Страница 4 из 16
По мере старения в коллагене образуется все больше ковалентных связей, хрящи теряют пластичность, кости становятся ломкими, а роговица – менее прозрачной. Переплетенные многожильные структуры белков кератинов придают прочность волосам и ногтям человека, перьям птиц, копытам и рогам животных, а также шелку и паутине. Коллагены и кератины глобул не образуют, эти белки формируют фибриллы – переплетенные вытянутые нити.
На поверхности молекул белков может сосредоточиваться существенный электрический заряд, способствуя каталитической активности белковых молекул. Белки способны функционировать только в узком диапазоне температур и кислотностей среды, благоприятном для жизни организмов. При сильном повышении температуры, химическом воздействии или облучении слабые связи, отвечающие за структуру белка, легко разрушаются, и белок теряет свою биологическую активность.
Утрата белковыми молекулами своей пространственной структуры называется денатурацией. При частичной денатурации первичная структура сохраняется, и в благоприятных условиях белок восстанавливает свою пространственную организацию – ренатурируется. Необратимая денатурация ряда белков нашего организма происходит уже при 43ºС, поэтому инфекционные заболевания, сопровождающиеся повышением температуры, представляют серьезную опасность.
Денатурация белка Полная денатурация белка с нарушением его первичной структуры наблюдается, например, при варке яиц. Денатурацию белков вызывает также и кислотная среда желудка. Денатурированные в нити белки становятся доступными для расщепления пищеварительными ферментами. Под действием молочнокислых бактерий повышается кислотность молока, молочный белок денатурируется и теряет растворимость — молоко скисает. Функции белков.
В клетках организмов белки выполняют множество важных функций. Строительная функция. Из белков состоит вся мембранная система клетки, ее органоиды. Каталитическая функция – одна из главных функций белков. Тонкая организация живой клетки не позволяет ей содержать бурно реагирующие вещества в заметных концентрациях или существенно повышать температуру, как это делают в лабораториях с целью ускорения химических реакций.
Тем не менее, клетка ведет активную жизнедеятельность. Она расщепляет и окисляет поступающие извне вещества, синтезирует органические, соединения. Для ускорения химических реакций живые организмы используют белки-катализаторы. Их называют ферментами, или энзимами. В большинстве клеток их более 200. Известно более тысячи различных ферментов.
С их участием реакции идут быстрее в сотни миллионов раз. Энзимы участвуют во всех биохимических процессах организма, каждый из них способен осуществлять до нескольких миллионов операций в минуту. Соединяясь с веществами, они ускоряют их взаимодействие, сами же остаются неизменными и не расходуются в ходе реакций. Сложные процессы расщепления или синтеза требуют участия групп ферментов, составляющих биохимический «конвейер».
Целые «бригады сборщиков» сменяются сотни раз в секунду, осуществляя ряд последовательных химических превращений. Каждый фермент выполняет только свои специфические функции. Ферменты, расщепляющие жиры, не действуют на белки или крахмал. В свою очередь другие ферменты расщепляют только крахмал или только белки. Активный центр пространственной структуры белков-ферментов соответствует форме молекул реагирующих соединений, как ключ – замку.
Такая геометрия полипептидной цепи активного центра обеспечивает максимальное сближение молекул, их строго определенную взаимную ориентацию и как следствие — интенсивное взаимодействие. Без ферментов реакции идут существенно медленней: очень редко молекулам удается столкнуться нужными частями и сохранять свое положение до завершения химической реакции.
Геометрия активного центра ферментов удивительно точно соответствует форме молекул В организмах живых существ белки выполняют множество функций При денатурации белка с нарушением пространственной структуры исчезают и его каталитические способности.
Регуляторную функцию в организмах осуществляют гормоны, (<греч. hormon движущий). Эти вещества управляют активностью ферментов, многие из них являются белками. Белковый гормон инсулин, синтезируемый поджелудочной железой, активирует усвоение клетками глюкозы. Если не хватает инсулина, глюкоза остается в крови с избытком, а клетки голодают.
