Функции белков в живых организмах¶

Функции белков — совокупность биологических ролей, которые выполняют белковые макромолекулы в клетке и организме. Белки представляют собой полимеры, состоящие из аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями. Благодаря разнообразию аминокислотного состава, длины цепи и пространственной укладки белки участвуют практически во всех процессах жизнедеятельности: от катализа химических реакций до передачи наследственной информации и механического движения. Число известных функций белков велико, и их принято классифицировать по типу решаемой задачи.

¶Общие сведения

Термин «белок» (протеин) закрепился в науке в XIX веке; тогда же было установлено, что эти вещества состоят из азота, углерода, водорода и кислорода, а иногда также серы. В состав белков входят 20 стандартных аминокислот, последовательность которых задаётся генами. Именно эта последовательность определяет пространственную структуру молекулы, а значит, и её функцию. Белки составляют значительную долю сухой массы клетки и отличаются высокой специфичностью действия: каждый белок, как правило, приспособлен к узкому кругу задач.

¶Каталитическая функция

Важнейшая роль белков — ферментативная (каталитическая). Белки-ферменты ускоряют химические реакции в клетке, снижая энергию активации, и при этом сами в реакции не расходуются. Практически все реакции обмена веществ — расщепление питательных веществ, синтез новых молекул, перенос химических групп — протекают при участии ферментов. Примерами служат амилаза, расщепляющая крахмал, и пепсин, работающий в желудке. Каталитическая активность ферментов зависит от температуры и кислотности среды, что объясняет чувствительность организмов к этим условиям.

¶Структурная функция

Белки образуют основу многих тканей и клеточных структур. Коллаген и эластин формируют соединительную ткань, кератин входит в состав волос, ногтей и роговых образований, фиброин образует нити шёлка. В клетках структурную роль играют мембранные белки и белки цитоскелета, поддерживающие форму клетки и её внутреннюю организацию. Эта функция обеспечивает механическую прочность и устойчивость биологических систем.

¶Транспортная функция

Ряд белков переносит различные вещества. Гемоглобин эритроцитов связывает кислород в лёгких и доставляет его тканям, а также переносит часть углекислого газа. Белок-переносчик трансферрин транспортирует ионы железа, альбумин плазмы крови — жирные кислоты и ряд лекарств. В мембранах клеток действуют белки-каналы и белки-переносчики, обеспечивающие избирательное прохождение ионов и молекул.

¶Защитная функция

Белки участвуют в защите организма от чужеродных агентов. Антитела (иммуноглобулины) распознают и связывают антигены — бактерии, вирусы, токсины. Белки системы свёртывания крови (фибриноген, тромбин) предотвращают кровопотерю при повреждении сосудов. Интерфероны обеспечивают противовирусную защиту клеток. Защитные белки лежат в основе иммунного ответа и восстановления тканей.

¶Регуляторная и сигнальная функции

Белки-гормоны регулируют обмен веществ и физиологические процессы. Инсулин и глюкагон управляют уровнем глюкозы в крови, гормон роста влияет на развитие организма. Белки-рецепторы на поверхности клеток принимают сигнальные молекулы и запускают цепочки внутриклеточных реакций. Таким образом белки обеспечивают согласованную работу органов и систем.

¶Двигательная функция

Сократительные белки актин и миозин обеспечивают движение мышц, а также перемещение органелл внутри клетки. Реснички и жгутики, построенные на основе белковых структур, позволяют клеткам двигаться. Двигательные белки отвечают за мышечное сокращение, работу сердца и передвижение организмов.

¶Запасающая и энергетическая роль

Некоторые белки служат запасным источником питательных веществ: яичный альбумин, казеин молока, ферритин, запасающий железо. При расщеплении белков в организме освобождается энергия, хотя как топливо они используются в меньшей степени, чем углеводы и жиры.

¶Регуляция и защита наследственной информации

В клетках белки участвуют в работе с генетическим материалом. Гистоны упаковывают ДНК в хромосомы, ферменты репликации и репарации обеспечивают копирование и восстановление ДНК, а факторы транскрипции регулируют считывание генов. Это связывает функции белков с хранением и передачей наследственной информации.

¶Значение и особенности

Многообразие функций основано на способности белков точно узнавать другие молекулы благодаря форме активного центра или участка связывания. Утрата или изменение структуры белка ведёт к нарушению его работы и может вызывать заболевания. Изучение функций белков составляет предмет биохимии и молекулярной биологии и имеет значение для медицины, биотехнологии и сельского хозяйства.

Источники: учебники по общей биологии и биохимии, справочные материалы по молекулярной биологии.