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.
Белки — высокомолекулярные органические соединения, состоящие из остатков α-аминокислот, соединённых пептидными связями. Белки также называют протеинами.
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.
Биологическая функция белка определяется его пространственной структурой. Нарушение структуры обычно приводит к ослаблению или потере функции.
Основные функции белков
| Функция | Сущность | Примеры |
|---|---|---|
| Ферментативная | Ускорение химических реакций в клетке | Амилаза, пепсин, каталаза |
| Структурная | Формирование клеток, тканей и органов | Коллаген, кератин |
| Транспортная | Перенос веществ | Гемоглобин, альбумин |
| Защитная | Защита от повреждений и чужеродных организмов | Антитела, фибриноген |
| Двигательная | Обеспечение движения клеток и органов | Актин, миозин |
| Регуляторная | Управление процессами организма | Инсулин |
| Запасающая | Накопление веществ | Казеин, ферритин |
| Энергетическая | Выделение энергии при расщеплении | Около \(17{,}6\) кДж на \(1\) г белка |
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.
Какое утверждение о ферментах верно?
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.
Если в условии сказано, что вещество ускоряет разложение пероксида водорода и не расходуется, речь идёт о ферменте и ферментативной функции.
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.
Не называйте любую реакцию с участием белка ферментативной: белок должен именно ускорять реакцию. Не путайте транспортную функцию гемоглобина с дыхательной функцией организма. Также не следует считать, что при денатурации разрушаются все связи: обычно нарушаются слабые взаимодействия, а пептидные связи первичной структуры сохраняются.
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.
Установите соответствие: фермент — ускорение реакции; коллаген и кератин — структура; гемоглобин — перенос газов; антитела и фибриноген — защита; актин и миозин — движение; инсулин — регуляция; казеин и ферритин — запасание.
Проверь себя
Главное
- Белки выполняют ферментативную, структурную, транспортную, защитную, двигательную, регуляторную, запасающую и энергетическую функции.
- Ферменты ускоряют реакции, обладают специфичностью и зависят от температуры и pH.
- Форма белка определяет его функцию; денатурация часто приводит к потере активности.
- Гемоглобин переносит газы, коллаген и кератин создают структуры, антитела защищают, актин и миозин обеспечивают движение.
- В заданиях сначала определяйте действие белка, а затем соотносите его с названием функции.