Биология

Тема: Основы цитологии

Урок: Функции белков

Введение

На предыдущем уроке, мы с вами рассмотрели аминокислоты, строение белков; показали уровни организации белковой молекулы. Белки имеют первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру.

На этом уроке мы с вами разберем классификацию белков по форме молекулы, а также охарактеризуем некоторые функции белков.

Классификация белков

По форме молекулы белки делятся на фибриллярные белки, или волокнистые; глобулярные белки (Рис. 1), то есть белковая молекула имеет форму глобулы (шара); и промежуточные белки, то есть белки фибриллярной формы, но при этом растворимы в воде.

Рис. 1. Схематическое изображение третичной и четвертичной структуры белков

Фибриллярные белки.

Наиболее важна для них вторичная структура. Третичная структура складчатая. Обладают высокой механической прочностью, нерастворимы в воде.

Фибриллярные белки представляют собой длинные параллельные полипептидные цепи, скреплённые друг с другом поперечными сшивками, образуют длинные волокна, или слоистые структуры (Рис. 2).

Как правило, фибриллярные белки выполняют в организме структурные функции.

Рис. 2. Фибриллярные белки

Глобулярные белки.

Это полипептидные цепи, свёрнутые в компактные глобулы. В отличие от фибриллярных белков, они растворимы, легко образуют коллоидные суспензии, выполняют различные функции в клетке (Рис. 3).

Рис. 3. Примеры глобулярных белков

Промежуточные белки имеют фибриллярную форму, но растворимы в воде.

Функции белков

Белки выполняют целый ряд функций, как в клетке, так и в организме. Функция определяется структурой и формой белковой молекулы.

Структурная функция белков

В первую очередь эту функцию выполняют белки, которые входят в состав биологических мембран.

Кроме этого к структурным белкам относятся белки межклеточного матрикса, такие как коллаген и ретикулин. Одним из основных компонентов связок является эластин, кожи – коллаген. Коллаген также входит в состав костей, сухожилий, хряща (Рис. 4).

Волосы и ногти в основном состоят из очень прочного белка – кератина. Кстати кератин, является ещё компонентом перьев.

Рис. 4. Структурные белки. Эластин. Коллаген. Кератин

Сократительные белки

Некоторые клетки организма способны сокращаться и перемещаться, благодаря наличию сократительных белков. К сократительным белкам относятся актин и миозин, которые вызывают сокращение мышц и сокращение мышечной ткани (Рис. 5).

Рис. 5. Сократительные белки актин и миозин

Другим белком, обеспечивающим перемещение клеток, является тубулин, входящий в состав микротрубочек (основных компонентов ресничек и жгутиков клетки) (Рис. 6). Как и предыдущие белки, они имеют фибриллярную структуру.

Рис. 6. Белок тубулин, обеспечивающий движение компонентов клетки

Транспортные белки

Ряд белков выполняет функции переноса веществ из одного компартмента клетки в другой или между органами целого организма. Например, гемоглобин переносит кислород от легких к тканям, и углекислый газ от тканей в легкие. Эти белки имеют глобулярную структуру (см. видео).

В крови есть специальные транспортные белки – альбумины, которые переносят различные вещества. Сывороточный альбумин крови переносит как биологические активные вещества, так и жирные кислоты, и липиды.

Белки-переносчики осуществляют перенос веществ через клеточные мембраны (см. видео).

Защитные белки. Факторы иммунитета и токсины.

Специфические белки выполняют так называемую защитную функцию, они предохраняют наш организм от вторжения чужеродных организмов или чужеродных белков и от различных повреждений. К таким защитным белкам относятся антитела. То есть, они вырабатываются в ответ на чужеродные воздействия. Они взаимодействуют с микроорганизмами, попавшими в кровь, и их инактивируют.

Другие белки – интерфероны, они специфически связываются с вирусами, инактивируют их и не дают возможность воссоздать им свою структуру, то есть размножиться внутри организма человека.

Фибриноген и тромбин предохраняют организм от кровопотери, образуя тромб. Фибриноген является примером белка промежуточного типа, поскольку он имеет фибриллярную структуру, но при этом растворим в воде (Рис. 7).

Рис. 7. Нити фибрина тромба, оплетающие эритроциты, под микроскопом

Многие живые существа для обеспечения защиты выделяют белки – токсины, которые в большинстве случаев представляют сильнейшие яды. Токсические белки представлены токсинами ядов змей, скорпионов, пчёл. Они характеризуются довольно низкой для белков молекулярной массой. Токсины растений и микроорганизмов более разнообразны по форме и молекулярной массе. Наиболее распространенные из токсинов микроорганизмов – это дифтерийный и холерный токсин.

