Разное

Какую функцию белки не выполняют: Какую функцию белки не выполняют в клетке а католическую б) защитную в) транспортную…

Альбумин — важный белок сыворотки крови

Альбумин (ALB) – белок плазмы крови, который выполняет большое количество важных функций. Он участвует в процессах метаболизма, переносит по организму ряд химических веществ и прочее. Определение уровня этого белка играет важную роль в оценке состояния печени. ALB составляет примерно 60% от общего количества белка.

Биохимический анализ: альбумин

Поддержание оптимального уровня этого белка крайне важно для функционирования организма в целом. От этого зависит объем крови, циркулирующей в организме. Кроме того, белок отвечает за регулирование осмотического давления. Этот показатель меняется под влиянием многих факторов (например, после употребления соленых продуктов). Поэтому его регулирование является очень важным процессом. Альбумин также отвечает за транспортировку и хранение многих биологических соединений и аминокислот. При обследовании состояния здоровья уровень ALB является одним из ключевых показателей.

Кому необходимо сдать анализ

Анализ крови на альбумин используется в комплексе с данными других исследований при диагностике многих заболеваний. Чаще всего анализ назначается при подозрении на патологии почек и печени. Также его результаты используют для оценки состояния здоровья пациентов с онкологическими диагнозами, обширными травмами или ожогами. Тест назначается самостоятельно или в комплексе с другими анализами. Состав необходимого в конкретном случае обследования определяется врачом на основании жалоб пациента, результатов осмотра, анамнеза.

Интерпретация результатов

Альбумин синтезируется в печени. В норме за сутки вырабатывается примерно 15 грамм белка. Он сохраняется в организме и выполняет свои функции в течение нескольких недель. Основное назначение данного теста – оценка белково-синтетической функции печени.
Повышение показателей свидетельствует об обезвоживании организма. Причины дегидратации могут быть разными (например, серьезные ожоги).

Также высокий уровень ALB может указывать на наличие инфекции и ряд других заболеваний. Для их точной диагностики в обязательном порядке проводится дополнительное обследование.

Недостаток белка в большинстве случаев указывает на патологии почек. Также он может наблюдаться при наличии воспалительного процесса. Снижение показателей во время беременности является нормой. Референсные значения зависят от возраста пациента. Для взрослых норма колеблется в пределах 35-52 г/л. По результатам теста можно судить о степени тяжести ряда заболеваний.

Выводы

Количество ALB требуется для диагностики ряда заболеваний, выбора оптимальной тактики лечения. Оно характеризует обмен веществ, состояние здоровья в целом. При выраженных симптомах проблем с почками данный тест назначается в первую очередь. Также он может проводиться в составе комплексного обследования либо после него, если выявлены отклонения и необходимо уточнить их характер и причину.

Интерпретация результатов может выполняться только врачом, для самодиагностики тест не предназначен. В некоторых случаях возможны отклонения от нормы при отсутствии заболеваний.

об исследованиях структуры белка, их роли в понимании патогенеза болезней и важности разнообразного CV

— Дмитрий, вы, как я поняла, занимаетесь изучением белков. И начать я хотела бы совсем со школьных азов. Что такое белки?

— Белки, говоря формально, — это гетерополимеры. А полимеры — это длинные молекулы, собранные из каких-либо звеньев. Бывают гомополимеры, составленные из одинаковых звеньев (со школьной скамьи все помнят полистирол или полиэтилен), а бывают гетерополимеры — из разных. Белки состоят из 20 типов аминокислот, еще две используются в зависимости от контекста. На самом деле, аминокислот намного больше, но природа в белках использует лишь эти 20. Хотя если считать так называемые посттрансляционные модификации

(ковалентные химические модификации белка после его синтеза на рибосоме — прим. авт.), их будет значительно больше.

— Почему именно такое число?

— Таков генетический код. Его расшифровали в 1960-х годах и выяснили, что аминокислот 20. И столь потрясающая универсальность наблюдается у всех живых организмов — все они имеют один и тот же генетический код и набор аминокислот. Некоторые вариации генетического кода, конечно, существуют, но их всего около 15, и они незначительны. А полипептидов — астрономическое число. Но не все из них становятся белками, потому что белки обладают особым свойством — выполнять разные функции в организме.

— Чем же белок отличается от случайной полипептидной цепи?

