Белки — это одни из самых важных компонентов нашего организма. Они выполняют огромное количество функций. Возможно, это главные молекулы в нашем организме, и именно они являются основой жизни.
Из чего состоят белки
Белок представляет из себя конструктор, в котором есть 20 типов блоков — аминокислот. Каждая аминокислота обладает своим уникальным набором свойств.
Можно сравнить каждую аминокислоту с простым инструментом вроде молотка, гвоздей, тисков. Молотком можно, например, выровнять какую-нибудь помятую железяку или разбить орех. Гвоздём можно нацарапать на стекле информацию о размерах и толщине этого стекла. В тисках можно прижать две деревяшки, намазанные клеем, чтобы не прижимать их вручную и не ждать пока клей высохнет.
То есть и молоток, и гвозди, и тиски — это полезные инструменты сами по себе. Но если их использовать не каждый по отдельности, а комбинировать, тогда спектр возможностей значительно расширяется. Скомбинировав молоток и гвоздь, можно скрепить деревяшки ещё крепче, чем при использовании клея. А если ещё и плотно зажать эти деревяшки, то забивать в них гвозди будет гораздо удобнее.
Точно так же соединяя различные аминокислоты, можно получать сложные биологические механизмы. Наиболее сложными белками являются ферменты (или как их называют в англоязычной литературе — энзимы).
Как устроены ферменты
Все ферменты состоят из двух частей — вспомогательной части и активного центра. Вспомогательная часть — это каркас фермента. Он придаёт ферменту нужную форму и защищает его от плавающих вокруг него молекул. Без каркаса эти молекулы беспорядочно вступали бы в связь с ферментом, что разрушило бы его. Всё равно что корпус у микроскопа. Технически, для того, чтобы увидеть бактерий, достаточно просто держать в руках на определённом расстоянии друг от друга несколько линз. Но это неудобно, линзы будут падать, а руки дрожать, сбивая фокус. Поэтому эти линзы помещают в прочный пластиковый корпус с удобной ручкой, винтом для подстройки линзы, подставкой, на которую можно положить стекло с колонией бактерий, и удобной ножкой. Без всех этих дополнений можно было бы и обойтись, но они значительно упрощают жизнь.
Вспомогательная часть так же образует «карман», в который могут проникнуть молекулы нужных веществ, и в которой расположена вторая часть фермента — активный центр.
Он в свою очередь состоит из двух частей — это контактная площадка и каталитический центр. Контактная площадка — это сигнальная система, которая проверяет, действительно ли к ним попало нужное вещество. Всё равно что мы проверяем, будем ли мы сейчас бить молотком по гвоздю, а не по руке. И если вещество правильное, аминокислоты контактной площадки фиксируют его в нужном положении. В каталитическом центре происходит непосредственно то, для чего это фермент был создан. То есть превращение одних веществ в другие.
Принцип работы ферментов
Чтобы было понятнее как работают ферменты, давайте рассмотрим активный центр фермента аконитазы.
Этот фермент осуществляет превращение цитрата (то есть лимонной кислоты) в изоцитрат (то есть лимонная кислота, у которой немного изменено строение):
Фермент сначала отбирает у цитрата группы OH и H (выделены красным). В результате чего получается промежуточное вещество цис-аконитат (именно из-за него фермент называется аконитаза). После этого фермент присоединяет обратно группы OH и H, только меняет их местами. Там, где у цитрата стояла группа OH, теперь стоит группа H, и наоборот.
Основная роль в этом процессе принадлежит двум аминокислотам — гистидину и серину. Гистидин — идеальный инструмент для того, чтобы оторвать от цитрата группу OH, а у серина хорошо получается отбирать группу H.
После того, как гистидин и серин отобрали у цитрата группы OH и H, другие аминокислоты-инструменты переворачивают молекулу цитрата (а точнее новое вещество — цис-аконитат, ведь потеряв эти группы он перестал быть цитратом). Причём поворачивают молекулу цитрата так, чтобы напротив гистидина был не первоначальный участок молекулы, а тот, куда надо отдать группу OH. Точно так же серин оказывается напротив нужного места. Серин и гистидин отдают обратно цитрату группы OH и H. После чего цитрат превращается в изоцитрат. То есть в цитрат, у которого группы OH и H поменялись местами. Из-за этого у молекулы изоцитрата немного меняются свойства. Она покидает этот фермент, после чего попадает в другой фермент, который превращает изоцитрат в α-кетоглутарат, используя уже другие инструменты. И так далее, в зависимости от того, какое вещество в данный момент необходимо организму.
А фермент аконитаза после того, как превратил цитрат в изоцитрат, принимается за следующую молекулу цитрата. И так превращает примерно по 100 молекул в секунду.
В организме тысячи самых разных ферментов на все случаи жизни. Они помогают из небольшого набора веществ сделать те, которые нужны, а в организме их нет.
«Чертежи» этих ферментов находятся в ДНК. Именно в ДНК хранится в зашифрованном виде информация, из каких именно аминокислот должен состоять механизм, и в каком порядке они должны следовать. Специальные белки считывают эти чертежи с ДНК и переносят их на фабрику по производству механизмов — в органеллу под названием Рибосома. Там эти ферменты собираются из аминокислот, после чего направляются в следующую органеллу — Эндоплазматическую Сеть. В нём некоторые ферменты модернизируются, если это заложено в инструкции ДНК — к ферменту добавляются различные молекулы. Например, молекулы сахаров, молекулы витаминов, атомы металлов. Такие «добавки» называются коферменты. И они придают ферменту дополнительные свойства.
Каждый белок обычно выполняет одну строго специализированную функцию. Но встречаются так называемые «лунные белки» (moonlight, сходство с людьми, работающими на двух работах). Они могут выполнять совершенно разные функции. Например, белки хрусталика глаза кристаллины. В хрусталике они ответственны за преломление света, а в других тканях этот же белок выполняет совершенно другие функции — например, учавствует в превращении спиртов в альдегиды.
Какие ещё бывают белки
С помощью аминокислот можно строить не только механизмы, превращающие одни химические молекулы в другие. Можно, например, связать из цепочек аминокислот жёсткую верёвку. Такой белок называется коллаген. Из него, например, состоят связки и сухожилия.
Из белков построены и клеточные рецепторы. Рецепторы находятся в толще оболочки клетки (клеточной мембране). Когда к такому рецептору присоединяется какой-нибудь гормон, или нейромедиатор, или молекула какого-нибудь лекарства, он подаёт сигнал в клетку, и это запускает какой-нибудь механизм. Например, начинается усиленно вырабатываться нужное в данный момент организму вещество.
Белки так же играют важную роль в иммунитете. Такие белки называют Антитела или Иммуноглобулины. И именно благодаря им происходит распознавание и уничтожение вредных бактерий и вирусов, попавших в организм.
Из белков так же построен клеточный каркас каждой клетке или Цитоскелет. И это далеко не все функции белков в нашем теле.
Если вам есть что дополнить в статье — напишите это в комментариях.
