Белки несут важнейшие функции в организме

Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является по­стоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь. Ос­нову всего живого действительно составляют белки. Без белков жизнь на Земле невозможна. Простейшие живые организмы, не гово­ря уж о человеке, состоят не из одних только белков. В со­став живых систем входит огромное количество разнообраз­ных химических веществ. Многие из них абсолютно необхо­димы для нормальной жизнедеятельности. Это относится не только к сложным органическим соединениям, но и ко мно­гим неорганическим веществам и даже отдельным элемен­там. Железо, например, составляет всего лишь четыре ты­сячных процента общего состава человеческого тела, однако без железа человек жить не может. Крайне важны для нор­мальной жизнедеятельности (в очень малых количествах) медь, кобальт, цинк, натрий и другие элементы. Недостаток их в организме влечет за собой развитие тяжелейших рас­стройств процессов обмена веществ.

 

Белки - строительный материал организма

И все же главным ве­ществом любой живой системы являются белки. Основу жизни составляют непрерывно и автоматически протекающие в организме превращения химических веществ и взаиморегуляция этих процессов. А это возможно только в присутствии белков. Практически все процессы превраще­ния веществ осуществляются ферментами — биологическими катализаторами белковой природы. Особая роль ферментов в процессах обмена очень ярко выявляется в случаях так называемых наследственных болезней. Известны заболева­ния, когда в организме не образуется тот или иной фермент. При этом развиваются тяжелые патологические состояния, нередко приводящие к гибели больного.

Если в организме новорожденного отсутствует, например, один из ферментов, принимающих участие в углеводном обмене — так называе­мая гамма-амилаза,— нарушаются функции ряда органов, в том числе мозга. Аналогичная картина наблюдается и в тех случаях, когда в организме не образуется тот или иной фермент, при по­мощи которого осуществляется превращение различных аминокислот и других органических соединений. Белки — важный регулятор функций органов и тканей че­ловека. Это относится к гормонам щитовидной и паращито­видной желез и гипофиза, ко многим небольшим белковым частицам — физиологически активным пептидам, участвую­щим в регуляции артериального давления, пищеварения и других процессов.

Какие функции несут белки

Особо важны защитные функции белков. Когда в кровь человека попадают микробы, яд змей и другие чуже­родные белки, в организме образуются специфиче­ские белки — так называемые антитела,— которые и обеспе­чивают защиту организма от вредных факторов. В случае повреждения сосудов формируются белковые сгустки, закрывающие рану и тем самым предотвращающие опасную для жизни кровопотерю. Вся система крови пред­ставляет собой сложную белковую систему. Защитными свойствами обладают кожные и слизистые покровы. Известно, что они могут успешно бороться с бо­лезнетворными бактериями. Важную роль здесь также игра­ют белки-ферменты. В слезах и слюне содержится белок — фермент лизоцим. Он очень быстро растворяет некоторые виды микробов. С ферментами связан еще один защитный механизм: микробы, попавшие в ткани, захватываются осо­быми клетками — фагоцитами. Внутри этих клеток содержат­ся ферменты, уничтожающие микробов. Один из белков, клетки, интерферон, препятствует размножению вирусов.

Белки — это важный компонент и системы дыхания. Белок гемоглобин служит переносчиком кислорода и углекислого газа в организме. Наши глаза выполняют свою основную функцию также с помощью белков. Главная составная часть мышц — сократитель белок. И еще много, много других функций в организме выполняют белки. Они являются основным структурным элементом клеток и тканей организма. У взрослого человека, например, весяще­го 70 килограммов, 42 килограмма составляет вода; жиры и жироподобные вещества — приблизительно 10 килограммов; углеводы —700 граммов; нуклеиновые кислоты и минеральные вещества — около 3,5 килограмма; на долю белков приходит­ся 14 килограммов. В организме любого живого существа содержатся многие тысячи различных белков, обладающих уникальной структурой и неповторимыми индивидуальными свойствами.

Хотя почти все живые существа — от простейших до че­ловека — имеют сходные по функциям и общему типу строе­ния белки, каждый вид живых организмов обладает своими, свойственными только ему белками. Этим и объясняется, что для человека, например, любые сходные по функциям белки животных и растений являются чужеродными. Больше того: одни и те же белки у разных людей отличаются по своим иммунным свойствам. Вот почему в принципе не удаются пе­ресадки органов и тканей от одного человека к другому. Несовместимостью белков тканей объясняются в конце кон­цов и неудачи с трансплантацией сердца. Эту проблему можно решить в полном объеме только тог­да, когда будет решена проблема преодоления чужеродности белков.

Каждый организм, получая с пищей белки, сначала раз­рушает их. Затем из продуктов распада создаются свойст­венные данному организму новые белковые молекулы. Пи­щевые белки, попав в желудок и кишечник, под действием ферментов распадаются на аминокислоты. Эти составные элементы белков всасываются стенкой кишечника, поступают в кровь и переносятся ко всем клеткам органов и тканей. Часть свободных аминокислот служит строительным мате­риалом для собственных белков организма, а часть — под­вергается дальнейшим химическим превращениям.

