Аминокислоты и белки

Белкам принадлежит особая роль в живой природе. Они служат строительным материалом клетки, и практически ни один из процессов, которые протекают в клетках, не обходится без их участия.

Молекула белка представляет собой цепочку аминокислот, причем число звеньев в такой цепочке может колебаться от десятка до нескольких тысяч. Соседние аминокислоты связаны друг с другом особым типом химической связи, которая носит название пептидной. Связь эта образуется в процессе синтеза белка, когда карбоксильная группа одной аминокислоты связывается с примыкающей к ней аминогруппой другой аминокислоты.

Все 20 видов аминокислот участвуют в построении белков. Однако порядок их чередования в белковой цепочке самый разный, что создает возможность для огромного количества сочетаний, а следовательно, и для построения многочисленных типов белковых молекул. Следует отметить, что только растения способны синтезировать все 20 аминокислот, необходимых для построения белков. Животные же получают ряд аминокислот, называемых незаменимыми, питаясь растениями.

Синтез белков в организме происходит из аминокислот, которые человек получает с пищей. Пища должна содержать в достаточном количестве белки как животного, так и растительного происхождения. Например, безбелковая или только белковая диета может нарушить обмен веществ в организме.

Последовательность аминокислот в молекуле белка обозначают как первичную структуру белка. Различают и вторичную структуру белка, под которой понимают характер пространственного расположения отдельных фрагментов цепи аминокислот. Во вторичной структуре участки молекулы белка имеют форму спиралей или складчатых слоев. В их формировании важная роль принадлежит водородным связям, устанавливающимся между кислородом и водородом пептидных связей (-N-H ··· O=C-) разных аминокислот.

Под третичной структурой белка подразумевается пространственное расположение всей аминокислотной цепи.

Третичная структура имеет прямое отношение к форме молекулы белка, которая может быть нитевидной или округлой. В последнем случае молекула свертывается таким образом, что ее гидрофобные участки оказываются внутри, а полярные гидрофильные группы - на поверхности. Образующаяся в результате пространственная структура носит название глобула.

Наконец, в состав некоторых белков может входить несколько глобул, каждую из которых формирует самостоятельная цепочка аминокислот. Соединение нескольких глобул в единый комплекс обозначают термином четвертичная структура белка. Например, молекула белка гемоглобина состоит из четырех глобул, содержащих небелковую часть - гем.

Самоорганизация - одно из уникальных свойств белков, лежащее в основе многих выполняемых ими функций. В частности, на специфичности пространственной структуры белковой молекулы основан механизм распознавания ферментами (биологическими катализаторами) своего субстрата, т. е. молекулы, которая после взаимодействия с ферментом испытывает те или иные химические преобразования и превращается в продукт.

В качестве ферментов выступают белки, определенный участок молекулы которых образует активный центр. Он связывает специфичный для данного фермента субстрат и преобразует его в продукт. При этом фермент способен отличать свой субстрат благодаря особой пространственной конфигурации активного центра, специфичной для каждого фермента. Можно представить, что субстрат подходит к ферменту, как ключ к замку.

Молекула белка способна самоорганизовываться в сложную пространственную структуру, конфигурация которой специфична и определяется последовательностью аминокислот, т. е. первичной структурой белка.

Вы убедились, что в основе всех свойств белка лежит его первичная структура - последовательность аминокислот в молекуле. Ее можно сравнить со словом, которое написано алфавитом, состоящим из 20 букв-аминокислот. А если есть слова, то может существовать и шифр, при помощи которого эти слова могут быть закодированы. Каким образом? Ответить на этот вопрос поможет следующая статья, где мы познакомимся со строением нуклеиновых кислот.

Свойства белков во многом определяются пространственной структурой их молекул. Нарушение этой структуры - денатурация - может происходить под воздействием разных факторов среды и носить как обратимый, так и необратимый характер. Процесс, лежащий в основе передачи генетической информации живыми организмами, - репликация ДНК - невозможен без участия специализированных белков-ферментов.

Читать далее