Какие функции выполняют белки в клетке: Основные функции белков в организме, их свойства и роль

Основные функции белков в организме, их свойства и роль

Поможем понять и полюбить химию

Начать учиться

Генетическая информация о структуре и функциях всех белков в организме передается нам от родителей с помощью специальных белков. К тому же эти вещества определяют структуру и форму клетки, обеспечивают узнавание и связывание различных молекул, а также катализ и регуляцию химических реакций, протекающих в наших телах. И это все еще неполный список функций белков в организме человека!

Что такое белки

Белки — это высокомолекулярные органические соединения, которые состоят из аминокислотных остатков, соединенных между собой пептидной связью.

Этот класс органических веществ можно рассматривать с точки зрения двух наук: биологии и химии. Начнем с биологической роли белков.

Полезные подарки для родителей

В колесе фортуны — гарантированные призы, которые помогут наладить учебный процесс и выстроить отношения с ребёнком!

Биологические функции белков

Строительная, или пластическая

Белки являются основой структурного материала всех клеточных мембран, так как образуют основу протоплазмы любой живой клетки. Наверняка вам известны такие белки, как коллаген, кератин и эластин. Именно они составляют основу соединительной ткани организма и обеспечивают ее прочность.

Транспортная

Эта функция заключается в присоединении химических элементов или биологически активных веществ, то есть гормонов, и в перемещении их к различным тканям и органам тела. Например, гемоглобин является переносчиком кислорода в крови, а также принимает участие в транспорте углекислого газа. Перенос насыщенных жирных кислот в крови по организму происходит при участии альбумина. Трансферрин переносит ионы железа, а особые белки участвуют в переносе ионов натрия и калия через мембрану клетки.

Регуляторная

Белки играют роль в регуляции и согласовании обмена веществ в различных клетках организма. Например, инсулин регулирует уровень глюкозы в крови, а также увеличивает образование жиров из углеводов.

Защитная

При попадании в организм чужеродного белка или микроорганизма образуются особые белки — антитела. Защитой организма от чрезмерной кровопотери является превращение белка фибриногена. Конечно, в этом процессе участвуют и другие белки, например тромбин, а также множество других факторов свертывания. Защиту нашего желудка от воздействия сильнокислой среды обеспечивает белок муцин, основу кожи составляет коллаген, а кератин является белком защитного волосяного покрова.

Двигательная

Двигательную функцию обеспечивают специальные сократительные белки, например актин и миозин, которые участвуют в сокращении скелетных мышц.

Сигнальная

В поверхность мембраны клетки встроены рецепторы (молекулы белков), которые в ответ на воздействие внешней среды способны изменять свою структуру, передавая команды в клетку.

Запасающая

Белки способны образовывать запасные отложения — правда, в организме животных белки, как правило, не запасаются. Но на каждое правило всегда найдется исключение — это альбумин, который содержится в яйцах, и казеин молока. Благодаря белкам в организме могут откладываться, например, ионы железа, которые впоследствии образуют комплекс с белком ферритином.

Энергетическая

Белки могут распадаться в клетке до составляющих, то есть до аминокислот. Часть этих аминокислот подвергается расщеплению, в ходе которого высвобождается энергия. При расщеплении 1 грамма белка выделяется 17,6 кДж, или 4,2 ккал, энергии. Но в этой роли белки используются крайне редко.

Каталитическая

Белки, которые называются ферментами, способны ускорять биохимические реакции, происходящие в клетке, — в этом заключается каталитическая функция белков.

Питательная, или резервная

Эту функцию выполняют резервные белки, которые являются источником питания для плода. Такими белками могут быть казеин — белок молока, овальбумины — белки яйца, проламины и глютелины — белки растений.

Функция антифриза

Антифризные белки способны понижать температуру замерзания раствора в клетках, чтобы предупредить замерзание в условиях низких температур.

Белки как класс органических соединений

А теперь рассмотрим белки с точки зрения химии. В состав белков живых организмов входит только 20 типов аминокислот. Все они являются альфа-аминокислотами, а состав белка и порядок соединения аминокислот друг с другом определяется индивидуальным генетическим кодом.

