Хімія білків

Живий організм характеризується вищим ступенем впорядкованості складових його інгредієнтів і унікальною структурною організацією, що забезпечує як його фенотипічні ознаки, так і різноманіття біологічних функцій. У цьому структурно-функціональному єдності організмів, що становить суть життя, білки (білкові тіла) грають найважливішу роль, не замінює іншими органічними сполуками.

Білки – це високомолекулярні азотовмісні органічні речовини, молекули яких побудовані із залишків амінокислот. Назва «протеїни» (від грец. Protos – перший, найважливіший), мабуть, точніше відображає першорядне біологічне значення цього класу речовин. Прийняті у вітчизняній літературі терміни «білки» і «білкові речовини» пов’язані з виявленням в тканинах тварин і рослин речовин, що мають схожість з білком курячого яйця. У наш час, коли абсолютно достовірно встановлено, що спадкова інформація зосереджена в молекулі ДНК клітин будь-яких живих організмів, не викликає сумніву, що тільки білки є тими молекулярними інструментами, за допомогою яких реалізується генетична інформація. Без білків, зокрема ферментів, ДНК не може реплицироваться, не може самовідтворюватися, тобто позбавлена здатності передавати генетичну інформацію.

Жива природа характеризується поряд властивостей, що відрізняють її від неживої природи, і майже всі ці властивості пов’язані з білками. Насамперед для живих організмів характерні широка різноманітність білкових структур і їх висока впорядкованість; остання існує в часі і просторі. Дивовижна здатність живих організмів до відтворення собі подібних також пов’язана з білками. Скоротність, рух – неодмінні атрибути живих систем – мають пряме відношення до білкових структур м’язового апарату. Нарешті, життя немислиме без обміну речовин, постійного оновлення складових частин живого організму, тобто без процесів анаболізму і катаболізму (цього дивного єдності протилежностей живого), в основі яких лежить діяльність каталітично активних білків – ферментів.

Таким чином, білки (білкові речовини) складають основу і структури, і функції живих організмів. За образним висловом одного з основоположників молекулярної біології Ф. Крику, білки важливі перш за все тому, що вони можуть виконувати найрізноманітніші функції, причому з незвичайною легкістю і витонченістю. Підраховано, що в природі приблизно 1010-1012 різних білків, що забезпечують існування близько 106 видів живих організмів різної складності організації починаючи від вірусів і кінчаючи людиною. З цієї величезної кількості природних білків відомі точна будова і структура нікчемно малій частині (див. далі). Кожен організм характеризується унікальним набором білків. Фенотипічні ознаки і різноманіття функцій обумовлені специфічністю об’єднання цих білків, у багатьох випадках у вигляді над-і мультимолекулярних структур, у свою чергу визначають ультраструктуру кліток і їх органел.

У клітці Е.coli міститься близько 3000 різних білків, а в організмі людини налічується більше 100000 різноманітних білків. Найдивовижніше, що всі природні білки складаються з невеликого числа порівняно простих структурних блоків, представлених мономірні молекулами – амінокислотами, зв’язаними один з одним в поліпептидні ланцюга. Природні білки побудовані з 20 різних амінокислот. Ці амінокислоти можуть об’єднуватися в самій різній послідовності, тому вони можуть утворювати величезну кількість різноманітних білків. Число ізомерів, яке можна отримати при всіляких перестановках вказаного числа амінокислот в поліпептиді, обчислюється величезними величинами. Так, якщо з 2 амінокислот можливе утворення тільки двох ізомерів, то вже з 4 амінокислот теоретично можливе утворення 24 ізомерів, а з 20 амінокислот – 2,4 • 1018 різноманітних білків.

Неважко передбачити, що при збільшенні числа повторюваних амінокислотних залишків у білковій молекулі число можливих ізомерів зростає до астрономічних величин. Ясно, що природа не може дозволити випадкових поєднань амінокислотних послідовностей і для кожного виду характерний свій специфічний набір білків, що визначається, як тепер відомо, спадковою інформацією, закодованою в молекулі ДНК живих організмів. Саме інформація, що міститься в лінійній послідовності нуклеотидів ДНК, визначає лінійну послідовність залишків амінокислот у поліпептидного ланцюга синтезованого білка. Новоутворена лінійна поліпептидний ланцюг сама тепер виявляється наділеною функціональною інформацією, відповідно до якої вона мимоволі перетвориться в певну стабільну тривимірну структуру. Таким чином, лабільна поліпептидний ланцюг складається, скручується в просторову структуру білкової молекули, причому не хаотично, а в строгій відповідності з інформацією, що міститься в послідовності амінокислотних залишків. Враховуючи провідну роль білків в живій природі і той факт, що білки, складаючи майже половину сухої маси живого організму, наділені дивовижною різноманітністю функцій, вивчення курсу біохімії в медичних вищих навчальних закладах зазвичай починають з цього класу органічних речовин.

Посилання на основну публікацію