Аминокислоты

Из 20 аминокислот, входящих в состав пищевых белков, двенадцать взаимозаменимы, так как легко образуются в ор­ганизме, лишь бы был в достаточном количестве азот, не­обходимый для их синтеза. Иначе обстоит дело с остальны­ми восемью аминокислотами, получившими название неза­менимых. Они не синтезируются в организме и должны в определенных количествах поступать с пищей. Пищевая ценность белков определяется в первую оче­редь содержанием в них незаменимых аминокислот. Полно­ценные пищевые белки с полным набором таких аминокис­лот содержатся, например, в мясе, яйцах, молоке, твороге.

Аминокислоты в белках соединены между собою и образуют длинные, так называемые пептидные цепи. Кислотная группа одной аминокислоты связана с амин­ной группой второй аминокислоты, а кислотная группа второй аминокислоты связана с аминной группой третьей амино­кислоты и так далее. Полипептидные цепи белков могут со­стоять из нескольких десятков и даже сотен последователь­но соединенных друг с другом аминокислот. Порядок чере­дования, то есть тот порядок, в котором аминокислоты следуют друг за другом в цепи, определяет все свойства бел­ковой молекулы.

Развернутую цепь белковой молекулы для наглядности можно сравнить с древним узелковым корейским или перу­анским письмом. «Книга», написанная таким письмом, состоя­ла из длинной веревки, с которой свисали более тонкие ко­роткие веревочки с завязанными узелками. Числом и фор­мой завязанных узелков авторы сообщали о важнейших со­бытиях того времени. И, подобно веревке в узелковой «кни­ге», связанные друг с другом в молекуле белка аминные и кислотные группы образуют ту ось, ту длинную нить, на ко­торой располагаются более короткие углеродные цепочки аминокислот. И «набраны» они тоже не хаотично, не случай­но. Располагаясь в определенной последовательности, они несут информацию о тех свойствах, которые имеет непов­режденная молекула данного белка.

Углеродные цепочки аминокислот в полипептидной цепи под действием электростатических сил притягиваются и от­талкиваются. Цепь белковой молекулы местами винтообраз­но скручивается, местами растягивается и приобретает фор­му клубка определенной геометрической формы. И только в таком виде молекула белка обладает всеми своими хими­ческими и биологическими свойствами. Следовательно, поря­док чередования аминокислот в цепи молекулы предопреде­ляет ее форму, а форма молекулы предопределяет биоло­гические свойства данного белка.

Молекулы белков разнообразны по форме и включают в себя неодинаковое количество аминокислот. Так, белки во­лос и соединительной ткани имеют вытянутую форму и содер­жат несколько сотен аминокислот. Молекулы гемоглобина со­стоят из четырех соединившихся вместе клубков. Причем каждый клубок — это полипептидная цепь из 150 аминокис­лот. Молекулы белков некоторых вирусов представляют со­бой множество сцепленных вместе эллипсоидных частиц и на­поминают кисть винограда. Синтез белков происходит в протоплазме клеток во внутриклеточных частицах, называемых рибосомами. Этот процесс регулируется генами, расположенными в ядрах клетки. Механизмы синтеза белков очень сложны и, несмот­ря на успехи в их расшифровке, еще не до конца известны.

Когда под действием ряда условий (попавшие в организм яды, радиоактивные вещества, вирусы) изменяется строение ядерного вещества клеток, нарушается и синтез белков. Это приводит обычно к тяжелым заболеваниям, причем нередко они бывают наследственными. Медицине известны, в частно­сти, тяжелые наследственные болезни крови — гемолитиче­ские анемии. Особенно тяжело они протекают в тех случаях, когда ребенок наследует патологические признаки от обоих родителей. С первых же месяцев жизни в организме больно­го происходит массовое разрушение эритроцитов. Они склеи­ваются и закупоривают кровеносные сосуды. В результате поражаются жизненно важные органы — печень, почки, се­лезенка. В крови больных обнаруживают ненормальные ге­моглобины, в которых одна какая-нибудь аминокислота за­менена другой. Такой гемоглобин мало отличается от нор­мального по своим химическим качествам, но утрачивает не­которые физиологические свойства. Сейчас описано много разновидностей подобных заболеваний, объединенных общим названием гемоглобикозов.

Обновление белков в организме

Белки, образующие ткани и органы человека, постоян­но обновляются. Старые молекулы, просуществовав­шие определенное время, уничтожаются, а вместо них синтезируются новые. Часть старых молекул, пройдя ряд пре­вращений, окисляется и выводится из организма, а часть ис­пользуется для синтеза новых белковых молекул. Потери аминокислот, обусловленные их окислением и вы­ведением из организма, должны постоянно восполняться аминокислотами, содержащимися в белках пищи. Поэтому белки совершенно незаменимы в ежедневном меню челове­ка любого возраста. Если же людям или животным продол­жительное время давать безбелковую пищу или пищу, в ко­торой отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота, то первым сигналом белкового дефицита будет резкая поте­ря веса тела. Затем развиваются патологические изменения в различных органах, в первую очередь в печени, поджелу­дочной железе.

Мы пока не все знаем о биологических функциях и превращениях белков в организме. Последние десятилетия ознаменовались огромными успехами в изучении строения белков и механизма их синтеза. Сейчас известно не только строение белков,— некоторые из них уже синтези­рованы в химических лабораториях. Расшифрованы многие стадии образования новых белковых молекул, изучены неко­торые механизмы управления этим процессом. Но еще не­достаточно сделано для выяснения химических основ многих тяжелейших заболеваний, обусловленных в конечном счете нарушениями белкового обмена. Можно надеяться, что в ближайшие пятнадцать — двадцать лет эта проблема будет в принципе решена.