Функции белков. Ферменты

Функции ферментов

Функции белков. Биологические функции белков чрезвычайно разнообразны. Белки прежде выполняют строительную (структурную) функцию. Они являются составной частью биологических мембран. Из белков состоят микротрубочки и микрониткы, которые выполняют роль скелета клетки (цитоскелета). Образуя волоконца, накрученные друг на друга или устланы слоем, они скрепляют клеточные структуры, придавая им прочности. Главным компонентом хрящей и сухожилий является упругий и прочный белок коллаген. Белок эластин, который содержится в связях, обладает способностью растягиваться. Белок оссеин предоставляет костям упругость. Волосы, ногти и перья состоят преимущественно из прочного нерастворимого белка кератина.

Защитная функция белков, помимо предотвращения повреждением клеток, органов и организма в целом, также оказывается в защите его от паразитов и инородных белков. В организме позвоночных животных образуются защитные белки-иммуноглобулины (или антитела). Это специализированные белки, которые вырабатываются лимфоцитами. Они способны «узнавать» и обезвреживать бактерии, вирусы, чужеродные для организма белки. Белки крови - фибрин, тромбопластин и тромбин-участвуют в процессах ее свертывания, предотвращая значительной кровопотери. Некоторые белки регулируют активность обмена веществ (регуляторная функция). Это - гормоны белковой природы и ферменты, о которых подробнее будет дальше.

Отдельные сложные белки клеточных мембран способны «узнавать» специфические химические соединения и определенным образом на них реагировать (связывать их или, изменяя свою структуру, передавать сигналы об этих вещества на другие участки мембраны или внутрь клетки). Такая сигнальная функция белков важна для выборочного поглощения клеткой определенных веществ и для ее защиты.

Есть белки, способные сокращаться (сократительная, или двигательная функции), обеспечивая способность клетки, ткани или организма изменять форму, двигаться. Так, актин и миозин - это сократительные белки, которые функционируют в скелетных мышцах, а также во многих не-мышечных клетках. Белок тубулин входит в состав микротрубочек, которые являются компонентом ресничек и жгутиков эукариотических клеток.

Некоторые белки могут откладываться про запас (запасая функция). К примеру, в белковой оболочке птичьих яиц накапливается альбумин. В эндосперме семян многих видов растений (пшеницы, кукурузы, риса) есть белки, которые зародыш потребляет на первых этапах развития (питательная функция).

Одна из основных функций белков - это транспорт неорганических ионов и специфических органических веществ. Так, гемоглобин, содержащийся в эритроцитах крови человека и позвоночных животных, в клетках крови дождевых червей, растворенный в плазме крови или полостной жидкости многих других беспозвоночных, выполняет функцию транспорта газов. Кроме кислорода, гемоглобин переносит определенную часть (до 10%) С02, высвобождающейся в результате распада веществ и транспортируется кровью в легких и почек, откуда выводится наружу.

Кроме гемоглобина, есть еще большое количество белков, которые участвуют в транспорте веществ. Во многих водных животных (омаров и других ракообразных) в полостной жидкости растворенный гемоцианин, также транспортирует кислород. Благодаря наличию в его составе ионов меди он имеет голубой цвет.

В плазме крови некоторых рыб содержатся белки, предотвращающие ее замерзание в условиях низких температур, то есть выполняют функцию антифриза. Зато, у организмов, живущих в горячих источниках (некоторые бактерии, водоросли и беспозвоночные животные), есть белки, не денатурируют даже при температуре +50 ... 90 ° С.

Энергетическая функция белков состоит в том, что при их расщеплении в клетке высвобождается энергия. Часть аминокислот, которые образуются при расщеплении белков, используется для биосинтеза белков, нужных организму, а остальные - разлагается с высвобождением энергии (при полном расщеплении 1 г белков в среднем высвобождается 17,2 кДж энергии).

Сложные белки - нуклеопротеиды, составными частями которых являются остатки нуклеиновых кислот, - материальные носители наследственной информации.

