Белок. Схема биосинтеза белка. Структура и состав

Белок, протеин (от греч. protos — первый, важнейший) — высокомолекулярное органическое соединение, построенное из остатков аминокислот.

Благодаря тому, что аминокислоты (в состав белков входит, как правило, 20 их разновидностей) совмещают в себе свойства как кислоты, так и основания, их молекулы могут соединяться между собой, образуя так называемую пептидную (от греч. peptos — сваренный, переваренный) связь:

-NH₂ + -СООН→ -NH - +Н₂О

У возникшей молекулы, как и у исходной аминокислоты, на одном конце остается свободная аминная, а на другом — карбоксильная группа; поэтому к возникшей цепочке могут присоединяться все новые и новые аминокислоты. Таким образом, молекула растет в обе стороны, образуя полимер. Если он состоит из немногих аминокислот, его называют пептидом. Белком, или полипептидом, полимер станет только, соединив десятки, сотни и даже тысячи «кирпичиков».

Рис. Первичная и вторичная структура белка

Последовательность аминокислот в белке называют его первичной структурой. Но свойства белка часто зависят и от того, как эта длинная нить упакована. Между некоторыми остатками аминокислот (цистеина) образуются сульфидные связи, сворачивающие полипептид во вторичную структуру. Затем молекула сворачивается в пространстве еще раз, образуя уже третичную структуру. Иногда несколько таких клубочков объединяются, формируя четвертичную структуру.

По химическому составу все белки очень похожи, но одинаковые свойства и «поведение» их в организме скорее исключение, чем правило. Отличаются они и по длине (число аминокислот в цепи), и по молекулярному весу, и по структуре; разные аминокислоты могут встречаться в цепи с разной частотой и по-разному чередоваться друг с другом.

Рис. Схема биосинтеза белка

Именно это разнообразие обеспечивает нормальную деятельность организма. Есть в организме и аминокислоты, вообще не образующие полимеров. У представителей семейств лилейных и тыквенных их обнаружено уже не менее 15. У других растений они существуют только на стадии проростков. Важны ли они зеленым организмам, или являются промежуточным продуктом обмена веществ, из которых растение создает что-то полезное, пока неясно.

Лишь некоторые белки существуют вполне самостоятельно, например глобулины крови. Чаще всего биохимия (наука, изучающая состав организмов) имеет дело с гигантскими образованиями, где соединены белковая и углеводная (гликопротеиды), белковая и жировая (липопротеиды) части. Нередко и эти гиганты оказываются соединены между собой, да еще и с молекулами витаминов в придачу. Временами целые клеточные структуры, такие, как содержимое ядра, могут становиться одной громадной молекулой.

Рис. Основные аминокислоты входящие в состав белка

Организмы состоят из белков на 10-25 %. Нередко говорят, что белки — самый важный химический компонент живого. Это некоторое преувеличение. Во-первых, без многих видов белков организмы могут обходиться. Во-вторых, ничуть не менее важны и незаменимы некоторые другие соединения. Просто у белков чрезвычайно много разных биохимических «профессий».

Белки играют огромную роль в строительстве тела, могут служить запасающим веществом, пищей и т. д. Белки с молекулами нитевидной формы (фибриллярные) часто играют роль каркаса организма или его отдельных органов. Прежде всего это кератин, входящий в состав волос, ногтей, мышц, рогов и перьев, и коллаген, образующий сухожилия, кожу, кости и соединительные ткани. Другие нитчатые белки — актин и миозин — образуют мышцы и обеспечивают их способность сокращаться.

Белки, нитевидные молекулы которых сворачиваются в спирали, клубочки и другие структуры, могут неплохо растворяться в воде и служить питательным веществом для зародыша. Таковы альбумин и глобулин яичного белка. Желток яйца тоже состоит главным образом из подобных белков. Сюда же относятся питательный белок молока (казеин), белки плазмы крови и т. д. Еще один «свернутый» белок — гемоглобин — разносит кислород по всему организму у теплокровных животных. Кстати, именно гемоглобин придает крови красный цвет. Некоторые белки «работают» в организме животных гормонами, например инсулин или вазопрессин.

Зеленые растения находятся на полном самообеспечении: сами синтезируют аминокислоты, а из них — свои белки. Казалось бы, и у животных никакой проблемы с источниками белка не должно возникать, ведь они есть в любой пище. Однако чужие «кирпичики» для строительства организма не подходят. Съеденный белок сперва расщепляется на аминокислоты, и лишь затем заново собирается новый протеин. От таких аминокислот, поступающих с пищей, зависят лишь те животные, которые не способны синтезировать все необходимые аминокислоты из жиров и углеводов.