Перед нами пример альфа-аминокислоты, которая называется альфа-аминопропановой. В строении аминокислоты можно выделить две функциональные группы: карбоксильную (—СООН), которая отвечает за кислотные свойства, и аминогруппу (—NH₂), которая, в свою очередь, отвечает за основные свойства.

Отсюда можно сделать вывод, что все аминокислоты являются амфотерными соединениями и способны реагировать друг с другом по разным функциональным группам с образованием пептидной связи:

Химические свойства белков очень ограниченны. Давайте их рассмотрим.

Гидролиз

Все белки способны вступать в реакцию гидролиза. В общем виде данная реакция выглядит следующим образом:

Белок + nH₂O = смесь из α-аминокислот.

Денатурация

Денатурация — это разрушение вторичной, третичной и четвертичной структур белка без разрушения его первичной структуры.

Напомним виды структур белка:

The image is a derivative of «Protein structure vector illustration» by VectorMine on Shutterstock.

Денатурация может быть обратимой, а может быть необратимой:

• обратимая денатурация:

• необратимая денатурация:

Как видно из условий, обратимость зависит от условий протекания реакций. Чем они жестче, тем меньше вероятность обратимости реакции.

Биуретовая реакция (качественная реакция на белок)

Раствор белка + NaOH_{(10%-й р-р)} + CuSO₄ = фиолетовое окрашивание.

Ксантопротеиновая реакция (качественная реакция на белок)

Растворы белка при кипячении с концентрированной азотной кислотой окрашиваются в желтый цвет:

Раствор белка + HNO_{3 (конц)} = желтое окрашивание.

Реакция Фоля (цистеиновая проба)

Эта реакция является качественной для аминокислот, содержащих серу:

Белок + (CH₃COO)₂Pb + NaOH = PbS + черное окрашивание.

Вопросы для самопроверки

1. Какая из структур белка является самой прочной?

   1. Первичная

   2. Вторичная

   3. Третичная

   4. Четвертичная

2. Какую из перечисленных функций способен выполнять белок?

   1. Результативную

   2. Регуляторную

   3. Регулятивную

   4. Растворную

3. За счет какой связи образуется первичная структура белка?

   1. Ионной

   2. Водородной

   3. Пептидной

   4. Ковалентной неполярной

4. При гидролизе белка получается (получаются). ..

   1. Аминокислоты, образующие этот белок

   2. Углекислый газ

   3. Аминокислота и вода

   4. Белок гидролизу не подвергается

5. Какая реакция с белком дает фиолетовое окрашивание?

   1. Ксантопротеиновая

   2. Цистеиновая

   3. Биуретовая

   4. Денатурация

Еще больше наглядных примеров функций белков в клетках живых организмов — на онлайн-курсах химии в Skysmart. Мы поможем полюбить предмет, разобраться в непонятных темах, улучшить оценки в школе и подготовиться к государственным экзаменам. Выберите подходящий курс и начните учиться с удовольствием!

Ответы на вопросы

1. a

2. b

3. c

4. a

5. c

Ксения Боброва

К предыдущей статье

Алканы

К следующей статье

Реакции обмена и химические уравнения для них

Получите план обучения, который поможет понять и полюбить химию

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

Белки | Tervisliku toitumise informatsioon

Белки составляют примерно 15–20% массы тела человека, что при весе в 70 кг дает около 12 кг. Основные задачи белков – обеспечение роста, построения и развития организма. Белковый состав имеют почти все энзимы и часть гормонов. Белки активно участвуют в производстве антител и обеспечивают крепость и активность иммунной системы, а также участвуют в транспортировке многих соединений.

Белки состоят из аминокислот, подразделяемых на незаменимые, которые нужно получать с пищей, и заменимые, которые организм способен синтезировать самостоятельно. Незаменимыми для человека аминокислотами являются изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин и гистидин.  Заменимыми для человека аминокислотами являются аланин, аспарагин, аспарагиновая кислота, цистеин, глютамин, глютаминовая кислота, глицин, пролин, серин и тирозин. Разные продукты содержат разные сочетания и количества аминокислот.

Белки животного происхождения (белки яиц, молока, рыбы и мяса) содержат больше незаменимых аминокислот по сравнению с белками растительного происхождения. К сожалению, источники многих незаменимых животных белков слишком насыщены жиром. Довольно хороший аминокислотный состав имеют также белки, содержащиеся в сое, рисе, орехах и семенах.

В части белков (например, белках зерновых растений) недостает некоторых незаменимых аминокислот. Их дефицит можно компенсировать небольшим количеством белков животного происхождения, например, приготовить манную кашу на молоке, добавить в макароны сыр и т.д.

Белки выполняют в организме множество функций:

• они необходимы для роста и строительства клеток организма,
• почти все энзимы и часть гормонов имеют белковый состав,
• активно участвуют в производстве антител и обеспечивают крепость и активность иммунной системы,
• участвуют в транспортировке многих соединений,
• дают пищевую энергию: 1 г = 4 ккал.

Рекомендуется покрывать белками 10–20 % суточной потребности в энергии. Человеку с потребностью в энергии 2000 ккал в сутки следует употреблять: от 0,1 x 2000 ккал / 4 ккал = 50 г до 0,20 x 2000 ккал/ 4 ккал = 100 г белков.

Лучшими источниками белков животного происхождения являются яйца, молочные продукты (например, творог, сыр, зернистый творог), рыба, птица, мясо. Лучшими источниками белков растительного происхождения являются бобовые, орехи, семена и зерновые продукты. Серьезный недостаток белка приводит к отекам и мышечной слабости, изменениям волос и кожи. Белковый дефицит часто возникает вместе с дефицитом энергии, обусловленным недостатком белков и других питательных веществ в результате общего дефицита питательных веществ.

Длительное питание продуктами с чрезмерным содержанием белка вредно, поскольку нагружает почки и печень, может вызвать подагру и повышает риск возникновения аллергии. Энергия, получаемая с белками, в долгосрочной перспективе не должна превышать 20 % суточной пищевой энергии.

Функция белков | Биология для специальностей I

Результаты обучения

• Определение нескольких основных функций белков

Основные типы и функции белков перечислены в таблице 1.

Таблица 1. Типы и функции белков
Тип	Примеры	Функции
Пищеварительные ферменты	Амилаза, липаза, пепсин, трипсин	Помощь в переваривании пищи путем катаболизма питательных веществ в мономерные единицы
Транспорт	Гемоглобин, альбумин	Переносят вещества с кровью или лимфой по всему телу
Структурный	Актин, тубулин, кератин	Создание различных структур, таких как цитоскелет
Гормоны	Инсулин, тироксин	Координация деятельности различных систем организма
Защита	Иммуноглобулины	Защита организма от чужеродных патогенов
Сократительный	Актин, миозин	Эффект сокращения мышц
Хранение	Запасные белки бобовых, яичный белок (альбумин)	Обеспечивает питание на раннем этапе развития зародыша и проростка

Двумя особыми и распространенными типами белков являются ферменты и гормоны. Ферменты , которые вырабатываются живыми клетками, являются катализаторами биохимических реакций (например, пищеварения) и обычно представляют собой сложные или сопряженные белки. Каждый фермент специфичен для субстрата (реагента, который связывается с ферментом), на который он действует. Фермент может помочь в реакциях распада, перегруппировки или синтеза. Ферменты, которые расщепляют свои субстраты, называются катаболическими ферментами, ферменты, которые строят из своих субстратов более сложные молекулы, называются анаболическими ферментами, а ферменты, влияющие на скорость реакции, называются каталитическими ферментами. Следует отметить, что все ферменты увеличивают скорость реакции и поэтому считаются органическими катализаторами. Примером фермента является амилаза слюны, которая гидролизует свой субстрат амилозу, компонент крахмала.

