию аминокислот. Из них образуются те 13 аминокислот, которые не восполняются с приемом пищи. Синтез этих аминокислот позволяет регулировать обмен веществ.

Функция транспортировки кислорода в крови также осуществляется с помощью белков. Основную нагрузку выполняет гемоглобин, белок крови, передающий кислород через мембраны клеток. Химический состав гемоглобина влияет на его скорость и на скорость передачи кислорода клеткам. От этого зависит работоспособность человека. Другие соединения белков крови осуществляют доставку липидов.

Основная защитная функция организма и деятельность иммунной системы также основывается на действии белков. Соединения белковых молекул – антитела, при попадании в организм чужеродных объектов – антигенов, защищают организм, уничтожая объект. Также защитной функцией считается способность белковых молекул крови свертываться при ранениях. Фибриноген в плазме крови образует сгусток, препятствующий продвижению крови по этой артерии или вене.

Мышечная ткань и ее деятельность зависят от ее основы – белков. Способность мышц к сокращению обеспечивают миозин и актин – белковые аминокислоты. Они также способствуют сокращению мембран определенных клеток и волокон.

Но наиболее широкой и многогранной функцией белков является структурная. Составление структуры клеток и тканей. Коллаген является основой для соединительных тканей, эластин образует стенки кровеносных сосудов, а кератин формирует структуру волокон кожи, волос и ногтей. В случае химических соединений белков и углеводов, то эти соединения образуют и синтезируют ферменты, например, муцины, мукоиды и пр. А соединения фосфолипидов и белков составляют основу мембран клеток организма.

Одним из элементов каталитической функции белков является формирование гормонов. Железы, вырабатывающие гормоны, такие как поджелудочная железа, гипофиз и щитовидная железа, синтезируют их из белков. Такие соединения называют полипептидами.

Химический состав белковых соединений крови способствует поддержанию постоянного кровяного давления в сосудах. А соединения белков в клетках поддерживают постоянное онкотическое давление.

Белки являются одним из главных компонентов любого живого организма. Функции их многогранны. Без белка невозможна нормальная жизнедеятельность любой клетки и организма в целом.

Любой организм, даже микроскопический, состоит из неких компонентов, которые выполняют в нем строго определенные функции. В любом живом организме одним из значимых компонентов являются белки, роль их переоценить сложно. Белок участвует не только в жизнедеятельности клетки, это и строительный клеточный материал и переносчик и катализатор. К тому же функции белков в организме человека и животных состоят в том, что они нужны как хороший источник энергии. Клеточная мембрана, обмен информацией, синтез наружу органеллами и много чего другого – все это белок.

Классифицировать белки сложно, связано это с тем, что они выполняют много функций. Поэтому есть условное деление, ведь один и тот же белок способен отвечать за несколько процессов.

Белки являются хорошо изученными структурами, ученые знают о том, какие функции они выполняют в организме человека. Но больше всего внимания было уделено ферментативной активности. Наиболее часто эти химические структуры выступают в роли катализатора биохимических реакций.

Одна белковая цепь способна катализировать одну или несколько реакций. Установлено, что примерно 4 тыс. реакций невозможны без участия белков. Примерно подсчитано, что есть реакции, которые без участия этих структур проходили бы около 78 миллионов лет, а с участием белка время сокращается до 18 миллисекунд.

Каркас всего живого

У человека основные и очень важные функции белков в организме состоят также в поддержании формы клеток. Роль состоит в том, что белок это каркас, без него не живет любая клетка или органелла, с их помощью возможно изменение формы. Такие структуры, как коллаген и эластин входят в состав межклеточного пространства, особо богата ими хрящевая ткань. Из кератина у человека состоят такие структуры, без которых его уже сложно и представить. Волосы и ногти, для некоторых они являются предметом гордости, а на самом деле, это белок.

Благодаря перьям птицы имеют возможность летать и это также белковые структуры. Проверить это несложно, достаточно поджечь перо птицы или волос, сразу же будет ощутим характерный запах. Именно белок придает специфическую упругость и плотность.

Специфическая защита

Организм как крепость, его нужно постоянно защищать от микроорганизмов и чужеродных веществ, которые проникают извне. Роль «стражников» у человека или животных также выполняют белки. Да и вариантов защиты можно выделить несколько.

Физическая сводится к поддержанию правильной формы клетки, препятствию на пути попадания чужеродных агентов. Так, коллаген входит в состав любого межклеточного вещества соединительной ткани. Это один из основных компонентов хрящей, и прочных, но эластичных сухожилий, его много в костной ткани, без него сложно представить глубокие слои любого участка кожи.

Роль коллагена для кожи сложно переоценить, ведь именно благодаря ему кожа длительно остается молодой и не имеет морщин.

Кератин является производным кожи, благодаря ему у человека есть волосы, птицы имеют перья, а животные – рога. Все в комплексе белки придают определенную структуру. Значение имеют и белки крови, к примеру, фибриноген и тромбин, без которых свертывание крови невозможно.

