Состав белков

Из каких органических соединений состоят белки?

Белки — это гетерополимеры, состоящие из 20 типов аминокислот, соединенных между собой особыми, так называемыми, пептидными связями. Аминокислоты — органические молекулы, имеющие общий план строения: атом углерода, соединенный с водородом, кислотной группой (—СООН), аминогруппой (—NH₂) и радикалом. Разные аминокислоты (каждая имеет свое название) различаются лишь строением радикала. Образование пептидной связи происходит за счет соединения кислотной группы и аминогруппы двух аминокислот, расположенных рядом в молекуле белка.

Вторичная и третичная структуры белка

Как образуются вторичная и третичная структуры белка?

Цепь аминокислот, составляющая основу молекулы белка, является его первичной структурой. Между положительно заряженными аминогруппами и отрицательно заряженными кислотными группами аминокислот возникают водородные связи. Образование этих связей вызывает сворачивание белковой молекулы в спираль.

Белковая спираль — вторичная структура белка. На следующем этапе за счет взаимодействий между радикалами аминокислот белок сворачивается в клубок (глобулу) или нить (фибриллу). Такую структуру молекулы называют третичной; именно она является биологически активной формой белка, обладающей индивидуальной специфичностью и определенной функцией.

Функции белков

Назовите известные вам функции белков.

Белки выполняют в живых организмах чрезвычайно разнообразные функции.

Одна из самых многочисленных групп белков — ферменты. Они выполняют функцию катализаторов химических реакций и участвуют во всех биологических процессах.

Многие белки выполняют структурную функцию, участвуя в образовании мембран и органоидов клетки. Белок коллаген входит в состав межклеточного вещества костной и соединительной ткани, а кератин является основным компонентом волос, ногтей, перьев.

Сократительная функция белков обеспечивает организму возможность двигаться посредством сокращения мышц. Эта функция присуща таким белкам, как актин и миозин.

Транспортные белки связывают и переносят различные вещества как внутри клетки, так и по всему организму. К ним относится, например, гемоглобин, который транспортирует молекулы кислорода и углекислого газа.

Белки-гормоны обеспечивают регуляторную функцию. Белковую природу имеет гормон роста (его избыток у ребенка приводит к гигантизму), инсулин, гормоны, регулирующие работу почек, и др.

Чрезвычайно важны белки, выполняющие защитную функцию. Иммуноглобулины (антитела) — основные участники иммунных реакций; они защищают организм от бактерий и вирусов. Фибриноген и ряд других белков плазмы крови обеспечивают свертывание крови, останавливая кровопотерю.

Энергетическую функцию белки начинают выполнять при их избытке в пище либо, напротив, при сильном истощении клеток. Чаще мы наблюдаем, как пищевой белок, перевариваясь, расщепляется до аминокислот, из которых затем создаются белки, необходимые организму.

Денатурация белка

Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?

Денатурация — это утрата белковой молекулой своего нормального («природного») строения: третичной, вторичной и даже первичной структуры. При денатурации белковый клубок и спираль раскручиваются; водородные, а затем и пептидные связи разрушаются. Денатурированный белок не способен выполнять свои функции. Причинами денатурации являются высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжелых металлов, органических растворителей. Примером денатурации служит варка куриного яйца. Содержимое сырого яйца жидкое и легко растекается. Но уже через несколько минут нахождения в кипятке оно меняет свою консистенцию, уплотняется. Причина — денатурация яичного белка альбумина: его клубковидные, растворимые в воде молекулы-глобулы раскручиваются, а затем соединяются друг с другом, образуя жесткую сеть.

Нуклеиновые кислоты

Что такое нуклеиновые кислоты?

Нуклеиновые кислоты получили свое название в связи с тем, что впервые были обнаружены в клеточном ядре (лат. nucleus — ядро). Позже оказалось, что они присутствуют также в цитоплазме, пластидах и митохондриях. По химическому составу нуклеиновые кислоты — гетерополимеры, состоящие из нуклеотидов, соединенных между собой особым типом химической связи (фосфодиэфирная связь). Каждый нуклеотид, в свою очередь, состоит из трех частей: моносахарида-пентозы и связанных с ним азотистого основания и фосфорной кислоты.

Типы нуклеиновых кислот

Какие типы нуклеиновых кислот вы знаете?

Принято выделять два типа нуклеиновых кислот — рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), Оба этих типа содержатся во всех живых клетках. Исключение составляют вирусы, обладающие либо только ДНК, либо только РНК.

Различия строения ДНК и РНК

Чем различается строение молекул ДНК и РНК?

Нуклеотиды, образующие молекулы ДНК и РНК, сходны по строению. Однако в нуклеотидах РНК моносахаридом является рибоза, а в нуклеотидах ДНК — дезоксирибоза. Кроме того, различается набор азотистых оснований. Три из них (аденин, гуанин, цитозин) представлены в обоих типах нуклеиновых кислот; четвертым в ДНК является тимин, в РНК — урацил.

Нуклеиновые кислоты отличаются по общей структуре: ДНК представляет собой комплементарную двуцепочечную молекулу (аденин всегда стоит напротив тимина, гуанин — напротив цитозина), РНК — одноцепочечную. Содержание ДНК в клетках относительно постоянно; содержание РНК может варьировать в зависимости от интенсивности синтеза белка. Все молекулы ДНК в принципе сходны между собой по строению и выполняемым функциям, а среди РНК выделяют несколько групп.

Функции ДНК

Назовите функции ДНК.

Выделяют три основные функции ДНК.

Хранение наследственной информации. Порядок нуклеотидов определяет первичную структуру белков. Первичная структура, в свою очередь, обуславливает свойства белков, а следовательно, особенности строения и функционирования клеток. Таким образом, в ДНК закодирована информация обо всех свойствах клеток, тканей и органов. Участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру одной белковой цепи, называют геном.

Передача наследственной информации следующему поколению клеток. Эта функция осуществляется благодаря способности ДНК к удвоению (редупликации). После деления в каждую дочернюю клетку попадает одна из двух идентичных молекул ДНК, являющихся точной копией материнской ДНК.

Передача наследственной информации из ядра в цитоплазму. Почти вся ДНК находится в ядре; синтез же белка происходит в цитоплазме клетки. Соответственно, необходим посредник, передающий описание первичной структуры белка от ДНК к рибосоме. В роли такого посредника выступает информационная РНК, которая синтезируется на одной из цепей ДНК, копируя по принципу комплементарности последовательность нуклеотидов определенного гена.

Виды РНК

Какие виды РНК существуют в клетке, где они синтезируются? Перечислите их функции.

В зависимости от строения и выполняемой функции выделяют три вида РНК. Все они синтезируются в ядре, используя в качестве матрицы ДНК. Готовые молекулы РНК переходят в цитоплазму.

Информационная, или матричная, РНК (иРНК, мРНК) переносит информацию о первичной структуре белка от ДНК к рибосоме. Количество типов иРНК примерно соответствует числу генов (у человека — около 30–40 тыс.).

Транспортная РНК (тРНК) в основном находится в цитоплазме клетки. Функция тРНК состоит в том, чтобы переносить аминокислоты к рибосоме, где они включаются в синтезируемую белковую цепь.

Рибосомальная РНК (рРНК) — самая «весомая» группа (до 80% от общего количества РНК в клетке), однако наименее разнообразная: в каждой клетке присутствует не более четырех ее типов. Вместе с белками рРНК входит в состав рибосом — органоидов, синтезирующих белок. Масса синтезируемой в ядре рРНК настолько велика, что области ее образования под микроскопом выглядят более плотными и темными (ядрышки в ядре).

Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит матрицей для их создания.