Основы молекулярной биологии. Часть 1: Молекулярная биология клетки - А.Н. Огурцов 2011
Нуклеиновые кислоты и белки
Функции белков
Белок - это отдельный полипептид или агрегат нескольких полипептидов, выполняющий биологическую функцию.
Следует подчеркнуть, что полипетид - понятие химическое, а белок - понятие биологическое.
Например, иммуноглобулин состоит из четырех полипептидных цепей, которые по отдельности не являются белками, белок - только их функциональный агрегат (см. п.6.6.1).
Выделяют девять функций белка.
1. Структурная функция. Белки входят в состав всех клеточных органелл: мембранных - плазматическая мембрана, ядерная оболочка, эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли, митохондрии, пластиды - и немембранных - хромосомы, рибосомы, клеточный центр (центриоли), реснички и жгутики, микрофиламенты.
2. Каталитическая функция. Все биокатализаторы (кроме рибозимов) - белки. Эта функция в 1982 году перестала считаться уникальной. Выяснилось, что некоторые РНК тоже обладают каталитической активностью. Их называют РНКзимами или рибозимами.
3. Защитная функция (пока уникальна). Антитела - это белки. Иммуноглобулины "склеивают" антигены и образуется преципитат.
4. Регуляторная функция. На клеточном уровне: белки-репрессоры и белки-активаторы транскрипции. На уровне организма: некоторые гормоны - белки.
Например, гормон поджелудочной железы инсулин регулирует переход глюкозы через плазматическую мембрану. При недостаточной секреции инсулина развивается тяжелое заболевание - сахарный диабет. Гормон роста соматотропин образуется в передней доле гипофиза. Там же образуется и адренокортикотропный гормон (АКТГ). Он действует на кору надпочечников, регулируя синтез стероидных гормонов.
5. Трансформация энергии. Белки сетчатки глаза родопсин и ретинен трансформируют световую энергию в электрическую. Актин-миозиновые комплексы в мышцах преобразуют энергию химических связей в механическую. F0F1-АТФ-синтазы превращают механическую энергию потока протонов через мембрану в химическую энергию, синтезируя АТФ из АДФ (см. п.6.7.1).
6. Транспортная функция. Гемоглобин осуществляет транспорт О2, СО2, а трансферрин - транспорт железа. Системы пермеаз - это мембранные белки, которые переносят полярные соединения через мембрану как по, так и против градиента концентрации. Мембранные ионные насосы АТФазы осуществляют трансмембранный перенос ионов.
7. Энергетическая функция. 10 из 20 аминокислот, входящих в состав белков, в организме человека "сгорают" с выделением энергии. Это - заменимые аминокислоты. Они могут быть синтезированы в клетке из продуктов расщепления углеводов и липидов.
8. Питательная функция.
а) Поставка незаменимых аминокислот. У человека 10 из 20 аминокислот - аргинин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин - не могут быть синтезированы в организме. Они должны поступать извне.
Понятие "заменимые и незаменимые аминокислоты" - видоспецифическое и касается только животных и грибов. При этом взрослый организм не нуждается в аргинине (поэтому аргинин часто не относят к незаменимым аминокислотам), а наличие в рационе цистеина и тирозина снижает потребность организма в метионине на 80% и фенилаланине на 70% соответственно.
б) Запасные белки для развития зародыша и вскармливания младенца. Например, казеин - белок молока, овальбумин - яичный белок, глиадин - белок зерен пшеницы.
9. Буферная функция. Любой белок - амфотерный полиэлектролит. Белки способствуют поддержанию определенных значений pH в разных отсеках клетки, обеспечивая этим компартментацию.