Есть также сведения о том, какие белки участвуют в химической защите, функция которой сводится к связыванию и инактивации токсинов. В основном это ферменты, вырабатываемые печенью – главной «химической лабораторией». При недостатке ее работы возникают характерные симптомы. Если все нормально, яды и токсины быстро связываются, превращаясь в растворимую форму, которую проще вывести за пределы организма.

Иммунитет – это, можно сказать, тоже белок, который содержится в крови и любой биологической жидкости. Значение и роль иммунной системы переоценить очень сложно, ведь она немедленно активируется на любое проникновение чужеродных агентов или других белков. За счет вырабатываемых антител поддерживается постоянная защита, после чего происходит запоминание, и впредь организм уже готов к последующей атаке.

Однако есть заболевания, которые направлены именно на иммунную систему человека. И это ВИЧ. Симптомы его проявляются не сразу, а через некоторое время, когда возникает недостаток иммунных клеток. Последствия СПИДа таковы, что клеток иммунитета практически не остается и организм теряет защиту.

Регуляция

Многие белки участвуют в регуляции процессов в организме и создании других белковых цепочек. За счет них происходят основные процессы, которые клетка имеет возможность контролировать и принять меры, когда что-то пошло не так. На этом основан синтез других белков, а также процесс деления клетки и основные его этапы.

Передача сигнала

Роль некоторых белков сводится к передаче сигналов между ближними или дальними клетками, органами и целыми системами. Есть мнение, что можно объединить эту и предыдущую функции, так как большинство участвующих в передаче сигнала белков задействованы в регуляции обмена. Наиболее яркими представителями передачи сигнала являются такие биоактивные вещества, как гормоны. При их недостатке возникают всевозможные сбои, которые имеют характерные симптомы.

Наиболее быстрый путь передачи информации – кровь, именно по ней гормоны и разносятся к тем органам, куда передают информацию. Связавшись с рецептором определенной клетки, гормон оказывает свое влияние и запускает реакцию.

Дополнительно их роль сводится к контролю концентрации различных веществ и белков в плазме крови, внутри клетки, влияние на процессы роста человека и способность к размножению и много чего другого. Пример привести просто – белок инсулин, его значение состоит в регуляции уровня глюкозы в крови человека, при его недостатке возникают симптомы сахарного диабета.

Транспорт веществ

Роль белка состоит в переносе различных веществ в организме, это могут быть как полезные вещества, так и токсины. Пример транспорта привести несложно – гемоглобин, значение которого состоит в переносе газов от легких к тканям и потом назад.

Запас энергии

Белки нужны также организму как отличный источник получения энергии, для этого есть специальные белки. Они запасаются клетками растений и организмом животных. Белок содержится в молоке и выполняет для новорожденного питательную функцию, служит отличным источником энергии.

Некоторые белки играют роль не только дополнительного источника энергии, но и аминокислот, которые необходимы для построения новых белков или регуляции обменных процессов.

Рецепторы

Значение в организме любого белка представить невозможно без наличия рецепторов. Они как «антенны» выступают над поверхностью клеточной мембраны и одним концом встроены в нее. Роль конечной части состоит в том, чтобы контактировать с другими белковыми структурами или химически активными веществами. Есть специальные рецепторы, реагирующие на воздействие света, к примеру, глаз, а есть отвечающие на растяжение, к таковым относятся барорецепторы мочевого пузыря. Рецепторы могут реагировать и на другие раздражители.

Сигнал воздействует на определенный участок рецептора, а белок на него реагирует. Если сигнал подходит для клетки, то поступает ответ. Представить это можно как подбор ключа к замку. Если ключ правильный – дверь откроется и сигнал пойдет далее. В этом состоит значение белка-рецептора.

Передвижение в пространстве

Белок помогает человеку перемещаться в пространстве и совершать определенные действия. Это реально, поскольку есть специальные белки, роль которых состоит в сокращении, они входят в состав мышечной ткани. Некоторые из них сокращаются медленно, человек может контролировать их. Примером может служить поперечно-полосатая мышечная ткань, неподвластная воле – это гладкая мышечная ткань сердца.

Белок в пище

Основные белки поступают в организм с пищей, поэтому имеет значение правильное питание. При отсутствии в еде белка ли его незначительном количестве развивается недостаток этого компонента. Итогом станет нарушение процессов белкового обмена в организме. Белок не сможет выполнять свои нормальные функции. Затрачивается строительный материал, теряется масса мышц. В итоге недостаток может привести к остановке сердца или дыхательной мускулатуры.

Последствия не заставят себя долго ждать и при избытке. Основные нагрузки приходятся на систему пищеварения и выделения. В пищеварительном канале образуются продукты белкового гниения. В результате их роль сводится к постоянной интоксикации, происходит медленное или быстрое отравление.

Белки в организме выполняют огромную роль, и без них невозможна нормальная жизнедеятельность человека. Практически во всех процессах белок занимает первостепенное положение.