Белки — незаменимый компонент живого организма, они необходимы как для его роста, так и для поддержания нормальной жизнедеятельности. В этих случаях происходит образование новых тканей. Вообще говоря, замена старых клеток на новые происходит очень часто. Например, красные кровяные клетки ежемесячно полностью обновляются. Клетки, выстилающие стенки кишечника, обновляются еженедельно. Каждый раз, принимая ванну, мы сбрасываем с себя мертвые клетки кожи.

После того как вы съели какой-нибудь белок, ферменты, называемые протеазами, разрывают пептидные связи. Происходит это в желудке и тонком кишечнике. Свободные аминокислоты переносятся током крови сначала в печень, а потом во все клетки. Там из них синтезируются новые белки, необходимые организму. Если в организм поступило белка больше, чем надо, или организму требуется "сжечь" белки из-за недостатка углеводов, то эти реакции аминокислот происходят в печени; здесь азот из аминокислот образует мочевину, выделяемую из организма с мочой через мочевыводящую систему. Именно поэтому белковое питание дает лишнюю нагрузку на печень и почки. Оставшаяся часть молекулы аминокислоты либо перерабатывается в глюкозу и окисляется, либо превращается в жировые запасы.

Человеческий организм может синтезировать 12 из 20 аминокислот. Остальные восемь должны поступать в организм в готовом виде вместе с белками пещи, поэтому они называются незаменимыми. Незаменимые аминокислоты включают изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин триптофан, валин и (для детей) гистидин. При ограниченном поступление такой аминокислоты в организм она становится лимитирующим веществом при построении любого белка, в состав которого она должна входить. Если такое случается, то единственное, что может предпринять организм, - это разрушить собственный белок, содержащий эту же аминокислоту.

Большинство животных белков содержат все восемь незаменимых аминокислот в достаточных количествах. Любой белок, имеющий необходимое содержание всех незаменимых аминокислот, называется совершенным. Растительные белки несовершенны: в них низок уровень некоторых незаменимых аминокислот.

Хотя ни один из растительных белков не может обеспечить нас всеми незаменимыми аминокислотами, смеси таких белков - могут. Такие комбинированные продукты питания, которые содержат взаимодополняющие (комплементарные) белки, входят в состав традиционной кухни всех народов мира.

Человеческое тело не может запасать белки, поэтому сбалансированное белковое питание требуется человеку каждый день. Взрослому человеку весом 82 кг требуется 79 г белка в день. Рекомендуется, чтобы при этом с белками поступало 10 - 12% всех калорий.

ТИП	ФУНКЦИЯ	ПРИМЕР
Структурные белки мышц	Сокращение, обеспечение двигательных функций.	Миозин (мышцы)
Белки соединительных тканей	Обеспечение целостности организма, защита от внешних воздействий	Кератин (кожа, волосы, ногти); коллаген (сухожилия)
Хромосомные белки	Часть структуры хромосом	Гистоны
Белки мембран	Контроль за потоком веществ внутрь и вовне организма, передача информации внутри организма	Рецепторы
Транспортные белки	Переносчики кислорода и других веществ	Гемоглобин

Основные биологические функции белков

Белки входят в состав каждой клетки и составляют около 50% ее сухой массы. Они играют ключевую роль в обмене веществ, реализуют важнейшие биологические функции, составляющие основу жизнедеятельности всех организмов.
Среди большого разнообразия функций, выполняемых белками, первостепенное значение имеют структурная, или пластическая, и каталитическая. Это универсальные функции , поскольку они присущи всем живым организмам — от микробной клетки до высших представителей растений и животных, включая человека.

