Классификация белков. Сложность строения белковых молекул, чрезвычайное разнообразие выполняемых ими функций затрудняют создание единой и четкой их классификации, хотя попытки сделать это предпринимались неоднократно, начиная с конца 19 века. Исходя из химического состава белки делят на простые и сложные иногда их называют протеидами. Молекулы первых состоят только из аминокислот. В составе же сложных белков помимо собственно полипептидной цепи имеются небелковые компоненты, представленные углеводами гликопротеиды, липидами липопротеиды, нуклеиновыми кислоты нуклеопротеиды, ионами металла металлопротеиды, фосфатной группой фосфопротеиды, пигментами хромопротеиды и т. д. В зависимости от выполняемых функций различают несколько классов белков.
Самый многообразный и наиболее специализированный класс составляют белки с каталитической функцией - ферменты, обладающие способностью ускорять химические реакции, протекающие в живых организмах.
В этом качестве белки участвуют во всех процессах синтеза и распада различных соединении в ходе обмена веществ, в биосинтезе белков и нуклеиновых кислот, регуляции развития и дифференцировки клеток. Транспортные белки обладают способностью избирательно связывать жирные кислоты, гормоны и другие органические и неорганические соединения и ионы, а затем переносить их с током крови и лимфы в нужное место например, гемоглобин участвует в переносе кислорода от легких ко всем клеткам организма. Транспортные белки осуществляют также активный транспорт через биологические мембраны ионов, липидов, сахаров и аминокислот.
Структурные белки выполняют опорную или защитную функцию они участвуют в формировании клеточного скелета. Наиболее распространены среди них коллаген соединительной ткани, кератин волос, ногтей и перьев, эластин клеток сосудов и многие другие. В комплексе с липидами они являются структурной основой клеточных и внутриклеточных мембран.
Ряд белков выполняет защитную функцию. Например, иммуноглобулины антитела позвоночных, обладая способностью связывать чужеродные патогенные микроорганизмы и вещества, нейтрализуют их болезнетворное воздействие на организм, препятствует размножению раковых клеток. Фибриноген и тромбин участвуют в процессе свертывания крови. Многие вещества белковой природы, выделяемые бактериями, а также компоненты ядов змей и некоторых беспозвоночных относятся к числу токсинов.
Некоторые белки регуляторные участвуют в регуляции физиологической активности организма в целом, отдельных органов, клеток или процессов. Они контролируют транскрипцию генов и синтез белка к их числу относятся пептидно-белковые гормоны, секретируемые эндокринными железами. Запасные белки семян обеспечивают питательными веществами начальные этапы развития зародыша. К ним относят также казеин молока, альбумин яичного белка овальбумин и многие другие.
Благодаря белкам мышечные клетки приобретают способность сокращаться и в конечном итоге обеспечивать движения организма. Примером таких сократительных белков могут служить актин и миозин скелетных мышц, а также тубулин, являющиеся компонентом ресничек и жгутиков одноклеточных организмов они же обеспечивают расхождение хромосом при делении клеток. Белки-рецепторы являются мишенью действия гормонов и других биологически активных соединений.
С их помощью клеткой воспринимается информация о состоянии внешней среды. Они играют важную роль в передаче нервного возбуждения и в ориентированном движении клетки хемотаксисе. Преобразование и утилизация энергии, поступающей в организм с пищей, а также энергии солнечного излучения тоже происходит при участии белков биоэнергетической системы например, зрительного пигмента родопсина, цитохромов дыхательной цепи см. Биоэнергетика. Существует также множество белков с другими, порой довольно необычными функциями например, в плазме крови некоторых антарктических рыб содержатся белки, обладающие свойствами антифриза. Наиболее сложными биополимерами являются белки.
Их макромолекулы состоят из мономеров, которыми являются аминокислоты. Каждая аминокислота имеет две функциональные группы карбоксильную и аминогруппу. Все разнообразие белков создается в результате различных сочетаний 20 аминокислот. В результате соединения нескольких белковых макромолекул, обладающих третичной структурой, в сложный комплекс формируется четвертичная структура белка.
Примером таких сложных белков является гемоглобин, состоящий из четырех макромолекул. Функции белков Функции белков в клетке многообразны. Одна из важнейших - строительная функция белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур. Для обеспечения жизнедеятельности клетки исключительно важное значение имеет каталитическая, или. ферментативная, роль белков.
Биологические катализаторы, или ферменты это вещества белковой природы, ускоряющие химические реакции в десятки и сотни тысяч раз. Ферментам свойственны некоторые черты, отличающие их от катализаторов неорганической природы. Во-первых, один фермент катализирует только одну реакцию или один тип реакций, т. е. биологический катализ специфичен. Во-вторых, активность ферментов ограничена довольно узкими температурными рамками 35- 45 С , за пределами которых их активность снижается или исчезает.
В-третьих, ферменты активны при физиологических значениях рН, т. е. в слабощелочной среде. Еще одно важное отличие ферментов от неорганических катализаторов биологический катализ протекает при нормальном атмосферном давлении. Все это определяет ту важную роль, которую ферменты играют в живом организме. Практически все химические реакции в клетке протекают с участием ферментов. Двигательная функция живых организмов обеспечивается специальными сократительными белками. Эти белки участвуют во всех видах движения, к которым способны клетки и организмы мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у многоклеточных животных и пр. Транспортная функция белков заключается в присоединении химических элементов например, кислорода или биологически активных веществ гормонов и переносе их к различным тканям и органам тела. При поступлении в организм чужеродных белков или микроорганизмов белые кровяные тельца лейкоциты- образуют особые белки - антитела.
Они связывают и обезвреживают не свойственные организму вещества - это защитная функция белков.
Белки служат также источником энергии в клетке, т. е. выполняют энергетическую функцию. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии. ЖИРЫ - органические соединения, в основном сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот триглицериды относятся к липидам. Один из основных компонентов клеток и тканей живых организмов. Источник энергии в организме калорийность чистого жира 3770 кДж 100 г. Природные жиры подразделяются на жиры животные и масла растительные.
Жиры липиды представляют собой соединения высокомолекулярных жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Жиры не растворяются в воде - они гидрофобны. В клетках есть и другие сложные гидрофобные жироподобные вещества, называемые липоидами, например холестерин. Содержание жиров в клетке колеблется от 5 до 15 от массы сухого вещества. В клетках жировой ткани количество жира достигает 90 . К числу важнейших относится строительная функция липидов и липоидов. Липиды образуют бимолекулярный слой, служащий основой наружной клеточной мембраны см. рис. 18 . Из них 75-95 составляют фосфолипиды.
В состав клеточной мембраны входит и холестерин. Важную роль играют липиды как источники энергии. В ходе расщепления 1 г жиров до СО2 и Н2О освобождается большое количество энергии - 38,9 кДж. Накапливаясь в клетках жировой ткани животных, в семенах и плодах растений, жиры служат запасным источником энергии.
Благодаря плохой теплопроводности жир способен выполнять функцию теплоизоляции. У некоторых животных тюлени, киты он откладывается в подкожной жировой ткани, которая у китов образует слой толщиной до 1 м. Липоиды служат предшественниками некоторых гормонов. Следовательно, этим веществам свойственна и функция регуляции обменных процессов.