Гормоны представляют собой химические сигнальные молекулы, обычно небольшие белки или стероиды, секретируемые эндокринными клетками, которые контролируют или регулируют определенные физиологические процессы, включая рост, развитие, обмен веществ и размножение. Например, инсулин — это белковый гормон, который помогает регулировать уровень глюкозы в крови.

Белки имеют различную форму и молекулярную массу; некоторые белки имеют глобулярную форму, тогда как другие имеют волокнистую природу. Например, гемоглобин представляет собой глобулярный белок, а коллаген, обнаруженный в нашей коже, представляет собой волокнистый белок. Форма белка имеет решающее значение для его функции, и эта форма поддерживается множеством различных типов химических связей. Изменения температуры, рН и воздействие химических веществ могут привести к необратимым изменениям формы белка, что приведет к потере функции, известной как денатурация. Различное расположение одних и тех же 20 типов аминокислот составляют все белки. Недавно были обнаружены две новые редкие аминокислоты (селеноцистеин и пирролизин), и этот список может быть дополнен новыми открытиями.

Кратко: Функция белков

Белки представляют собой класс макромолекул, которые выполняют в клетке разнообразные функции. Они помогают в обмене веществ, обеспечивая структурную поддержку и действуя как ферменты, переносчики или гормоны. Строительными блоками белков (мономеры) являются аминокислоты. Каждая аминокислота имеет центральный углерод, который связан с аминогруппой, карбоксильной группой, атомом водорода и группой R или боковой цепью. Существует 20 часто встречающихся аминокислот, каждая из которых отличается группой R. Каждая аминокислота связана со своими соседями пептидной связью. Длинная цепь аминокислот известна как полипептид.

Белки организованы на четырех уровнях: первичном, вторичном, третичном и (необязательно) четвертичном. Первичная структура представляет собой уникальную последовательность аминокислот. Локальная укладка полипептида с образованием таких структур, как спираль α и складчатый лист β , составляет вторичную структуру. Общая трехмерная структура является третичной структурой. Когда два или более полипептида объединяются, образуя полную структуру белка, такая конфигурация известна как четвертичная структура белка. Форма и функция белка неразрывно связаны; любое изменение формы, вызванное изменением температуры или pH, может привести к денатурации белка и потере функции.

Попробуйте

У вас есть идеи по улучшению этого контента? Мы будем признательны за ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

9 Важные функции белка в организме

Белок помогает восстанавливать и строить ткани вашего тела. Он управляет метаболическими реакциями, поддерживает pH и баланс жидкости, а также укрепляет иммунную систему. Он также транспортирует и хранит питательные вещества и может выступать в качестве источника энергии.

Белок имеет решающее значение для хорошего здоровья.

На самом деле название происходит от греческого слова proteos , что означает «основной» или «первое место».

Белки состоят из аминокислот, которые соединяются вместе, образуя длинные цепи. Вы можете думать о белке как о цепочке бусинок, в которой каждая бусинка представляет собой аминокислоту.

Есть 20 аминокислот, которые помогают формировать тысячи различных белков в вашем теле.

Белки выполняют большую часть своей работы в клетке и выполняют различные функции.

Вот 9 важных функций белка в организме.

1. Рост и обслуживание

Ваше тело нуждается в белке для роста и поддержания тканей.

Тем не менее, белки вашего тела находятся в постоянном обмене.

В нормальных условиях ваш организм расщепляет такое же количество белка, которое используется для построения и восстановления тканей. В других случаях он расщепляет больше белка, чем может создать, тем самым увеличивая потребности вашего организма.

Обычно это происходит в периоды болезни, во время беременности и кормления грудью (1, 2, 3).

Людям, восстанавливающимся после травм или операций, пожилым людям и спортсменам также требуется больше белка (4, 5, 6).

Резюме

Белок необходим для роста и поддержания тканей. Потребность вашего организма в белке зависит от вашего здоровья и уровня активности.

