Открыть сервисСервис

Белки — класс биологических макромолекул

Белки (протеины) — это высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков аминокислот, соединённых пептидной связью. Относятся к классу природных полимеров, наряду с нуклеиновыми кислотами и полисахаридами. Молекулярная масса белков варьируется от нескольких тысяч до нескольких миллионов дальтон. В живой природе белки выполняют функции катализаторов (ферменты), транспортные, структурные, защитные, регуляторные (гормоны) и многие другие.

Химический состав и строение

Белки состоят из 20 основных аминокислот, соединённых амидной (пептидной) связью. Последовательность аминокислот в цепи называется первичной структурой и кодируется геном. Из-за возможности вращения вокруг осей связей полипептидная цепь складывается во вторичные структуры — α-спирали и β-слои, удерживаемые водородными связями. Третичная структура формируется за счёт гидрофобных взаимодействий, ионных связей и дисульфидных мостиков между боковыми цепями аминокислот. Четырёхмерная (квартарная) структура характерна для сложных белков, состоящих из нескольких полипептидных цепей (субъединиц), например гемоглобина.

По форме белки делят на фибриллярные (нитевидные: коллаген, кератин, миозин) и глобулярные (шаровидные: альбумины, иммуноглобулины, гемоглобин). По составу различают простые белки (только аминокислоты) и сложные (простые белки + небелковая часть: липопротеины, гликопротеины, металлопротеины, хромопротеины).

Классификация белков

По строению и составу

  • Простые белки — при гидролизе дают только аминокислоты: альбумины, глобулины, протамины, гистоны, кератины, коллагены.
  • Сложные белки (конъюгированные) — содержат небелковую часть (простетическую группу): гемоглобин (содержит гем), нуклеопротеины, фосфопротеины (казеин), гликопротеины (мукополисахариды), липопротеины, металлоферменты.
  • Пептиды — короткие цепи из 2–50 аминокислот (инсулин, окситоцин, глутатион, эндорфины).

По функции

ФункцияПримеры белков
Каталитическая (ферменты)амилаза, пепсин, ДНК-полимераза, лактаза
Транспортнаягемоглобин (кислород), альбумин (жирные кислоты), мембранные переносчики
Структурнаяколлаген (соединительная ткань), кератин (волосы, ногти), эластин
Защитнаяиммуноглобулины (антитела), фибриноген, интерфероны, лизоцим
Регуляторная (гормоны)инсулин, глюкагон, соматотропин, тироксинсвязывающий белок
Сократительнаяактин, миозин
Запасающаяказеин (молоко), овальбумин (яйцо), фитин
Рецепторнаяродопсин, мембранные рецепторы

Основные группы белков

Коллаген — самый распространённый белок животного мира, до 25–30 % массы всех белков организма. Составляет основу сухожилий, хрящей, костей. Содержит большое количество пролина и гидроксипролина.

Кератин — белок эпидермальных производных: волос, ногтей, рогов, перьев, шерсти. Относится к фибриллярным белкам, богат цистеином.

Казеин — основной белок молока (до 80 % белков коровьего молока). Образует в желудке сгустки, что замедляет пищеварение.

Гемоглобин — дисковидный белок эритроцитов, переносящий кислород от лёгких к тканям. Содержит гем с атомом железа.

Инсулин — пептидный гормон поджелудочной железы, регулирующий уровень глюкозы в крови. Первый белок, для которого полностью установили аминокислотную последовательность (Фредерик Сэнгер, 1951).

Амилаза — фермент, расщепляющий крахмал до мальтозы. Содержится в слюне и панкреатическом соке.

Функции белков в организме

Белки составляют около 50 % сухой массы клетки. Основные функции:

  • Структурная — формируют каркас клеток и тканей (цитоскелет, мембранные белки, коллаген).
  • Каталитическая — ферменты ускоряют биохимические реакции в тысячи и миллионы раз.
  • Транспортная — переносят кислород, липиды, ионы, гормоны.
  • Защитная — антитела нейтрализуют чужеродные агенты; тромбоцитарные белки обеспечивают свёртывание крови.
  • Регуляторная — пептидные гормоны и факторы роста управляют обменом веществ.
  • Энергетическая — при распаде 1 г белка выделяется около 17,6 кДж (4,1 ккал).

Биосинтез и обмен

Синтез белка осуществляется рибосомами по матрице иРНК (трансляция). Аминокислоты поступают с пищей: незаменимые (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, гистидин) организм не синтезирует и получает только извне. Взрослому человеку рекомендуется потреблять около 0,8–1 г белка на кг массы тела в сутки (по нормам ВОЗ и российским нормам физиологических потребностей).

Применение

Белки находят широкое применение в пищевой промышленности (казеин, сывороточные протеины, соевый белок), фармацевтике (инсулин, вакцины, моноклональные антитела), биотехнологии (ферменты для производства моющих средств, лабораторные ферменты: Taq-полимераза, рестриктазы). В России белковые добавки и ферменты производят предприятия пищевой и биотехнологической отрасли.

История

Термин «белок» ввёл в русский научный оборот в 1839 году биохимик Якоб Берцелиус (от лат. albumen — белок яйца). В 1838 году Германия и Нидерланды: Мюльдер и Бёльцель предложили термин «протеин» (от греч. πρωτεῖος — первичный). В 1953 году Сэнгер установил первичную структуру инсулина, в 1958 году Кендрю — миоглобина, что заложило основу молекулярной биологии белков.

Исторические источники

  • Биохимия: учебник / под ред. В. П. Мешкова, В. Н. Бабенко. — М.: ГЭОТАР-Медиа.
  • Нельсон Д., Кок М. Принципы биохимии Нельсона. — М.: БИНОМ.
  • Физиологические нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии (СП 2.3.1.2432-08).
  • Берцелиус Я. Опыт применения физиологии к классификации минеральных тел (1839).
Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru