Задачу белков трудно переоценить. Они выступают и строительным материалом, белковую структуру имеют гормоны и ферменты. Нередко в состав белков входят молекулы неорганических веществ — цинк, фосфор, железо и др.

Белки состоят из аминокислот

Стандартно принято называть лишь 20 аминокислот, которые входят в состав белков, но их на сегодняшний день известно и обнаружено более 200. Часть белков организм может синтезировать сам, так как может синтезировать аминокислоты, а часть может получить только извне, такие аминокислоты называют незаменимыми. При этом интересный факт — растения в этом плане более совершенны, так как способны синтезировать все необходимые аминокислоты. Аминокислоты в свою очередь являются более простыми органическими соединениями, которые содержат одновременно и карбоксильную и аминную группу. И именно аминокислоты определяют состав белка, его структуру и функции.

В зависимости от аминокислотного состава белки делятся на простые и сложные, полноценные и неполноценные. Простыми называют белки, в составе которых присутствуют только аминокислоты, а сложными те, в которых имеется неаминокислотный компонент. Полноценные белки содержат в себе весь набор аминокислот, а в составе неполноценных часть аминокислот отсутствует.

Пространственная структура белка

Молекула белка весьма сложная, она является наиболее крупной из всех существующих молекул. И в развернутом виде она не может существовать, потому белковая цепочка подвергается укладке и приобретает определенную структуру. Всего разделяют 4 уровня организации белковой молекулы.

  1. Первичная. Аминокислотные остатки последовательно расположены в цепи. Связь между ними пептидная. По сути это развернутая лента. Именно от первичной структуры зависят свойства белка, а значит, и его функции. Так, всего 10 аминокислот позволяют получить 10 в 20 степени вариантов, а имея 20 аминокислот количество вариантов многократно увеличивается. И нередко повреждения в молекуле белка, изменения всего одной аминокислоты или ее местонахождения ведет к потери функции. Так, белок гемоглобин теряет способность транспортировать кислород, если заменить в B-субъединице шестой глутаминовой кислоты на валин. Такое изменение чревато развитием серповидноклеточной анемией.
  2. Вторичная структура. Для большей компактности белковая лента начинает скручиваться в спираль и напоминает растянутую пружину. Чтобы закрепить структуру используется водородная связь между витками молекулы. Они слабее пептидной связи, но за счет многократных повторений водородные связи надежно связывают витки белковой молекулы, придают ей жесткость и устойчивость. Часть белков имеет только вторичную структуру. К ним относятся кератин, коллаген и фиброин.
  3. Третичная структура. Ее имеют более сложные молекулы, на этом уровне происходит укладка в глобулы, проще говоря в клубок. Стабилизация происходит за счет сразу нескольких видов химических связей: водородных, дисульфидных, ионных. На этом уровне существуют гормоны, ферменты, антитела.
  4. Четвертичная структура. Самая сложная и характерна для сложных белков. Такая белковая молекула образуется сразу из нескольких глобул. Кроме стандартных химических связей используется и электростатическое взаимодействие.

Свойства и функции белков

Аминокислотный состав и структура молекулы определяют его свойства, и, как следствие выполняемые задачи. А их более чем достаточно.

  1. Строительная функция. Из белков состоят клеточные и внеклеточные структуры: волосы, сухожилия, клеточные мембраны. И именно поэтому недостаток белковой пищи ведет к замедлению роста и потере мышечной массы. Организм строит сам себя из белков.
  2. Транспортная. Белковые молекулы доставляют молекулы других веществ, гормоны и т.д. Наиболее яркий пример — молекула гемоглобина. Она за счет химических связей удерживает молекулу кислорода и может отдавать ее другим клеткам, забирая при этом молекулы углекислоты. То есть по сути транспортирует их.
  3. Регуляторная функция лежит на белках-гормонах. Так, инсулин регулирует уровень глюкозы в крови и активно участвует в углеводном обмене. Повреждения молекулы инсулина ведут к сахарному диабету — организм не может усвоить глюкозу или осуществляет это неполноценно.
  4. Защитная функция белков. Это антитела. Они способны распознавать, связывать и обезвреживать чужеродные клетки. При аутоиммунных заболеваниях, например, защитные белки не отличают чужие клетки от своих и атакуют здоровые клетки организма. А снижение иммунитета обусловлено слабой реакцией защитных белков на чужеродных агентов. Именно по этой причине нарушения питания часто ведут и к ухудшению состояния здоровья.
  5. Двигательная функция. Сокращение мускулатуры тоже обусловлено наличием белков. Так, мы двигаемся только благодаря актину и миозину.
  6. Сигнальная функция. Мембрана каждой клетки имеет молекулы белков, которые могут менять свою структуру в зависимости от условий внешней среды. Именно так клетка получает определенный сигнал на определенное действие.
  7. Запасающая функция. Некоторые вещества в организме могут быть временно не нужны, но это не повод их выводить во внешнюю среду. Есть белки, которые сохраняют их. Железо, например, не выводится из организма, а образует комплекс с белком-ферритином.
  8. Энергетическая. Белки крайне редко используются в качестве энергии, для этого есть жиры и углеводы, но если они отсутствуют, белок сначала распадается на аминокислоты, а в дальнейшем на воду, углекислый газ и аммиак. Если просто - организм потребляет сам себя.
  9. Каталитическая функция. Это ферменты. Они могут менять скорость химической реакции, чаще всего в сторону ее ускорения. Без них мы бы не могли переваривать пищу, например. Процесс бы шел непозволительно долго. И при заболеваниях ЖКТ нередко возникает ферментативная недостаточность — их назначают в форме таблеток.

Это основные функции белков в организме млекопитающих. И, если одна из них нарушена, могут возникнуть различные заболевания. Чаще всего это носит необратимый характер, так как даже при длительном голодании, вынужденном или добровольном, восстановить все функции бывает невозможно.

Большинство наиболее важных белков изучено и может быть воспроизведено в лабораторных условиях. Это позволяет успешно лечить и компенсировать многие заболевания. При гормональной недостаточности назначается заместительная терапия - это чаще всего гормоны щитовидной железы, гормоны поджелудочной железы и половые гормоны. При снижении иммунитета назначаются лекарственные вещества, содержащие в себе защитные белки.  

Сегодня существуют аминокислотные комплексы и для здоровых людей — спортсменов, беременных и других категорий. Они восполняют запасы аминокислот, что особенно важно, когда речь идет о незаменимых аминокислотах и позволяют организму не испытывать белкового голода в моменты пиковых нагрузок. Так, серьезные занятия спортом в период активного роста могут привести к нарушению работы сердца по очень простой причине - нехватка белков для построения соединительной ткани, из которой состоят не только суставы, но и клапаны сердца. Белок из обычного рациона уходит на построение мышц, соединительная ткань начинает страдать. Это лишь один из примеров важности правильного питания и последствий его отсутствия для организма.