post

Протеини (белтъци) – белтъчни структури

С развитието на химичните и биологичните науки, учените попадат на група вещества, които коагулират при нагряване и са с особено голямо значение за живота. През 1777 година французинът Пиер Жозеф Макс ги обединява под общото название „белтъци„. След около малко повече от 60 години холандецът Герард Йоханес Мулдер ги наименова „протеини„. Белтъците се оказват една от двете най-важни групи органични съединения за живота на Земята и стават важен обект за научни изследваня.

Протеините са огромни макромолекули изградени от множество различни мономери наречени алфа-аминокиселини. За да се образува белтъчната молекула е необходимо да се създаде пептидна връзка между всеки две съседни аминокиселини във веригата. Тя се формира при реакция между карбоксилната група  (-СООН) на едната АК с аминогрупата (-NH2) на другата АК.

Процесът на свързване на мономерите в дълга белтъчна верига с пептидни връзки се нарича полимеризация и така се образува завършения протеин. Синтезирането на една полипептидна верига от няколкостотин аминокиселинни остатъци протича за няколко минути.

Клетките в живите организми непрекъснато синтезират белтъци. Всяка клетка синтезира свои протеини, които могат да бъдат както строго специфични за нейните нужди, така и общо необходими за целия организъм. Всички белтъци се синтезират в цитоплазмата чрез последователно свързване на алфа-аминокиселини (АК) в точно определена последователност.

Редът, по който се се осъществява синтезът, е заложен в генетичната програма на клетката в нейната ДНК. Чрез процеса транскрипция тази информация попада в молекулите на РНК, които се използват като шаблон в процеса на транслация, при който се създават новите белтъчни молекули.

Структурни нива на организация на белтъците

За по-лесното изучаване на всички протеини са въведени условни структурни нива на тяхната организация. Първичната структура предствалява редът на свързване на алфа-АК в полипептидната верига. Тъй като белтъците са хетерополимери, тяхната първична структура може да бъде изключително разнообразна.

Веригата от своя страна се нагъва Z-образно или спирализира в пространството (подобно на пружина), защото между отделните АК се образуват водородни връзки. Това е вторичната структура на белтъчната молекула.

протеини (белтъци), вторична белтъчна структура

протеини (белтъци) – вторична структура

Третичната структура се формира чрез допълнително нагъване на вече спирализираната или нагъната верига около външни за молекулата центрове (подобно на червей, който се огъва в пространството). Тази структура се поддържа от водородни връзки, дисулфидни мостове, хидрофилни и хидрофобни взаимодействия. Според вида на третичната си структура белтъците могат да бъдат глобуларни (кълбовидни) или фибриларни (нишковидни).

Полипептидните вериги на глобуларните белтъци са със силно нагъната третична структура, като хидрофилните им групи са ориентирани към външността на „кълбото“. Този факт ги прави добре разтворими във вода и активни участници в биохимичните процеси.

Противно на тях фибриларните белтъци са изградени от усукани една около друга пептидни вериги, като хидрофобните им участъци са ориентирани към околната среда, което ги прави почти неразтворими във вода. Пример за такива е влакнестият фибрин в кръвните съсиреци.

Някои белтъци могат да образуват надмолекулни комплекси, които представляват тяхната четвъртична структура. Класически пример е хемоглобинът на бозайниците, който представлява четири белтъчни молекули свързани поединично с порфиринов пръстен, който пък е свързан с железен йон.

Денатурация и ренатурация

Окончателната стабилна структура на белтъците зависи от подредбата на АК във веригата. Тя се нарича нативна структура, като обикновено е третично ниво. Процесите на нейното разрушаване и възстановяване носят съответно  названията денатурация и ренатурация.

При определени обстоятелства денатурацията може да е необратима, което води до загуба на биологичните свойства на белтъците поради трайни изменения на тяхната структура и съответно химичните и физичните им характерирстики (например в изпърженото яйце). Освен високата температура, денатуриращите агенти могат да бъдат най-различни фактори от физичен и химичен произход (UV лъчи, киселини и др.).