— В ходе эволюции сложился такой порядок аминокислот, при котором конкретная белковая молекула определяет трехмерную форму белка. Эта форма стабильная и жесткая, поэтому она способна выполнять какие-то функции. Поясню: возьмем, например, ножницы. У них есть функция — резать. Почему они могут это делать? Во-первых, потому что они твердые, а во-вторых, потому что у них есть острые лезвия. Если бы у нас был кусок киселя даже в форме ножниц, ничего разрезать им мы бы не смогли.

То же самое с белками: есть, к примеру, белки, которые разрезают другие молекулы (ДНК, РНК, другие белки). И для этого им нужна определенная жесткая форма. Этим белки и отличаются от случайных полипептидов.

— Какие еще функции выполняют белки?

— Белки выполняют 99,9% функций в нашем организме, практически все, которые существуют. Одно из исключений — рибосомы, на которых производятся белковые цепи, согласно инструкции, записанной в матричной РНК. То же самое относится к рибозимам — молекулам РНК, которые также способны сворачиваться в строго определенную трехмерную форму и выполнять свои задачи.

В целом, функции белков можно разложить по нескольким категориям. Одна из них — гормональная. За нее отвечает, например, такой известный белок, как инсулин. Инсулин — это первый белок, у которого была определена последовательность аминокислот. Это сделал Фредерик Сенгер, за что и получил первую Нобелевскую премию.

Еще одна функция — транспортная. Ею занимается, скажем, гемоглобин, который, находясь в составе эритроцитов, связывает кислород. Последний, в свою очередь, несется к мышцам, а там передает кислород другому белку — миоглобину. Гемоглобин и миоглобин — это первые два белка, для которых были определены трехмерные структуры, расшифрованные методом рентгеноструктурного анализа, за что Перуцу и Кендрью была вручена Нобелевская премия.

Есть еще каталитическая функция, которая осуществляется при помощи специальных белков — ферментов. Они катализируют какую-либо реакцию. Так, фермент алкогольдегидрогеназа, как можно догадаться из названия, расщепляет алкоголь. Соединительной функцией занимается, например, коллаген — белок, составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилий, костей, хрящей). Существуют у белков и другие задачи. В целом можно сказать так: в нашем организме более 20 тысяч генов. И почти все из них — гены, кодирующие белки. Это о многом говорит.

— Что интересного сегодня происходит в науке о белках?

— Очень своевременный вопрос: если бы вы задали его до лета 2018 года, то мой ответ был бы совершенно другим. Что у нас случилось? Прорыв! Немного предыстории. В 1961 году было экспериментально показано, что трехмерная форма белка, о которой мы говорили, определяется исключительно аминокислотной последовательностью (до этого думали, что в этом играют роль рибосомы). А в 1969 году это подтвердилось окончательно, когда без участия рибосомы химически синтезировали полностью функциональный белок. Поэтому ученые рассудили: если мы знаем аминокислотную последовательность — мы можем предсказать и трехмерную структуру белка. Но на деле все оказалось не так просто.

В итоге прошло полвека непрерывных попыток — частичных успехов и разочарований. И вот, в 2018 году компания DeepMind, которая принадлежит Google, представила уникальную программу AlphaFold  по предсказанию трехмерной структуры белка. Интересно, что «разминались» они на создании программ по игре в шахматы и го, у которых похожий принцип — обучаться на примере удачных и неудачных ходов, которые ведут то к победе, то к поражению. Шахматная программа стала умной до такой степени, что за шесть часов тренировки при определенном количестве процессоров оказалась способна обыграть любого человека в мире.

И в 2020 году путем тренировок AlphaFold добилась другого успеха — в предсказаниях структуры белков. Точность таковых — от 88% до 90%, почти как в экспериментах. Это очень хороший результат. И теперь любой желающий может установить эту программу и получить возможность предсказывать трехмерные структуры практически с экспериментальной точностью. А может зайти в базу данных моделей AlphaFold, и найти структуру любого известного белка .

— И что нам это дает?

— Очень многое. Ведь зная трехмерную структуру белка, мы можем узнать и о его функции. Сегодня на планете свирепствует коронавирус. Известно, что он зацепляется за клетку хозяина при помощи так называемого шипикового (спайкового) белка, о котором было много шума и публикаций. Теперь мы знаем его структуру, что дает нам возможность борьбы с этим вирусом. И не только с ним, но и с другими заболеваниями. Этот успех может облегчить поиск нужных лекарств, разработку новых вакцин и антибиотиков.

