Біологічна роль амінокислот і білків.

Біологічна роль амінокислот і білків.

Повторення. Серед клітинних макромолекул за функціональним значенням і в кількісному відношенні провідна роль належить білкам. Білки — складні високомолекулярні природні органічні речовини, що складаються з амінокислот, сполучених пептидними зв’язками. Зазвичай білки є лінійними полімерами — поліпептидами, хоча інколи мають більш складну структуру. Невеликі білкові молекули, тобто олігомери поліпептидів, називаються пептидами. Послідовність амінокислот у конкретному білку визначається відповідним геном і зашифрована генетичним кодом. Хоча генетичний код більшості організмів визначає лише 20 «стандартних» амінокислот, їх комбінування уможливлює створення великого різноманіття білків із різними властивостями.

Повторення. Амінокислота — це хімічна речовина, молекула якої одночасно містить аміногрупу –NH2 (в деяких випадках – іміногрупу =NH) та карбоксильну групу –СООН. Пепти́дний зв'язок — хімічний зв'язок, що виникає між двома молекулами внаслідок реакції конденсації між карбоксильною групою (-СООН) однієї і аміногрупою (-NH2) іншої, при цьому виділяється одна молекула води (H2 O).

Незважаючи на те, що генетичним кодом живих істот кодуються лише 20 амінокислот, в природі їх знайдено близько ста. Деякі з амінокислот також знайдені і в метеоритах, особливо в тих з них, що називаються карбоген-хондритами.

Бактерії та рослини можуть виробляти досить незвичайні амінокислоти, котрі можуть долучатись до складу пептидних антибіотиків (нізин, аламетицин); лантіонін — зв’язаний дисульфідним хімічним зв’язком димер аланіну — спільно з ненасиченими амінокислотами входить до складу лантибіотиків (пептидні антибіотики бактеріального походження).

Білки — головні гравці у процесах в межах клітини. Вони виконують специфічні завдання залежно від інформації, закодованої у відповідних генах. За винятком певних типів РНК більшість біомолекул часто розглядаються як інертні субстрати, на які діють білки. Білки складають половину сухої ваги клітин Escherichia coli, тоді як такі молекули як ДНК і РНК — лише 3 % і 20 %, відповідно. Повний набір білків специфічної клітини або типу клітин називається протеомом. Фермент гексокіназа показаний за допомогою простої кульково-паличкової моделі. У правому верхньому кутку субстрати білка, АТФ і глюкоза.

Білки надходять в організм разом з їжею й служать основним джерелом амінокислот. Обов'язкове використання білків у їжі обумовлене потребою в незамінних амінокислотах, які не можуть синтезуватися людиною з інших речовин. Травлення починається з кислотної денатурації білків у шлунку — необхідної стадії для кулінарно неопрацьованої їжі.

Денатуровані білки стають субстратом для протеаз, спочатку в шлунку, а потім у слабколужному середовищі тонкого кишечнику. Продукти протеазного розщеплення — короткі пептиди й амінокислоти усмоктуються ентероцитами розташованими в епітелії тонкого кишечнику. Основним транспортером ди- і трипептидів служить мембранний білок Pept1, через який проходить 65—80% усіх усмоктуваних людиною амінокислот.

В ентероцитах частина пептидів розщеплюється до окремих амінокислот. Потім амінокислоти й пептиди переправляються транспортерами через протилежну мембрану й розносяться по всьому тілу з потоком крові. Амінокислотне харчування інших кліток організму відбувається за допомогою мембранних транспортерів амінокислот, а також заковтування й протеазного розщеплення зовнішніх білків і пептидів. Ворсинки шлунку

Регуляція транспорту й метаболізму амінокислот — складний, ще не досить вивчений процес. У ньому беруть участь різні системи організму, у тому числі нервова система, що відповідає за формування відчуття голоду й ситості в головному мозку.

Інтерес до механізму білкового травлення проявляють не тільки фізіологи й дієтологи. У медичній практиці виникають питання, пов'язані з персональною алергією до деяких білків. У більш складних випадках розробляються спеціальні білкові дієти.

Білкові й амінокислотні суміші викликають інтерес у спортсменів з метою нарощування м'язів (приклади нижче): Протеїн - це порошковий концентрат з високим вмістом якісного білка. Протеїн потрібен для стимуляції і підтримки росту м’язової маси спортсмена, адже він основний матеріал для синтезу нових білкових молекул в м’язових клітинах. Таким чином, протеїн — це джерело будівельного матеріалу (амінокислот) для м’язів. Гейнер (Gainer) – це особливий вид спортивного харчування, що складається із суміші білків та вуглеводів. Нерідко в цю суміш додаються креатин, амінокислоти, вітаміни, мікроелементи та інші складові. Крім того, в гейнері може бути і невелика кількість жирів. Основне функціональне призначення гейнера – це збільшення м'язової маси тіла.

Значна кількість досліджень у медицині направлена на використання білків в якості терапевтичних препаратів та засобів діагностики захворювань.

Фармацевтичне застосування білків почалося з природних білків отриманих з різноманітних живих організмів. Нові препарати створюються штучно, рекомбінантними методами або за допомогою проектування білків. Актуальне:

У здорових людей білки у поєднанні з деякими мінеральними речовинами регулюють вміст води в різних ділянках тіла; нестача білків в їжі позначається на його вмісті в крові – вона збіднюється білками, в результаті чого вода із крові переходить в міжклітинний простір і в такому випадку вода не видаляється нирками, що призводить до виникнення набряків;

Загалом можна виділити такі основні біологічні функції білків:1) каталітична полягає в тому, що білки (ферменти) прискорюють біохімічні реакції в процесі обміну речовин;2) структурна – білки у тварин утворюють рогові покриви, є основою сполучення між клітинами (на структурний білок сполучної тканини колаген припадає третина всіх білків організму за масою);3) рухова, яку виконують скорочувальні білки, які у всіх живих організмів побудовані і функціонують за спільним принципом, наприклад, актин і міозин у м’язовому волокні; 4) транспортна – перенесення по крові гормонів, газів (гемоглобін і міоглобін), заліза, залишків жирних кислот (альбумін крові), та ін.; активний транспорт багатьох речовин через клітинну мембрану;

Загалом можна виділити такі основні біологічні функції білків:5) регуляторна – регулювання швидкості біохімічних процесів (гормони гіпофізу, підшлункової залози, які є білками або похідними амінокислот); білки є регуляторами зчитування спадкової інформації з ДНК; 6) захисна функція білків полягає у синтезі антитіл у відповідь на появу чужорідних молекул (антитіла зв’язують і знешкоджують їх); одним із білків, що виконує таку функцію є білок інтерферон, що знешкоджує чужорідну нуклеїнову кислоту; токсини (наприклад ботулізму); 7) енергетична – білки можуть бути джерелом енергії для людини, так в результаті повного окиснення 1 г білка виділяється біля 17 к. Дж енергії, проте білки не відкладаються про запас – надмірна кількість білків, що надійшла до організму, витрачається для отримання енергії; крім того, під час розщеплення білків вивільняється токсичний продукт – аміак, на детоксикацію якого витрачається енергія; 8) інформаційна функція білків полягає в тому, що через білки відбувається передача генетичної інформації з покоління в покоління.

Дякую за увагу!