Некоторые организмы способны вырабатывать антитоксины, которые подавляют действие токсических веществ.

Регуляторная функция белков. Гормоны

В организме человека существует ряд белков, которые выполняют регуляторную функцию. К ним относятся различные гормоны белково-пептидной природы. Одним из таких гормонов является инсулин. Он вырабатывается поджелудочной железой и регулирует уровень глюкозы в крови.

Кроме этого к таким гормонам относится кальцитонин, который регулирует уровень кальция в крови костной ткани, а также так называемый соматотропный гормон, или соматотропин, который влияет на рост и развитие человека.

Запасные белки

Белки могут быть запасными питательными веществами. Например, альбумин куриного яйца, казеин молока. В семенах многих растений, белки также могут выполнять запасающую функцию.

Энергетическая функция белков

Белки могут выполнять в клетке или организме энергетическую функцию, поскольку при расщеплении одного грамма белков образуется 17,6 кДж энергии. Для этой цели белки используются в исключительных случаях – в качестве источника энергии обычно используется либо углеводы, либо липиды.

Таким образом, мы начали рассмотрение различных функций белков, а на следующем занятии обсудим белки-ферменты.

Настоящая голубая кровь

В живых организмах медь была обнаружена в 1808 году французским химиком Луи Вокленом. Он является основоположником химического анализа.

Гемоцианин, медьсодержащий белок кальмаров, улиток, раков и пауков. Так же, как и гемоглобин позвоночных, он переносит кислород, при этом кровь окрашивается в голубой цвет, и наблюдается флуоресценция. С окисью углерода гемоцианин, так же как и гемоглобин, взаимодействует обратимо, образуя бесцветное соединение.

Способность к переносу кислорода у гемоцианина значительно ниже, по сравнению с гемоглобином. Поэтому у высших позвоночных животных в крови наблюдается гемоглобин, а не гемоцианин.

В художественной литературе часто встречается словосочетание «голубая кровь». Оказывается, это выражение пришло к нам из Испании. В Испании людей благородного, или аристократического происхождения, отличала белая кожа с просвечивающими синеватыми сосудами – венами. Отсюда и название «голубая кровь». И к настоящей голубой крови подводных обитателей это не имеет никакого отношения.

Интерфероны

Интерфероны – это белки, которые вырабатываются в ответ на проникновение в организм различных чужеродных агентов, в том числе и вирусных частиц. Интерфероны блокируют (инактивируют) вирусы, то есть они запускают химические реакции, которые прекращают воспроизведение ДНК- и РНК-содержащих вирусов.

Интерфероны имеют широкий спектр действия:

противовирусное действие;

противоопухолевое действие;

радиопротекторное действие;

иммуномодулирующее действие.

В связи с этим интерфероны широко используются для лечения различных вирусных заболеваний (например, заболевания гриппа, ОРВИ, заболевания герпеса), используются в комплексной терапии такого сложного заболевания как гепатит, используются в комплексной терапии для лечения СПИДа, а также, поскольку они обладают противоопухолевым действием, в комплексной терапии для лечения раковых заболеваний.

Кроме этого, интерфероны используются и для лечения различных бактериальных инфекций, и даже грибковых. Обычно препарат «интерферон» вводится путём внутривенных инъекций, например, при лечении различных раковых заболеваний, при лечении гепатита.

Если у человека наблюдается герпес, то обычно смазывается поражённый участок.

При различных формах простудных заболеваний, интерферон используется в виде капель в нос.

Соматотропный гормон

Соматотропин, или соматотропный гормон, контролирует рост и развитие организма как животных, так и человека. Соматотропин вырабатывается передней долей гипофиза и секретируется в кровь. Он является полифункциональным гормоном. Основной дефект развития организма человека и животных, в условии недостаточности соматотропина – задержка роста костей.

Избыток соматотропина в растущем организме может приводить к гигантизму, а у взрослых к ненормальному увеличению отдельных органов и тканей.

 

Домашнее задание

1. Какие вещества называют белками?

2. Из чего состоят белки?

3. Какие классификации белков вам известны?

4. Перечислите основные функции белков.

5. Приведите примеры белков, которые выполняют различные функции.

6. Сравните функции гемоглобина и гемоцианина.

7. Каковы функции интерферона?

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Википедия (Источник).

2. Школа цифрового века (Источник).

3. Портал для семейного просмотра (Источник).

4. Элементы (Источник).

5. Химик (Источник).

 

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П. В. Ижевский, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.

3. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.

4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.