Кроме того, это будет способствовать прогрессу в создании белков с заданными свойствами. Сфера применения таковых не ограничивается биологией и медициной. Взять ту же промышленность, где уже сегодня белки используют в качестве биодобавок в стиральных порошках — там они играют роль тех самых «умных молекул», о которых нам рассказывает реклама. Есть сладкие на вкус белки, которые могут служить безопасными заменителями сахара.

— Над чем конкретно работаете вы?

— Мне как раз очень интересна тема структуры белка и ее изменений. Дело в том, что при внесении «мутаций» в белки мы можем добиться улучшения необходимых нам свойств. Например, можно сделать белки более устойчивыми к высокой температуре или уровню pH. Над этим сейчас и работает наша лаборатория. А вообще хочется добиться экспертизы уровня группы Дэвида Бейкера

(знаменитого американского биохимика и компьютерного биолога, который впервые разработал методы прогнозирования и проектирования трехмерных структур белков — прим. авт.), директора Института белкового дизайна, который и создали специально в результате его успехов. Он, конечно, берется за очень серьезные задачи — например, с нуля создает белок, которые светится каким-нибудь цветом. А в конце 2000-х его команда сгенерировала белок, катализирующий реакцию, которая не существует в природе. Так что есть мечта — добиться похожих результатов.

Дмитрий Иванков на семинаре. Источник: Тимур Сабиров

— Кстати, как вы вообще пришли в биологию?

— Вы знаете, в школе мне была интересна вовсе не биология, а физика и математика. И после одной из олимпиад учительница физики перетянула меня в физмат класс. А после этого, на выпускном, сагитировала поступить в МФТИ и убедила в этом моих родителей, за что я ей и моим родителям очень благодарен. Я поступил также на физфак в МГУ, но выбрал МФТИ и пошел на тот факультет, куда всегда хотел — радиотехники и кибернетики. На кафедру системного программирования — как раз к тому коллективу авторов, который создал отечественный суперкомпьютер.

И тут один мой друг случайно рассказал мне об Институте белка РАН. Он сообщил, что Алексей Витальевич Финкельштейн — в дальнейшем мой первый научный руководитель, член-корреспондент Российской академии наук и совершенно замечательный человек и ученый, возглавляющий в Пущино Лабораторию физики белка, — ищет студента для выполнения задачи. Я тогда пообещал своему другу приехать, а у самого мысли: «Какая ерунда, где я — и где белки?». Я тогда даже не знал, что такое белки! Но приехал.

Оказалось, там очень интересный сегмент работы, и Алексей Витальевич меня сразу принял. А потом выяснилось, что мне даже не надо переводиться на другой факультет. Так я и учился на кафедре системного программирования, сочиняя для диплома программу про сворачивание белков. На защите рассказывал, что такое белки, как они сворачиваются. Одним очень понравилось, другие, наоборот, были недовольны тем, что их отвлекают от работы по проектированию микропроцессоров и системного программирования всякой ерундой. После этого я пошел стажером-исследователем, а затем аспирантом в Институт белка и проработал там до конца 2009 года, после чего продолжил работать за границей.

Знаете, в академической среде есть принцип — нужно менять место работы и браться за новые проекты. Потому что чем больше таких мест работы в CV, тем богаче у тебя опыт. Да мне вообще казалось, что в моей области никаких глобальных вопросов уже нет, поэтому я поехал за рубеж — узнать, что происходит в соседних областях науки. Сначала четыре года поработал постдоком в Германии в Техническом университете Мюнхена у профессора Дмитрия Фришмана, потом четыре года в Барселоне у другого профессора — Федора Кондрашова. Потом вся лаборатория Федора переехала в Австрию, и я вместе с ней.

— Как вам помог такой разносторонний опыт общения с коллегами?

— Расширением работы моей лаборатории. Потому что одно ее направление — это изучение структуры белков, а второе — эволюция, исследование эпистаза (типа взаимодействия генов между собой — прим. авт.). Последний вектор возник благодаря тому, что я работал в Лаборатории эволюционной геномики у Федора Кондрашова. Я уже не говорю о том, что международный опыт значительно расширяет круг интересов, старые знания сочетаются с новыми. Поэтому чем старше исследователь, тем шире его кругозор, тем более зрел и целостен его взгляд на науку.

Теги

Интервью

6.3: Функции белка — Медицина LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    21138
  • Цели обучения

    • Описать различные функции белка в организме.

