Биологические функции белков

Белки — органические вещества, построенные из остатков аминокислот и выполняющие почти все основные задачи в клетке. Их функция определяется пространственной структурой белка: изменяется форма — изменяются свойства и биологическая активность.

Что определяет функцию белка

Белковая молекула представляет собой одну или несколько полипептидных цепей. Последовательность аминокислот образует первичную структуру, а взаимодействия между участками цепи формируют вторичную, третичную и иногда четвертичную структуры. Подробнее строение белков и уровни их организации рассматриваются на странице уровни организации белка.

Функция белка зависит от формы его молекулы, наличия заряженных и полярных групп, способности связывать определённые вещества и изменять конфигурацию. При нагревании, действии кислот, щелочей, солей тяжёлых металлов или органических растворителей белок может денатурировать — терять природную пространственную структуру. При этом часто исчезает и биологическая активность.

Основные функции белков

Ферментативная функция

Ферменты — белки-катализаторы, ускоряющие химические реакции в организме. Они снижают энергию активации, но не расходуются в ходе реакции и не смещают химическое равновесие. У фермента есть активный центр, форма которого соответствует молекуле субстрата. Поэтому ферменты отличаются высокой специфичностью.

Активность ферментов зависит от температуры и кислотности среды. При слишком высокой температуре белок денатурирует. Для каждого фермента существуют оптимальные значения температуры и pH. Например, пепсин работает в кислой среде желудка, а многие ферменты клеток — в среде, близкой к нейтральной.

Структурная и двигательная функции

Структурные белки образуют основу клеток, тканей и органов. Коллаген придаёт прочность коже, сухожилиям, хрящам и костям. Кератин входит в состав волос, ногтей, рогового слоя кожи и перьев. Белки мембран участвуют в построении клеточной оболочки и образуют каналы и рецепторы.

Двигательная функция связана с сокращением мышц и перемещением клеточных структур. Актин и миозин взаимодействуют друг с другом, обеспечивая сокращение мышечных волокон. Другие белки участвуют в движении ресничек, жгутиков и внутриклеточном транспорте.

Транспортная и запасающая функции

Транспортные белки связывают и переносят вещества. Гемоглобин эритроцитов переносит кислород от лёгких к тканям и часть углекислого газа в обратном направлении. Мембранные белки переносят ионы и молекулы через клеточную мембрану. Альбумин плазмы крови связывает и переносит различные вещества, в том числе жирные кислоты.

Запасающие белки служат резервом веществ или химических элементов. Казеин молока является источником аминокислот для организма детёныша. Ферритин запасает железо в клетках. В отличие от транспортной функции, при запасании вещество сохраняется до момента использования.

Защитная и регуляторная функции

Антитела — белки иммунной системы, которые распознают чужеродные частицы и связываются с ними. Так организм защищается от вирусов, бактерий и токсинов. Фибриноген участвует в свёртывании крови: из него образуется фибрин, формирующий сеть кровяного сгустка.

Некоторые белки регулируют обмен веществ и работу органов. Инсулин снижает концентрацию глюкозы в крови, усиливая её поступление в клетки и образование запасов. Многие гормоны и рецепторы имеют белковую природу. Регуляторные белки могут включать или выключать определённые реакции и процессы.

Ферментативная функция: разобранный пример

Каталаза — фермент, разлагающий пероксид водорода. Реакция имеет важное защитное значение: пероксид водорода образуется в клетках и в больших количествах повреждает молекулы.

В экзаменационном задании важно отличать сам белок от функции. Например, гемоглобин — это белок, а перенос кислорода — его транспортная функция; инсулин — белок, а управление уровнем глюкозы — регуляторная функция.

Белки в обмене веществ и питании

При пищеварении белки гидролизуются до аминокислот. Эти вещества используются для синтеза собственных белков организма, ферментов, гормонов и других соединений. Процесс расщепления белков и свойства образующихся веществ разобраны на странице продукты гидролиза белков. Сама пептидная связь и образование пептидов рассматриваются в теме строение пептидов.

Белки могут использоваться как источник энергии, если организм получает недостаточно углеводов и жиров. Однако их главная роль — пластическая: аминокислоты нужны для построения и восстановления клеток. Незаменимые аминокислоты организм не синтезирует в достаточном количестве, поэтому они должны поступать с пищей; их перечень и значение приведены на странице незаменимые аминокислоты.