В этом причина заболевания сахарным диабетом. Существуют гормоны и небелковой природы. К ним относят, например, адреналин, регулирующий потребление кислорода и концентрацию глюкозы в крови. Двигательная функция белков не менее важна. Особые сократительные белки обеспечивают все виды движения клеток и организма в целом. Они участвуют в перемещении мембранных пузырьков в цитоплазме клеток, мерцании ресничек и вращении жгутиков у простейших, сокращении мышц у человека и животных.
Сократительные белки раскрывают цветочки и разворачивают их навстречу солнцу. На осуществление двигательных функций расходуется энергия АТФ Транспортную функцию белкам позволяет выполнять способность присоединять химические элементы или гормоны и доставлять их к различным тканям и органам. Транспортные белки перемещают в цитоплазму клетки молекулы РНК, синтезированные в ядре.
В состав эритроцитов крови входит белок гемоглобин. В капиллярах сосудов легких он присоединяет кислород и доставляет его ко всем клеткам организма. К транспортным белкам относится переносчик железа трансферин. Сигнальную функцию белки выполняют благодаря способности изменять свою третичную структуру в ответ на изменение внешних условий. Белки-рецепторы обычно встроены в наружную мембрану по всей ее толщине.
Они передают в клетку сигналы о температурных, световых, химических и механических воздействиях. Защитная функция. При попадании в организм чужеродных белков или микроорганизмов лимфоциты крови формируют особые белки – антитела. Они распознают несвойственные и вредные организму вещества и образуют в соединении с ними нетоксичный комплекс, который затем выводится из организма или переваривается другими клетками.
Этот механизм получил название иммунитета. С целью предупреждения заболеваний людям и животным вводятся вакцины ослабленных или убитых бактерий и вирусов. Болезнь не возникает, но клетки вырабатывают антитела, надежно защищающие организм многие годы. Энергетическую функцию белки выполняют в особых случаях, когда другого «топлива» нет. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.
Запасающую функцию способен выполнять, например, белок казеин, накапливая аминокислоты, получаемые в процессе пищеварения. Многообразные и специфические свойства белков явным образом свидетельствует о том, что появление жизни было сознательным актом Творца, а вовсе не результатом случайного перебора возможных комбинаций молекул (их «самоорганизации»)
в материалистической модели самозарождения жизни. 1. Какой молекулярный процесс происходит с белками при варке яиц и скисании молока? 2. Опишите девять основных функций белков. Какие из них наиболее важные, а какие второстепенные? 3. Какие особенности строения белков-ферментов позволяют им выполнять каталитическую функцию? 4.
В чем функциональное отличие ферментов от гормонов? Приведите примеры. 5. Опишите механизм иммунитета. § 4. Биополимеры. Углеводы и липиды Углеводы – органические соединения с общей химической формулой Cn (H 20)m . В их состав водород и кислород входят в той же пропорции, что и в состав воды, поэтому их и назвали углеводами.
В растительных клетках доля углеводов может составлять до 70% сухой массы, а в животных – не более 5%. Углеводы подразделяют на две группы. Простые углеводы называют моносахаридами, сложные – полисахаридами. Моносахариды – бесцветные сладкие вещества, хорошо растворимые в воде. Их химическая формула Сп(Н2О)п. Различают следующие простые сахара: триозы с тремя атомами углерода (п=3), тетрозы с четырьмя (п=4), пентозы с пятью (п=5) и гексозы с шестью атомами углерода (п=6).
Триозы и пентозы, не имея самостоятельного значения, являются промежуточными продуктами обмена веществ. Наиболее важная пентоза – рибоза – входит в состав рибонуклеиновой кислоты (РНК), а ее производное – дезоксирибоза – в состав дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Огромное значение в жизнедеятельности организмов имеют гексозы: глюкоза, фруктоза и галактоза.
Моносахарид глюкоза имеет два пространственных изомера. Легко расщепляясь на простые соединения вплоть до воды и углекислого газа, глюкоза является универсальным источником энергии (расщепление глюкозы в живых системах носит название гликолиза, см. § 14). Для клеток мозга глюкоза – главное питательное вещество. Ее содержание в крови около 0,12%.