    Белки строят мышцы и все ткани тела. Белки играют решающую роль в обеспечении структуры практически всех тканей организма. У некоторых белков есть другая «работа». Другими словами, они не являются частью структуры тела, но выполняют определенные задачи, такие как действие в качестве переносчика антител, ферментов и т. д. Вы уже узнали о некоторых из этих важных белков. Когда вы узнали о диабете, вы изучали гормоны инсулин и глюкагон. Это примеры двух белковых молекул, которые действуют как гормоны с очень специфическими и важными «работами» в отношении метаболизма углеводов.

    Ферменты

    Некоторые белки функционируют как ферменты. Ферменты – это белки, которые проводят определенные химические реакции. Задача фермента состоит в том, чтобы обеспечить место для химической реакции и снизить количество энергии и время, необходимое для протекания этой химической реакции (рис. \(\PageIndex{1}\)). Вот почему ферменты иногда называют катализаторами. В среднем каждую секунду в клетках происходит более ста химических реакций, и для большинства из них требуются ферменты. Одна только печень содержит более тысячи ферментных систем. Ферменты специфичны и будут использовать только определенные субстраты (или вещества на рисунке \(\PageIndex{1}\)), которые соответствуют их активному сайту, подобно тому, как замок можно открыть только с помощью определенного ключа. Почти каждая химическая реакция требует определенного фермента. К счастью, фермент может выполнять свою роль катализатора снова и снова, хотя в конечном итоге он разрушается и восстанавливается. Все функции организма, включая расщепление питательных веществ в желудке и тонком кишечнике, преобразование питательных веществ в молекулы, которые клетка может использовать, и построение всех макромолекул, включая сам белок, включают ферменты.

    Рисунок \(\PageIndex{1}\): Ферменты — это белки. Работа фермента состоит в том, чтобы предоставить веществам место для химической реакции и образования продукта, а также уменьшить количество энергии и время, необходимое для этого. (CC BY-NC-SA 4.0; LibreTexts An Introduction to Nutrition (Zimmerman))

    Гормоны

    Белки отвечают за синтез гормонов. Гормоны — это химические мессенджеры, которые вырабатываются в одной части тела, а затем переносятся кровью в другую часть тела. Когда гормон попадает в целевую ткань/часть тела, он передает сообщение, чтобы инициировать специфическую реакцию или клеточный процесс. Например, после еды уровень глюкозы в крови повышается. В ответ на повышение уровня глюкозы в крови поджелудочная железа выделяет гормон инсулин. Инсулин сообщает клеткам организма, что глюкоза доступна, и что они могут брать ее из крови и хранить или использовать для производства энергии или построения макромолекул. Основная функция гормонов — включать и выключать ферменты, поэтому некоторые белки могут даже регулировать действие других белков. Хотя не все гормоны состоят из белков, многие из них. Другие примеры гормонов, полученных из белков, включают глюкагон, мелатонин и гормон щитовидной железы.

    Жидкостный и электролитный баланс

    Правильное потребление белка позволяет основным биологическим процессам в организме поддерживать статус-кво в изменяющихся условиях. Баланс жидкости относится к поддержанию распределения воды в организме. Если слишком много воды из крови внезапно перемещается в ткани, это приводит к отеку и, возможно, к гибели клеток. Вода всегда течет из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (вы можете найти дополнительную информацию об этих понятиях и изображениях, которые рассматривают понятия в главе 7). В результате вода движется к областям с более высокой концентрацией других растворенных веществ, таких как белки и глюкоза. Белки притягивают жидкость, поэтому для равномерного распределения воды между кровью и клетками белки постоянно циркулируют в высокой концентрации в крови. Когда потребление белка недостаточно, это может вызвать отек (припухлость). Наиболее распространенным белком в крови является альбумин. Присутствие альбумина в крови делает концентрацию белка в крови близкой к таковой в клетках. Следовательно, обмен жидкостью между кровью и клетками не является экстремальным, а сводится к минимуму для сохранения статус-кво. Транспортные белки (обсуждаемые ниже) в клеточной мембране помогают поддерживать надлежащий баланс электролитов (например, натрия и калия) внутри и снаружи клетки.