Многие белки образуют сложные комплексы с пигментами. Пигменты - особые окрашенные органические соединения живых организмов, их цвет зависит от так называемых хромофорных групп в составе молекул. Каждая группа избирательно поглощает определенную часть спектра света. Пигменты могут входить в состав ферментов, транспортных белков (например, гемоглобин). Известные растительные пигменты-хлорофиллы, каротиноиды и т.п..

Важнейшей функцией белков является каталитическая. Ее выполняет определенный класс белков - ферменты, ускоряющие биохимические реакции.

Ферменты которых известно более 2 000, представляют собой простые (однокомпонентные) или сложные (двухкомпонентные) белки. Сложные белки, в отличие от простых (пепсина, трипсина и др.), содержащие небелковой частей. Небелковая часть ферментов может быть представлена ??или органическими веществами (например, производными витаминов), либо катионами или анионами. Вот почему отсутствие витаминов в пище человека и животных вызывает снижение или потерю активности тех ферментов, в состав которых они входят.

Специфичность фермента отношении веществ, реакцию с участием которых он катализирует, определяет белковый компонент. Но активность сложных ферментов проявляется только тогда, когда белковая часть соединяется с небелковой.

Каталитическую активность фермента обусловливает не всякого молекула, а лишь ее небольшой участок - активный центр. Его структура соответствует химическому строению веществ, вступающих в реакцию. Поэтому действие фермента специфическая. В одной молекуле фермента можно установить несколько центров.

Ферменты многими свойствами отличаются от катализаторов, используемых в химии. Так, ферментативная реакция протекает в 100-1000 раз быстрее, чем в среде без ферментов. За несколько секунд или даже долей секунды в организме происходит сложная последовательность реакций, для проведения которой с применением обычных химических катализаторов нужны дни, недели или даже месяцы. В результате ферментативных реакций, в отличие от безферментних, не образуются побочные продукты (почти 100%-ный выход конечного продукта).

Особенностью действия ферментов является то, что их активность проявляется только при определенных условиях: температуры, давления, рН среды и т.д.. Ферментативные реакции протекают в виде последовательных этапов (от нескольких до десятков). Цепи взаимосвязанных ферментативных реакций в целом обеспечивают обмен веществ и превращения энергии в клетках и организме в целом.

Ферменты снижают так называемую энергию активации. Для химического взаимодействия двух соединений необходимо для разорвались одни химические связи и образовались другие. На разрыв определенной связи тратится энергии не меньше, чем на его образование. Эта ее количество называется энергии активации. Молекулы могут вступить между собой в реакцию, когда оказываются рядом или при столкновении. Частота таких столкновений при обычных условиях незначительна. Фермент (его активный центр), образуя неустойчивый промежуточный комплекс с веществами, которые вступают в реакцию, снижает таким образом энергию активации. Этот комплекс быстро распадается с образованием продуктов реакции. Сам фермент при этом не теряет своей структуры, а следовательно и активности, и может катализировать следующую подобную реакцию.

Ферменты имеют определенное расположение как в рамках отдельной клетки, так и организма в целом. В клетке ферменты локализуются в определенных ее частях, многие из них связаны с мембранами клеток или отдельных органелл (митохондрий, пластид и др.). Некоторые ферменты участвуют в активном транспорте веществ через мембраны.

Организмы способны регулировать биосинтез ферментов. Это позволяет поддерживать относительно устойчивое их состав за значительных изменений условий окружающей среды и частично видоизменять ферменты в ответ на такие изменения.

Действие различных биологически активных веществ (гормоны, лекарственные препараты, стимуляторы роста растений, яды и т.д.) заключается в том, что они могут стимулировать или подавлять тот или иной ферментативный процесс.

выводы

Белки выполняют в организме множество различных функций: строительную (входят в состав различных структурных образований); защитную (специализированные белки - антитела - способны связывать и обезвреживать микроорганизмы и инородные белки) и другие. Кроме того, белки участвуют в свертывании крови, чем предотвращают значительной кровопотерей, выполняют регуляторную, сигнальную, сократительную, энергетическую, транспортную функции (перенос некоторых веществ в организме).

Каталитическую функцию осуществляют биокатализаторы белковой природы - ферменты.

 


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+