Функции белков

Структурные белки формируют каркасы внутриклеточных органелл и внеклеточных структур, а также участвуют в стабилизации клеточных мембран. Таким образом, все клетки, а следовательно, и ткани, и организм в целом строятся из белков, которые и определяют структуру и форму органелл, клеток, тканей и всего организма.
Примерами структурных белков могут служить коллаген и эластин, составляющие основу соединительной и костной тканей высших животных и человека. При кипячении коллагена образуется желатин, применяющийся в пищевой промышленности. К структурным белкам относятся кератины, составляющие основу роговых производных эпидермиса кожи — волос, ногтей, шерсти, когтей, рогов, копыт, перьев, клювов, панцирей, игл и т.п., а также фиброин шелка, паутины.
Каталитически активными белками являются ферменты. Они ускоряют почти все химические реакции, протекающие в живых организмах, обеспечивая тем самым необходимые для обменных процессов скорости.
Многие белки, присущие тем или иным группам живых организмов, выполняют специфические функции , среди которых наиболее важными являются транспортная, регуляторная, защитная, рецеп-торная, сократительная, запасная и др.
Транспортные белки переносят различные молекулы и ионы внутри организма. Например, гемоглобин стоком крови переносит кислород от легких к тканям и диоксид углерода от тканей к легким у животных и человека, а миоглобин транспортирует кислород к митохондриям внутри клеток красных мышц. Сывороточный альбумин является переносчиком многих транспортируемых кровью веществ — жирных кислот, ионов некоторых металлов и др.
К белкам данной группы также относят специфические белки, с помощью которых различные вещества перемещаются через клеточные мембраны.
Регуляторные белки участвуют в регуляции обмена веществ как внутри клеток, так и в целом организме. Например, такие сложные процессы, как биосинтез белков и нуклеиновых кислот, протекают под строгим «контролем» множества регуляторных белков. Специфические белковые ингибиторы регулируют активность многих ферментов.
Характерной особенностью этой группы белков является способность воздействовать на фундаментальные механизмы обмена веществ. Например, инсулин — это гормон белковой природы, вырабатываемый поджелудочной железой человека и животных. Он служит сигнальным веществом, регулирующим концентрацию глюкозы в крови. При недостатке инсулина в организме развивается тяжелая болезнь — сахарный диабет.
Защитные белки формируют защитную систему живых организмов. Например, иммуноглобулины (антитела) и интерфероны предохраняют организм от проникновения в его внутреннюю среду различных антигенов (от англ. antibody generator — производитель антитела) — вирусов, бактерий, чужеродных клеток и тканей. Они вырабатываются животными организмами в ответ на атаку патогенов или чужеродных частиц, распознают и инактивируют их, тем самым защищая организм от негативного воздействия антигенов.
Защитную функцию выполняет также белок свертывающей системы крови фибриноген, препятствующий потере крови при повреждениях кровеносных сосудов.
Рецепторные белки воспринимают сигналы, поступающие из внешней среды, и воздействуют на внутриклеточные процессы. Например, белки-рецепторы, сосредоточенные на поверхности клеточных мембран, избирательно взаимодействуют с регуляторными молекулами (например, гормонами); рецепторные белки органов чувств взаимодействуют с такими сигналами, как свет, цвет, вкус, запах, звук, и передают полученную информацию в биологические системы. Такими белками являются родопсин, участвующий в зрительном акте, вкусовой сладкочувствительный и обонятельный белки и др.
Сократительные белки обладают механохимическими свойствами, т.е. способностью преобразовывать свободную химическую энергию в механическую работу. Например, белки мышц миозин и актин обеспечивают мышечное сокращение и расслабление.
Запасные белки представляют собой резервный материал, предназначенный для питания развивающихся клеток. Запасными белками являются яичный альбумин, глиадин пшеницы, зеин кукурузы, казеин молока и др.
Запасные белки — важнейший источник пищевого белка для человека, в особенности запасные белки семян растений. Эти белки обладают существенным биохимическим отличием от белков вегетативных частей растений (стеблей, листьев, корней). Будучи запасными, белки семян являются инертными по сравнению с активно функционирующими на протяжении всего периода жизни растений белками стеблей, листьев и корней. При прорастании семян запасные белки мобилизуются, что связано с их гидролизом.
Токсические белки вырабатывают некоторые организмы в качестве защиты от потенциальных врагов. Например, они встречаются в ядах змей, скорпионов, семенах растений (рицин клещевины, лектины бобовых и др.), у микроорганизмов (холерный, дифтерийный токсины и др.).

Работа и функции белков лежат в основе структуры любого организма и всех протекающих в нем жизненных реакций. Любые нарушения этих белков приводят к изменению самочувствия и нашего здоровья. Необходимость изучения строения, свойств и видов белков кроется в многообразии их функций.

Определение Ф.Энгельса "Жизнь есть способ существования белковых тел" до сих пор, по прошествии полутора веков, не потеряло своей правильности и актуальности.

Структурная функция

Вещество соединительной ткани и межклеточный матрикс формируют белки коллаген , эластин , кератин , протеогликаны .
Непосредственно участвуют в построении мембран и цитоскелета (интегральные, полуинтегральные и поверхностные белки) – спектрин (поверхностный, основной белок цитоскелета эритроцитов), гликофорин (интегральный, фиксирует спектрин на поверхности).
К данной функции можно отнести участие в создании органелл – рибосомы .

Ферментативная функция

Все ферменты являются белками.