    Кислотно-щелочной баланс (pH)

    Белок также необходим для поддержания надлежащего баланса pH (показатель того, насколько кислым или щелочным является вещество) в крови. Шкала рН колеблется от 0 (сильнокислотный) до 14 (сильноосновной/щелочной). pH крови поддерживается между 7,35 и 7,45, что является слегка щелочным. Если кровь становится слишком кислой (состояние, известное как ацидоз), это означает, что уровень водорода (H + ) в крови избыточен. Если кровь становится слишком щелочной/щелочной (состояние, известное как алкалоз), это означает, что уровень H + в крови дефицит. Даже незначительное изменение рН крови может повлиять на функции организма. Два примера этого включают:

    • Когда белки подвергаются воздействию кислот или оснований, белки меняют форму и перестают функционировать должным образом. Этот процесс раскручивания белков и потери их формы и функции известен как денатурация. Денатурация белков также происходит при воздействии тепла, тяжелых металлов, алкоголя и других повреждающих веществ.
    • В главе 4 вы узнали, что кислая кровь (из-за кетоацидоза) может привести к коме и/или смерти в крайних случаях.

    В организме есть несколько систем, поддерживающих рН крови в пределах нормы для предотвращения проблем. Некоторые белки действуют как буферы и выделяют водород (H + ) в кровь, если она становится слишком щелочной. Белки также могут забирать водород из крови, если она становится слишком кислой. Высвобождая и забирая водород, когда это необходимо, белки поддерживают кислотно-щелочной баланс и удерживают рН крови в пределах нормы.

    Транспорт

    Белки также играют роль в транспорте питательных веществ. Клеточная мембрана обычно непроницаема для крупных молекул. Чтобы доставлять в клетку необходимые питательные вещества и молекулы, в клеточной мембране существует множество транспортных белков. Некоторые из этих белков действуют как каналы, позволяющие определенным молекулам входить и выходить из клеток. Другие действуют как такси с односторонним движением и требуют энергии для работы (рис. \(\PageIndex{2}\)).

    Рисунок \(\PageIndex{2}\): Молекулы перемещаются в клетки и из них с помощью транспортных белков, которые являются либо каналами, либо переносчиками. Облегченная диффузия в клеточной мембране, демонстрирующая ионные каналы (слева) и белки-переносчики (три справа). (CC0; автор: LadyofHats через Wikimedia Commons)
    .

    Антитела

    Наша иммунная система предназначена для атаки и уничтожения чужеродных веществ. Когда чужеродное вещество атакует организм, иммунная система вырабатывает антитела (Рисунок \(\PageIndex{3}\)) для защиты от него. Антитела — это специальные белки, которые распознают уникальную молекулу вредоносных бактерий и вирусов, известную как антиген. Антитела связываются с антигеном и разрушают его. Антитела также запускают другие факторы иммунной системы для поиска и уничтожения нежелательных злоумышленников.

    Рисунок \(\PageIndex{3}\): Антитела представляют собой белки, которые окружают и атакуют чужеродные вещества, прикрепляясь к антигенам на поверхности чужеродного вещества. Каждое антитело связывается с определенным антигеном; взаимодействие, подобное замку и ключу. (общественное достояние; Фвасконселлос через Wikimedia Commons)

    Заживление ран, регенерация тканей и функция нервов

    Белки участвуют во всех аспектах заживления ран, процесса, который проходит в три этапа: воспаление, пролиферация и ремоделирование. Например, если вы получите небольшой порез, ваша кожа станет красной и воспаленной. Процесс заживления начинается с белков, таких как брадикинин, которые расширяют кровеносные сосуды в месте повреждения. Дополнительный белок, называемый фибрином, помогает защитить тромбоциты, которые образуют сгусток, чтобы остановить кровотечение. Затем, в фазе пролиферации, клетки перемещаются внутрь и восстанавливают поврежденную ткань, устанавливая новообразованные коллагеновые (белковые) волокна. Коллагеновые волокна помогают сблизить края раны. В фазе ремоделирования откладывается больше коллагена, образуя рубец. Рубцовая ткань лишь примерно на 80 процентов функционирует так же, как нормальная неповрежденная ткань. Если в рационе недостаточно белка, процесс заживления ран заметно замедляется.

