Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000

Биохимические основы жизнедеятельности организма человека
Биохимия белков
Химический состав и биологическая роль белков

Для любого организма белки играют решающую роль во всех процессах жизнедеятельности. С ними связа­ны такие свойства живого организма, как раздражи­мость, сократимость, пищеварение, способность к росту, размножению, движению. Следовательно, бел­ки являются главными носителями жизни. В неживой природе соединения, подобные белкам, не встреча­ются.

Белки — высокомолекулярные азотсодержащие ве­щества, при гидролизе которых образуются амино­кислоты. Иногда белки называют протеинами (от греч. proteus — первый, главный), определяя тем са­мым их важнейшую роль в жизнедеятельности всех организмов. Белок в организме человека составляет в среднем 45 % сухой массы тела (12—14 кг). Содержа­ние его в отдельных тканях различное (табл. 18). Наибольшее количество белка содержится в мышцах, костях, коже, пищеварительном тракте и других плот­ных тканях.

Суточная потребность в белке взрослого челове­ка, не занимающегося спортом, составляет в среднем 1,3 г на 1 кг массы тела или около 80 г. При больших энерготратах потребность в них увеличивается при­мерно на 10 г на каждые 2100 кДж увеличивающихся затрат энергии.

Белки поступают в организм преимущественно с пищей животного происхождения. В растениях бел­ков содержится значительно меньше: в овощах и фруктах — всего 0,3—2,0 % массы свежей ткани; наи­большее количество белков — в бобовых — 20—30 %, злаках — 10—13 и грибах — 3—6 %.

Элементарный состав белков. Важнейшими хи­мическими элементами всех белков являются углерод (50—55 %), кислород (21—23 %), водород (6,5— 7,3%), азот (15—18%), сера (0,3—2,5 %). В составе белков обнаружены также фосфор, железо, йод, медь, марганец и другие химические элементы.

ТАБЛИЦА 18 Содержание белка в органах и тканях человека

Количественный и качественный состав отдельных белков различен. Общее представление о сложности химического состава белка дает моле­кулярная формула гемоглобина — белка, транспортирующего газы в орга­низме. C₃₀₃₂H₄₈₁₆O₈₇₂N₇₈₀S₈Fe₄.

Все белки содержат постоянное количество азота, равное в среднем 16%. Поэтому по количеству азота, поступившего с пищей (процентное содержание азота пищи умножают на пересчетный коэффициент 6,25), оп­ределяют потребление белка организмом.

Аминокислотный состав. Белки состоят из аминокислот. Известно около 200 различных аминокислот, однако для построения белков в живот­ных и растительных тканях используются только 20. Называются эти ами­нокислоты основными.

Наряду с основными в состав отдельных белков входят другие амино­кислоты — неосновные. Каждая такая аминокислота происходит от одной из 20 основных аминокислот. Например, 4-гидроксипролин и 5-дигидроксилизин являются производными пролина и лизина и входят в состав кол­лагена — белка соединительной ткани:

В состав сократительного белка мышц миозина входит неосновная аминокислота N-метиллизин:

Простые и сложные белки. В зависимости от химического состава белки делятся на простые и сложные. Простые белки состоят только из аминокислот, среди которых есть растворимые в воде (гистоны, альбуми­ны, фибриноген) и не растворимые (глобулины, миозин, коллаген, осеин, кератин). Сложные белки состоят из белковой и небелковой частей. Небел­ковая часть может быть представлена углеводами, нуклеиновыми кислота­ми, липидами, фосфорной кислотой, окрашенными (хромо-) веществами. В зависимости от природы небелковой части сложные белки делятся на гли­копротеиды, нуклеопротеиды, липопротеиды, фосфопротеиды, хромопро­теиды. Все они выполняют разнообразные функции в организме.

Биологические функции белков

✵ Структурная (пластическая). В комплексе с липидами белки составля­ют структуру всех клеточных мембран и основу цитоплазмы клеток. Струк­турной основой соединительной ткани являются такие белки, как коллаген (входит в состав хрящей и сухожилий), кератин (входит в состав кожи), эластин (входит в состав связок и стенок сосудов).

✵ Каталитическая. Эту функцию выполняют специфические белки-фер­менты (см. главу 6), регулирующие обмен веществ и энергии в организме. Если ферменты не работают в клетке, то биохимические реакции не про­текают и живая клетка может погибнуть.

✵ Сократительная. Все виды сокращения и движения скелетных мышц, миокарда и других сокращающихся тканей обеспечивают сократительные белки актин и миозин.

✵ Транспортная. Белки способны связывать и транспортировать с током крови или через клеточные мембраны отдельные молекулы и ионы. Напри­мер, гемоглобин эритроцитов крови переносит кислород от легких к тканям и углекислый газ — от тканей к легким; миоглобин мышц переносит кисло­род в мышечной ткани к местам его использования. Отдельные белки кро­ви транспортируют жирные кислоты, липиды, железо, некоторые гормоны.

✵ Защитная. Белки иммунной системы гаммаглобулины "узнают" и связывают чужеродные вещества, поступающие в организм, защищая тем самым его от вирусов, бактерий и клеток других организмов. Защитную функцию выполняет также белок интерферон. Белки плазмы крови фибри­ноген и тромбин участвуют в процессах свертывания крови, предотвращая кровопотери при ранениях.

✵ Гормональная, или регуляторная. Высокоспецифические белки-гор­моны регулируют обмен веществ (см. главу 8).

✵ Рецепторная. Многие белки являются рецепторами гормонов, нейро­медиаторов, других биологически активных веществ. Они осуществляют из­бирательное узнавание, связывание и передачу их регуляторного действия.

✵ Передача наследственной информации. Белки входят в состав хро­мосом и участвуют в воспроизведении генетической информации, в регу­ляции процессов роста и размножения.

✵ Опорная. Упругость и прочность костей скелета, кожи, сухожилий обеспечивают преимущественно белки коллаген и эластин.

✵ Энергетическая. Около 10—15 % энергопотребления организма обеспечивается белками. При окислении 1 г белков выделяется 17 кДж (4,1 ккал) энергии.