2. Вызывает биохимические реакции

Ферменты — это белки, которые участвуют в тысячах биохимических реакций, протекающих внутри и снаружи ваших клеток (7).

Структура ферментов позволяет им соединяться с другими молекулами внутри клетки, называемыми субстратами, которые катализируют реакции, необходимые для вашего метаболизма (8).

Ферменты могут также функционировать вне клетки, такие как пищеварительные ферменты, такие как лактаза и сахараза, которые помогают переваривать сахар.

Некоторым ферментам для протекания реакции требуются другие молекулы, такие как витамины или минералы.

Функции организма, зависящие от ферментов, включают (9):

• Пищеварение
• Производство энергии
• Свертывание крови
• Сокращение мышц

Отсутствие или неправильное функционирование этих ферментов может привести к заболеванию (10).

Краткая информация

Ферменты — это белки, которые позволяют протекать ключевым химическим реакциям в организме.

3. Действует как посредник

Некоторые белки являются гормонами, которые являются химическими передатчиками, помогающими связи между вашими клетками, тканями и органами.

Они вырабатываются и секретируются эндокринными тканями или железами, а затем переносятся кровью к тканям или органам-мишеням, где связываются с белковыми рецепторами на поверхности клеток.

Гормоны можно разделить на три основные категории (11):

• Белки и пептиды: Они состоят из цепочек аминокислот, от нескольких до нескольких сотен.
• Стероиды: Производятся из жирового холестерина. Половые гормоны, тестостерон и эстроген, основаны на стероидах.
• Амины: Они производятся из отдельных аминокислот триптофана или тирозина, которые помогают вырабатывать гормоны, связанные со сном и обменом веществ.

Белки и полипептиды составляют большую часть гормонов вашего организма.

Некоторые примеры включают (12):

• Инсулин: Сигнализирует о поглощении клетками глюкозы или сахара.
• Глюкагон: Сигнализирует о распаде запасов глюкозы в печени.
• hGH (гормон роста человека): Стимулирует рост различных тканей, в том числе костной.
• АДГ (антидиуретический гормон): Сигнализирует почкам о реабсорбции воды.
• АКТГ (адренокортикотропный гормон): Стимулирует высвобождение кортизола, ключевого фактора метаболизма.

Резюме

Цепочки аминокислот различной длины образуют белки и пептиды, которые составляют несколько гормонов вашего организма и передают информацию между вашими клетками, тканями и органами.

4. Обеспечивает структуру

Некоторые белки являются волокнистыми и придают клеткам и тканям жесткость и жесткость.

Эти белки включают кератин, коллаген и эластин, которые помогают формировать соединительную основу определенных структур в вашем теле (13).

Кератин — это структурный белок, содержащийся в коже, волосах и ногтях.

Коллаген является наиболее распространенным белком в организме и структурным белком костей, сухожилий, связок и кожи (14).

Эластин в несколько сотен раз гибче коллагена. Его высокая эластичность позволяет многим тканям вашего тела возвращаться к своей первоначальной форме после растяжения или сокращения, например, матке, легким и артериям (15).

Резюме

Класс белков, известных как волокнистые белки, обеспечивает структуру, прочность и эластичность различных частей тела.

5. Поддерживает правильный уровень pH

Белок играет жизненно важную роль в регулировании концентрации кислот и оснований в крови и других жидкостях организма (16, 17).

Баланс между кислотами и основаниями измеряется с помощью шкалы рН. Он варьируется от 0 до 14, где 0 — самая кислая, 7 — нейтральная и 14 — самая щелочная.

Примеры значения pH общих веществ включают (18):

• PH 2: Желудочная кислота
• PH 4: Томатный сок
• PH 5: Черный кофе
• PH 7.4: PH 5: . Кровь человека
• pH 10: Молоко магнезии
• pH 12: Мыльная вода

Различные буферные системы позволяют жидкостям организма поддерживать нормальный уровень pH.

Необходимо постоянное значение pH, так как даже незначительное изменение pH может быть вредным или потенциально смертельным (19, 20).