    В то время как заживление раны происходит только после получения травмы, в организме происходит другой процесс, называемый регенерацией тканей. При регенерации ткани создается точная структурная и функциональная копия старой ткани. В конечном итоге старая ткань заменяется совершенно новой, полностью функциональной тканью. Клетки постоянно разрушаются, ремонтируются и заменяются. Когда белки в клетках разрушаются, аминокислоты перерабатываются в новые белки. Некоторые клетки (такие как кожа, волосы, ногти и клетки кишечника) имеют очень высокую скорость регенерации, в то время как другие (такие как клетки сердечной мышцы и нервные клетки) не регенерируют на сколько-нибудь заметных уровнях. Регенерация тканей — это создание новых клеток (клеточное деление), для которого требуется множество различных белков, включая ферменты, транспортные белки, гормоны и коллаген. Клетки, выстилающие кишечник, регенерируют каждые три-пять дней. Диеты с недостаточным содержанием белка ухудшают регенерацию тканей, вызывая множество проблем со здоровьем, включая нарушение переваривания и всасывания питательных веществ.

    Аминокислоты можно использовать для производства нейротрансмиттеров (например, адреналина), которые передают сообщения от одной нервной клетки к другой.

    Источник энергии

    Некоторые аминокислоты в белках можно разобрать и использовать для получения энергии. У здоровых людей белок мало способствует удовлетворению энергетических потребностей. Если рацион человека не содержит достаточного количества углеводов и жиров, его организм будет использовать аминокислоты для производства энергии. Когда белки необходимы для получения энергии, они берутся из крови и тканей организма (например, мышц). Чтобы использовать белки для получения энергии, требуется дезаминирование. Дезаминирование — это процесс, при котором аминогруппа удаляется из аминокислоты, а азот транспортируется в почки для выведения. Остальные компоненты метаболизируются для получения энергии. Чтобы защитить ткани нашего тела от разрушения для получения энергии, важно потреблять достаточное количество жиров и углеводов. Также важно отметить, что наш организм не может хранить избыток белка. Избыточное потребление белка приводит к выделению азота; остальные компоненты используются для получения энергии или превращаются в жир для последующего использования.

    Ключевые выводы

    • Белки выполняют множество функций, в том числе: действуют как ферменты и гормоны, поддерживают надлежащий баланс жидкости и кислотно-щелочного баланса, обеспечивают транспорт питательных веществ, вырабатывают антитела, способствуют заживлению ран и регенерации тканей, а также обеспечивают энергию, когда углеводы и жиры прием недостаточный.
    • Без достаточного потребления белка, содержащего все незаменимые аминокислоты, функции белка будут нарушены.

    6.3: Functions of Protein распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 3.0 и был создан, изменен и/или курирован LibreTexts.

    1. Наверх
      • Была ли эта статья полезной?
      1. Тип изделия
        Раздел или Страница
        Лицензия
        CC BY-NC-SA
        Версия лицензии
        3,0
        Показать оглавление
        да
      2. Теги
        1. антитела
        2. ферменты
        3. источник[1]-med-493

      Функции белков в организме — питание человека [УСТАРЕЛО]

      Глава 6. Белки

      Белки являются «рабочими лошадками» организма и участвуют во многих функциях организма. Белки бывают всех размеров и форм, и каждый из них специально структурирован для выполнения своей конкретной функции.

      Структура и движение

      Рисунок 6.9 Структура коллагена

      Collagen Triple Helix by Nevit Dilmen / CC BY-SA 3.0

      В организме человека было обнаружено более ста различных структурных белков, но наиболее распространенным на сегодняшний день является коллаген, который составляет около 6 процентов от общей массы тела. Коллаген составляет 30 процентов костной ткани и содержит большое количество сухожилий, связок, хрящей, кожи и мышц. Коллаген — это прочный волокнистый белок, состоящий в основном из глицина и пролина. В его четвертичной структуре три пептидных нити закручиваются друг вокруг друга, как канат, а затем эти коллагеновые канаты перекрываются с другими. Эта высокоупорядоченная структура даже прочнее, чем стальные волокна того же размера. Коллаген делает кости крепкими, но гибкими. Коллагеновые волокна в дерме кожи придают ей структуру, а сопутствующие фибриллы белка эластина делают ее гибкой. Сожмите кожу на руке, а затем отпустите; Белки коллагена и эластина в коже позволяют ей вернуться к своей первоначальной форме. Клетки гладкой мускулатуры, которые секретируют белки коллагена и эластина, окружают кровеносные сосуды, придавая сосудам структуру и способность растягиваться после того, как по ним прокачивается кровь. Еще одним сильным волокнистым белком является кератин, из которого состоят кожа, волосы и ногти. Плотно расположенные коллагеновые фибриллы в сухожилиях и связках обеспечивают синхронные механические движения костей и мышц и способность этих тканей пружинить после завершения движения.