В то же время есть данные о существовании рибозимов , т.е. рибонуклеиновых кислот, обладающих каталитической активностью.

Гормональная функция

Регуляцию и согласование обмена веществ в разных клетках организма осуществляют гормоны. Такие гормоны как инсулин и глюкагон являются белками, все гормоны гипофиза являются пептидами или небольшими белками.

Рецепторная функция

Эта функция заключается в избирательном связывании гормонов, биологически активных веществ и медиаторов на поверхности мембран или внутри клеток.

Транспортная функция

Только белки осуществляют перенос веществ в крови , например, липопротеины (перенос жира), гемоглобин (транспорт кислорода), гаптоглобин (транспорт гема), трансферрин (транспорт железа). Белки транспортируют в крови катионы кальция, магния, железа, меди и другие ионы.

Транспорт веществ через мембраны осуществляют белки - Na + ,К + -АТФаза (антинаправленный трансмембранный перенос ионов натрия и калия), Са 2+ -АТФаза (выкачивание ионов кальция из клетки), глюкозные транспортеры .

Резервная функция

В качестве примера депонированного белка можно привести производство и накопление в яйце яичного альбумина .
У животных и человека таких специализированных депо нет, но при длительном голодании используются белки мышц, лимфоидных органов, эпителиальных тканей и печени .

Сократительная функция

Существует ряд внутриклеточных белков, предназначенных для изменения формы клетки и движения самой клетки или ее органелл (тубулин , актин , миозин ).

Защитная функция

Защитную функцию, предупреждая инфекционный процесс и сохраняя устойчивость организма, выполняют иммуноглобулины крови, факторы системы комплемента (пропердин), при повреждении тканей работают белки свертывающей системы крови - например, фибриноген, протромбин, антигемофильный глобулин. Механическую защиту в виде слизистых и кожи осуществляют коллаген и протеогликаны .

К данной функции также можно отнести поддержание постоянства коллоидно-осмотического давления крови, интерстиция и внутриклеточных пространств, а также иные функции белков крови .

Белковая буферная система участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния .

Существуют белки, которые являются предметом особого изучения:

Монеллин – выделен из африканского растения, обладает очень сладким вкусом, не токсичен и не способствует ожирению.

Резилин – обладает почти идеальной эластичностью, составляет „шарниры" в местах прикрепления крыльев насекомых.

Белки со свойствами антифриза обнаружены у антарктических рыб, они предохраняют кровь от замерзания

• Вперёд >

Белки являются высшей формой организации материи на молекулярном уровне. Не существует ни одного процесса или структуры, в которых не было бы задействовано белков. Их функции разнообразны и в то же время универсальны. Недаром в науке говорят, что жизнь – это способ существования белковых тел.

Звеньями белков служат аминокислоты, получившие своё название потому, что они состоят из аминогруппы, обусловливающей щелочные свойства, и кислотной группировки.

Существует несколько типов «упаковки» белков в пространстве.

Первичная структура является цепью с определённой последовательностью аминокислот.

В живой клетке белковые молекулы имеют спирализованные участки. Это не что иное как вторичная структура .

Третичная структура – определённым образом уложенная в пространстве нить белка. При этом спираль обычно принимает вид глобы или клубка.

В четвертичную структуру укладываются белки, имеющие две и более различных по первичной структуре цепей.

Функции белков. Таблица

Функции	Роль
строительная	из поступивших извне аминокислот синтезируются присущие данному организму белки
структурная	белки служат составляющей всех клеточных органоидов
синтезная (каталитическая)	белки выступают ферментами
регулирующая (гормональная)	гормоны следят за деятельностью ферментов, контролируют биофизиологические процессы
защитная (иммунологическая)	при внедрении в кровь микробов вырабатываются антитела, иммуноглобулины
энергетическая	при малом количестве жиров или углеводов разрушаются молекулы белков, выделяя энергию
сигнальная (опознавательная)	белки, встроенные на поверхности мембраны, способны менять свою координацию в пространстве в ответ на внешние факторы
рецепторная	каждый гормон и физиологически активное соединение имеют свой рецептор
транспортная	белки могут прикрепляться к различным веществам и доставлять их из одного отсека клетки в другой
двигательная	белки отвечают за сокращение мышц и т.д. миофибриллы – сократительные белки
функция образования биокомплексов	биокомплексы регулируют работу внутренних мембран и органелл клетки

Роль белков для организма человека

Строительная функция. Питательные вещества, поступающие с пищей, не являются идентичными белкам, жирам и углеводам нашего организма.