Одним из способов, которым ваше тело регулирует уровень pH, является использование белков. Примером может служить гемоглобин, белок, из которого состоят эритроциты.

Гемоглобин связывает небольшое количество кислоты, помогая поддерживать нормальное значение рН крови.

Другие буферные системы в вашем организме включают фосфатную и бикарбонатную (16).

Резюме

Белки действуют как буферная система, помогая вашему телу поддерживать надлежащие значения рН крови и других жидкостей организма.

6. Баланс Жидкости

Белки регулируют процессы организма для поддержания водного баланса.

Альбумин и глобулин — это белки в крови, которые помогают поддерживать баланс жидкости в организме, притягивая и удерживая воду (21, 22).

Если вы не потребляете достаточно белка, уровень альбумина и глобулина со временем снижается.

Следовательно, эти белки больше не могут удерживать кровь в ваших кровеносных сосудах, и жидкость вытесняется в промежутки между вашими клетками.

Поскольку жидкость продолжает накапливаться в промежутках между вашими клетками, возникает опухоль или отек, особенно в области желудка (23).

Это форма тяжелой белковой недостаточности, называемая квашиоркором, которая развивается, когда человек потребляет достаточно калорий, но не потребляет достаточного количества белка (24).

Квашиоркор редко встречается в развитых регионах мира и чаще встречается в районах голодания.

Резюме

Белки в крови поддерживают баланс жидкости между кровью и окружающими тканями.

7. Поддерживает здоровье иммунитета

Белки помогают формировать иммуноглобулины или антитела для борьбы с инфекцией (25, 26).

Антитела — это белки в вашей крови, которые помогают защитить ваш организм от вредоносных захватчиков, таких как бактерии и вирусы.

Когда эти чужеродные захватчики проникают в ваши клетки, ваше тело вырабатывает антитела, которые помечают их для уничтожения (27).

Без этих антител бактерии и вирусы могли бы свободно размножаться и поражать ваш организм болезнями, которые они вызывают.

Как только ваш организм вырабатывает антитела против определенных бактерий или вирусов, ваши клетки никогда не забывают, как их производить.

Это позволяет антителам быстро реагировать в следующий раз, когда конкретный возбудитель болезни вторгается в ваш организм (28).

В результате ваш организм вырабатывает иммунитет против болезней, которым он подвергается (29).

Резюме

Белки образуют антитела для защиты вашего организма от чужеродных захватчиков, таких как болезнетворные бактерии и вирусы.

8. Транспортирует и хранит питательные вещества

Транспортные белки переносят вещества по кровотоку — в клетки, из клеток или внутри клеток.

Вещества, переносимые этими белками, включают питательные вещества, такие как витамины или минералы, сахар в крови, холестерин и кислород (30, 31, 32).

Например, гемоглобин — это белок, который переносит кислород от легких к тканям организма. Транспортеры глюкозы (GLUT) переносят глюкозу в клетки, а липопротеины переносят холестерин и другие жиры в кровь.

Белковые переносчики специфичны, то есть они связываются только с определенными веществами. Другими словами, белковый переносчик, который перемещает глюкозу, не будет перемещать холестерин (33, 34).

Белки также играют роль хранилища. Ферритин — это запасной белок, в котором хранится железо (35).

Другим запасным белком является казеин, который является основным белком молока, помогающим расти детям.

Резюме

Некоторые белки переносят питательные вещества по всему телу, а другие хранят их.

9. Обеспечивает энергией

Белки могут снабжать ваше тело энергией.

Белок содержит четыре калории на грамм, столько же энергии дают углеводы. Жиры дают больше всего энергии, девять калорий на грамм.

Однако последнее, что ваше тело хочет использовать для получения энергии, это белок, так как это ценное питательное вещество широко используется во всем организме.

Углеводы и жиры гораздо лучше подходят для получения энергии, поскольку ваше тело поддерживает резервы для использования в качестве топлива. Более того, они метаболизируются более эффективно по сравнению с белком (36).