      Ферменты

      Хотя белки в наибольшем количестве содержатся в соединительных тканях, таких как кости, их наиболее необычной функцией являются ферменты. Ферменты – это белки, которые проводят определенные химические реакции. Работа фермента состоит в том, чтобы обеспечить место для химической реакции и снизить количество энергии и время, необходимое для этой химической реакции (это известно как «катализ»). В среднем каждую секунду в клетках происходит более ста химических реакций, и для большинства из них требуются ферменты. Одна только печень содержит более тысячи ферментных систем. Ферменты специфичны и будут использовать только определенные субстраты, которые соответствуют их активному центру, подобно тому, как замок можно открыть только с помощью определенного ключа. Почти каждая химическая реакция требует определенного фермента. К счастью, фермент может выполнять свою роль катализатора снова и снова, хотя в конечном итоге он разрушается и восстанавливается. Все функции организма, включая расщепление питательных веществ в желудке и тонком кишечнике, преобразование питательных веществ в молекулы, которые клетка может использовать, и построение всех макромолекул, включая собственно белок, включают ферменты (см. рис. 6.10 «Роль ферментов в переваривании углеводов»). .

       

      Рисунок 6.10 Роль ферментов в переваривании углеводов

      Гормоны

      Белки отвечают за синтез гормонов. Гормоны — это химические сообщения, производимые эндокринными железами. Когда эндокринная железа стимулируется, она выделяет гормон. Затем гормон транспортируется кровью к клетке-мишени, где он передает сообщение, чтобы инициировать специфическую реакцию или клеточный процесс. Например, после еды уровень глюкозы в крови повышается. В ответ на повышение уровня глюкозы в крови поджелудочная железа выделяет гормон инсулин. Инсулин сообщает клеткам организма, что глюкоза доступна, и что они могут брать ее из крови и хранить или использовать для производства энергии или построения макромолекул. Основная функция гормонов — включать и выключать ферменты, поэтому некоторые белки могут даже регулировать действие других белков. Хотя не все гормоны состоят из белков, многие из них.

      Жидкость и кислотно-щелочной баланс

      Правильное потребление белка позволяет основным биологическим процессам в организме поддерживать статус-кво в изменяющихся условиях. Баланс жидкости относится к поддержанию распределения воды в организме. Если слишком много воды из крови внезапно перемещается в ткани, это приводит к отеку и, возможно, к гибели клеток. Вода всегда течет из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. В результате вода движется к областям с более высокой концентрацией других растворенных веществ, таких как белки и глюкоза. Чтобы вода равномерно распределялась между кровью и клетками, в крови постоянно циркулируют белки в высоких концентрациях. Наиболее распространенным белком в крови является белок в форме бабочки, известный как альбумин. Присутствие альбумина в крови делает концентрацию белка в крови близкой к таковой в клетках. Следовательно, обмен жидкостью между кровью и клетками не является экстремальным, а сводится к минимуму для сохранения статус-кво.

      Рисунок 6.11 Белковый альбумин

      PDB 1o9x EBI Джавахара Сваминатана и сотрудников MSD в Европейском институте биоинформатики / Public Domain Белок в форме бабочки, альбумин, выполняет множество функций в организме, включая поддержание водного и кислотно-щелочного баланса и транспортировку молекул.

      Белок также необходим для поддержания надлежащего баланса pH (мера кислотности или щелочности вещества) в крови. pH крови поддерживается между 7,35 и 7,45, что является слегка щелочным. Даже незначительное изменение рН крови может повлиять на функции организма. Напомним, что кислые условия могут вызвать денатурацию белков, что останавливает их функционирование. В организме есть несколько систем, которые удерживают рН крови в пределах нормы, чтобы этого не произошло. Одним из них является циркулирующий альбумин. Альбумин слегка кислый, и поскольку он заряжен отрицательно, он уравновешивает многие положительно заряженные молекулы, такие как протоны (H+), кальций, калий и магний, которые также циркулируют в крови. Альбумин действует как буфер против резких изменений концентрации этих молекул, тем самым уравновешивая рН крови и поддерживая статус-кво. Белок гемоглобин также участвует в кислотно-щелочном балансе, связывая и высвобождая протоны.

