Основы биохимии - А. А. Анисимов 1986

Белки
Общая характеристика

Одно из принципиальных отличий определения жизни, данного Ф. Энгельсом, от ранее существовавших, идеалистических, заключается в том, что в нем подчеркивается материальность жизни, указывается материальный носитель — белок. Энгельс называет белок «...исключительным самостоятельным носителем жизни»¹. На первостепенное значение белков в жизнедеятельности организмов указывали и выдающиеся русские биологи-материалисты: И. М. Сеченов, А. Я. Данилевский, К. А. Тимирязев, И. П. Павлов и др.

В настоящее время установлено, что в живой природе не существует небелковых организмов. При этом термин «белки» следует понимать в широком смысле, включая сюда и сложные белки, в частности нуклеопротеины — комплексы белков с нуклеиновыми кислотами. Тогда становятся совершенно беспочвенными, схоластичными дискуссии на тему — что важнее для жизни, белки или нуклеиновые кислоты.

Белки — это высокомолекулярные полимерные соединения, образующие при гидролизе аминокислоты. Иногда их называют протеинами (от греч. протос — первый, важнейший). Для живых организмов они действительно являются первенствующими и по содержанию, и, особенно, по значению. В организме животных белков содержится до 40—50% и более на сухую массу, меньше у растений — до 20—35%. Разнообразны и очень важны функции белков.

Строительная, структурная функция. Белки образуют основу протоплазмы любой живой клетки, в комплексе с липидами они являются основным структурным материалом всех клеточных мембран, всех органелл.

Каталитическая функция. Все ферменты являются белками, простыми или сложными. Таким образом, практически все биохимические реакции катализируются белками-ферментами.

Двигательная функция. Любые формы движения в живой природе (работа мышц, движение ресничек и жгутиков у простейших, движение протоплазмы в клетке и т. д.) осуществляются белковыми структурами клеток.¹

¹ Маркс К., Энгельс Ф. Соч. 2-е изд., т. 20, с. 514.

Транспортная функция. Белок крови гемоглобин транспортирует кислород от легких к тканям и органам. Перенос жирных кислот по организму происходит с участием другого белка крови — альбумина. Есть белки крови, транспортирующие липиды, железо, стероидные гормоны. Перенос многих веществ через клеточные мембраны осуществляют особые белки-переносчики.

Защитная функция. Важнейшие факторы иммунитета — антитела и система комплемента — являются белками. Процесс свертывания крови, защищающий организм от ее чрезмерной потери, основан на превращениях белка крови — фибриногена. Эти превращения осуществляются с участием белка тромбина и большого числа других факторов свертывания, тоже являющихся белками. Внутренние стенки пищевода, желудка выстланы защитным слоем слизистых белков — муцинов. Токсины многих видов организмов, защищающих их в борьбе за существование, также являются белками (змеиные яды, бактериальные токсины). Основу кожи, предохраняющей тело животных от многих внешних воздействий, составляет белок коллаген. Кератин — белок волосяного защитного покрова.

Гормональная функция. Ряд гормонов по своему строению относится к белкам (инсулин) или пептидам (адренокортикотропный гормон, окситоцин, вазопреосин и др.).

Запасная функция. Способны образовывать запасные отложения овальбумин яиц, казеин молока, многие белки семян растений.

Опорная функция. Сухожилия, суставные сочленения, кости скелета, копыта образованы в значительной мере белками. Рецепторная функция. Многие белки (особенно гликопротеины, лектины) осуществляют важнейшую функцию избирательного узнавания и присоединения отдельных веществ.

Перечисленные функции белков не исчерпывают все их многообразие. Так, регуляторное действие белков не ограничивается только каталитическим и гормональным. Известна очень важная группа белков-регуляторов активности генома. Некоторые полипептиды играют роль ингибиторов ферментов и таким путем регулируют их действие. Большой интерес представляют исследования так называемых мозгоспецифических белков (МСБ), выполненные в последние годы. Тонкие иммунохимические методы их анализа в спинномозговой жидкости и крови позволили установить наличие корреляции между содержанием отдельных групп МСБ и поведением, некоторыми сторонами психики.

Белки имеют и большое народнохозяйственное значение. Оно определяется прежде всего тем, что белки представляют собой важнейшие компоненты пищи человека и сельскохозяйственных животных. Массовые эпидемии, небольшая средняя продолжительность жизни населения некоторых бывших колониальных стран связаны нередко с хроническим белковым голоданием (особенно недостатком животных белков). От содержания белков в корме существенно зависит продуктивность сельскохозяйственных животных. Технология многих производств основана на переработке белков, изменении их свойств: в кожевенной промышленности, при выделке мехов, натурального шелка. В хлебопекарном производстве важнейшую роль играют свойства белков муки.

Первостепенная роль белков в жизнедеятельности всех организмов, их большое народнохозяйственное значение объясняют тот громадный интерес, который проявляется к ним в биохимии, определяют центральное место белков в биохимических исследованиях.

Рассмотрение строения и свойств белков удобнее начинать с характеристики их структурных элементов — аминокислот.