Так, белки в желудке под действием фермента пепсина лизируются до аминокислот. Они, в свою очередь, транспортируются в тонкий кишечник, где преобразуются в новые, «свои» аминокислоты, поступающие затем в лимфу и клетку.

Таким образом, в организме из внешних аминокислот вновь строятся белки, присущие конкретному организму .

Структурная функция. Частным случаем строительной служит структурная роль белковых веществ. Клеточная стенка и мембрана любого её органоида представляет собой белок с жировыми включениями. Микротрубочки и филаменты, участвующие в расхождении ядер к противоположным полюсам клетки при делении, имеют белковую природу.

Синтезная функция. В любой клетке непрерывно случаются миллионы реакций. Почти все они идут с участием белков (ферментов). Биологические катализаторы – ферменты – в разы ускоряют протекание биореакций.

Все ферменты являются белками. Каждый из них отвечает за протекание строго одного превращения или нескольких реакций одного вида. Например, жиры разлагаются до более простых составляющих – глицерина и высших жирных кислот – особым ферментом, действию которого не подвержены углеводы или белки. В свою очередь, биокатализатор, отвечающий за расщепление сахаров, не воздействует на жиры или белки.

Регулирующая функция. Все физиологически активные вещества чаще всего выступают белками . Так, гормон поджелудочной железы инсулин (представляет собой последовательность 51 аминокислоты) обеспечивает запасание молекул глюкозы в печени в виде полисахарида гликогена, который при углеводном голодании вновь будет расщепляться до молекул глюкозы.

Гормоны несут наиважнейшую функцию, подчиняя себе деятельность ферментов.

Защитная функция. На внедрение вирусов, бактерий и иных чужеродных существ и веществ организм отвечает продукцией защитных белков – антител. Они блокируют чужеродные агенты, подавляя их физиологическую активность.

На каждый токсин организм образует свои антитела.

Среди миллионов чужих белков они узнают нужный и только с ним взаимодействуют. Эта способность лежит в основе иммунитета .

• Защитная функция проявляется и в способности крови к свёртыванию. В этом участвует фибриноген.
• Интерферон вырабатывается в ответ на атаку вирусов.
• Лизоцим слюны защищает от микроорганизмов.
• Иммуноглобулины нейтрализуют вредные воздействия.

Энергетическая функция. Ошибочно мнение, будто углеводы – самые высококалорийные вещества. Они лишь быстрее усваиваются. По энергетической ценности белки им нисколько не уступают.

При горении 1 г белка выделяется такое же количество энергии, как при горении углеводов, т.е. 4,1 ккал (16,1 кДж).

При недостатке углеводов и жиров начинают окисляться молекулы белков, высвобождая заключённую в них энергию химических связей. Вышедшая энергия покрывает расходы на осуществление процессов жизнедеятельности.

Сигнальная функция. Высокая специфичность связывания антител с определённым антигеном (чужеродным веществом) достигается благодаря тому, что на поверхности как антигена, так и антитела располагаются особые белки, которые взаимодействуют только друг с другом.

По этому же принципу молекула гормона «узнаёт» клетку-мишень, осуществляя эндокринный контроль.

Рецепторная функция. Частным случаем предыдущей функции служит рецепторная роль белков. Для того чтобы клетки организма могли «узнать» друг друга или идентифицировать токсин, на их поверхности должны находиться опознавательные молекулы – рецепторы, которые являются белками. На механизме распознавания основано много жизненно важных процессов.

Транспортная функция. Белки, имеющие мелкие подвижные хорошо растворимые молекулы, подходят для осуществления транспорта веществ. Гемоглобин состоит из небелковой части – гема – и белка глобина.

• Гемоглобин доставляет клеткам и тканям кислород.
• Высшие жирные кислоты, витамины, лекарства также переносятся белками.
• Альбумины плазмы крови переносят жировые элементы.

Двигательная функция. Белки с нитеобразными молекулами являются составным компонентом мышц. Они способны удлиняться, укорачиваться и растягиваться и обеспечивают двигательную активность клеток. Так, тропомиозин, тропонин, актин и миозин осуществляют мышечное сокращение. Белки, обеспечивающие расхождение хромосом, также выполняют двигательную роль.

Функция образования биокомплексов. Организм человека – настолько сложная система,что для реализации какого бы то ни было акта необходимо протекание нескольких этапов реакций. За контролем таких многоступенчатых процессов следит не один белок, а целый каскад , где каждый компонент выполняет свою работу и надстройку в том случае, если что-то пошло не так.

Нет клетки или органа, в котором не присутствовали бы белковые компоненты. Без этих молекул невозможно осуществление физиологических процессов.