протеини (белтъци) - третична структура

протеини (белтъци) – нива на структурна организация

Във вода белтъците образуват колоиден разтвор. Белтъчните колоиди са относително стабилни, но могат да се утаяват обратимо.

Синтез  на белтъци

Синтезът на протеините се извършва в рибозомите – немембранни овални органели. Всяка клетка съдържа огромно количество рибозоми. Една рибозома е съставена от две части – голяма и малка субединица. Всяка част е образувана от рибозомни РНК и рибозомни белтъци.

Двете части са свързани слабо чрез магнезиеви йони (Mg²+) и лесно могат да се разделят. Рибозомата изгражда белтъчната молекула като свързва последователно отделни аминокиселини в линейна (неразклонена) полипептидна верига.

Протеини – основни биологични функции

Белтъците имат множество функции в организмите, но 7 са основните: Градивна-структурообразуваща, каталитична, транспортна, регулаторна-хормонална, двигателна, защитна, енергийна.

Градивна

Белтъците са основният структурен елемент на живота като цяло. Смята се, че там където белтъците отсъстват е границата между живото и неживото. Всички клетъчни органели, тъкани и органи са изградени от различни протеини, което определя градивната функция на белтъците като основна.

хемоглобин, протеини

Хемоглобин – пример за четвъртична структура на белтъчни молекули

Каталитична

Каталитичната функция на глобуларните белтъци наречени ензими е следващата по важност от седемте. Реакциите, които протичат в организмите и цялостното функциониране на живите системи би било невъзможно без тяхното уникално свойство да ускоряват биохимичните процеси.

Транспортна

За да протичат химичните реакции в цитоплазмата на клетката е необходимо молекулите на реагентите да бъдат доставени на място. Точно тук се проявява транспортната функция на белтъците. Съществуват цели протеинови комплекси в клетъчната мембрана, които участват директно в транспорта на веществата.

Но белтъците могат да пренасят вещества и на далеч по-големи разстояния. Например хемоглобинът транспортира кислород, необходим за клетъчното дишане, от белите дробове до всички тъкани и органи.

У - антитела

У – антитела атакуват вирус

Регулаторна

Регулаторната функция на белтъците се осъществява чрез биологично активни вещества наречени хормони, които на практика имат протеинова природа. Тяхното участие в биохимичните процеси е ключово за правилното развитие на организмите. Отсъствието им както и прекомерното им наличие водят до тежки заболявания.

Защитна

Защитната функция на белтъците може да бъде както пасивна, така и активна. Например фибринът изгражда статична запушалка на раните – съсирек, който възпрепятства нахлуването на микроорганизми и вируси в организма. Имунната система от друга страна е изцяло динамичен защитен механизъм, който забелязва, разпознава и унищожава проникналите антигени във вътрешната течна среда и клетките на организма. В основата на имунния отговор стоят белтъчни антитела, които извършват главната работа по защитата.

микроскопска снимка на мускулна тъкан

белтъците са съществена част от мускулната тъкан

Двигателна

Двигателната функция на белтъците се проявява предимно при хетерофните организми. Благодарение на различни протеини или цели белтъчни комплекси, хетерофите могат да придвижват както част от тялото си спрямо друга, така и цялото тяло в пространството. При бактериите и едноклетъчните например такива белтъци изграждат флагелатния апарат, а при по-висшите животни мускулната система. При човека такива белтъци са актинът и миозинът.

Енергийна

Седмата функция на белтъците е енергийно-запасна. Поетите като храна протеини са не само източник на аминокиселини, но и добър приход на енергия за хетеротрофните организми. Запасната функция като цяло не е приоритетна, а е последна надежда за умиращ от глад организъм.

Нормално енергията се доставя от въглехидратите, а енергийният резерв са мазнините. При липсата на захари в кръвта, тялото започва да разгражда високоенергийната мастна тъкан, но когато и тя се изчерпи следва разграждане на протеините, изграждащи различните органи.

Като заключение може да се каже следното: твърдението, че в основата на живота стоят белтъците и нуклеиновите киселини, е напълно оправдано и показва реалното значение на протеините за живата природа.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!