      Транспорт

      Альбумин и гемоглобин также играют роль в молекулярном транспорте. Альбумин химически связывается с гормонами, жирными кислотами, некоторыми витаминами, необходимыми минералами и лекарствами и транспортирует их по кровеносной системе. Каждый красный кровяной тельце содержит миллионы молекул гемоглобина, которые связывают кислород в легких и транспортируют его ко всем тканям организма. Плазматическая мембрана клетки обычно непроницаема для больших полярных молекул, поэтому для доставки необходимых питательных веществ и молекул в клетку в клеточной мембране существует множество транспортных белков. Некоторые из этих белков являются каналами, которые позволяют определенным молекулам входить и выходить из клеток. Другие действуют как такси с односторонним движением и требуют энергии для работы.

      Защита

      Рисунок 6.12 Белки антител

      Абаговомаб (моноклональное антитело) Blake C/CC BY-SA 3.0

      Рисунок 6.13 Антигены

      Цепи антител от Fred the Oyster / Public Domain

      Белок антитела состоит из двух тяжелых цепей и двух легких цепей. Вариабельная область, которая отличается от одного антитела к другому, позволяет антителу распознавать соответствующий ему антиген.

      Ранее мы обсуждали, что прочные коллагеновые волокна в коже обеспечивают ее структуру и поддержку. Плотная сеть коллагеновых волокон кожи также служит барьером против вредных веществ. Функции атаки и разрушения иммунной системы зависят от ферментов и антител, которые также являются белками. Фермент под названием лизоцим выделяется в слюне и атакует стенки бактерий, вызывая их разрыв. Определенные белки, циркулирующие в крови, могут быть направлены на создание молекулярного ножа, который пронзает клеточные мембраны чужеродных захватчиков. Антитела, выделяемые белыми кровяными тельцами, исследуют всю систему кровообращения в поисках вредоносных бактерий и вирусов, которые нужно окружить и уничтожить. Антитела также запускают другие факторы иммунной системы для поиска и уничтожения нежелательных злоумышленников.

      Заживление ран и регенерация тканей

      Белки участвуют во всех аспектах заживления ран, процесса, который протекает в три фазы: воспалительная, пролиферативная и ремоделирующая. Например, если вы шили и укололи палец иголкой, ваша кожа покраснела и воспалилась. Через несколько секунд кровотечение остановится. Процесс заживления начинается с белков, таких как брадикинин, которые расширяют кровеносные сосуды в месте повреждения. Дополнительный белок, называемый фибрином, помогает защитить тромбоциты, которые образуют сгусток, чтобы остановить кровотечение. Затем, в пролиферативной фазе, клетки перемещаются и восстанавливают поврежденную ткань, устанавливая новообразованные коллагеновые волокна. Коллагеновые волокна помогают сблизить края раны. В фазе ремоделирования откладывается больше коллагена, образуя рубец. Рубцовая ткань лишь примерно на 80 процентов функционирует так же, как нормальная неповрежденная ткань. Если в рационе недостаточно белка, процесс заживления ран заметно замедляется.

      В то время как заживление раны происходит только после получения травмы, в организме происходит другой процесс, называемый регенерацией тканей. Основное различие между заживлением ран и регенерацией тканей заключается в процессе регенерации точной структурной и функциональной копии утраченной ткани. Таким образом, старая, умирающая ткань заменяется не рубцовой, а совершенно новой, полностью функциональной тканью. Некоторые клетки (такие как кожа, волосы, ногти и клетки кишечника) имеют очень высокую скорость регенерации, в то время как другие (такие как клетки сердечной мышцы и нервные клетки) не регенерируют на сколько-нибудь заметных уровнях. Регенерация тканей — это создание новых клеток (клеточное деление), для чего требуется множество различных белков, включая ферменты, синтезирующие РНК и белки, транспортные белки, гормоны и коллаген. В волосяном фолликуле клетки делятся, и волос растет в длину. Рост волос составляет в среднем 1 сантиметр в месяц, а ногтей — около 1 сантиметра каждые сто дней. Клетки, выстилающие кишечник, регенерируют каждые три-пять дней. Диета с недостаточным содержанием белка ухудшает регенерацию тканей, вызывая множество проблем со здоровьем, включая нарушение переваривания и всасывания питательных веществ и, что наиболее заметно, рост волос и ногтей.

      Производство энергии

      Некоторые аминокислоты в белках можно разобрать и использовать для получения энергии (рис.

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *