Обмен белков.
Строение и значение белков.
Белки - это органические вещества, обладающие большей молекулярной массой и содержащие различные элементы в довольно строгих количественных соотношениях. Белок содержит углерод (50-55%), водород (6,5-7,3%), кислород (21-24%), серу (0-0,5%) и азот (15-18%).
Значение белков в организме огромно. "Жизнь - это способ существования белковых тел..." - писал Ф.Энгельс. Белки являются главным строительным материалом клетки. Образуя ферменты и гормоны, они регулируют процессы, протекающие на всех уровнях организации живого организма: молекулярном, клеточном, органном и организменном.
Белки определяют видовые и индивидуальные различия организмов. Они необходимы для осуществления защитных функций. Белкам присуща и энергетическая функция, так как их распад сопровождается освобождением энергии.
Различают простые белки - протеины - и сложные - протеиды. Простые белки состоят только из аминокислот, а сложные включают, помимо аминокислот, дополнительные группы, имеющие различную структуру. Различают несколько групп сложных белков: металлопротеиды - белки, содержащие металл; гликопротеиды - комплекс белков с углеводами; липопротеиды - комплекс белков с липидами; нуклеопротеиды - белки, образующие комплекс с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК), и др.
Молекулярная масса белков очень велика и колеблется в широких пределах: от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц. Форма молекул простых белков чаще всего приближается к сферической. Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры молекулы белков. Под первичной структурой понимают последовательность аминокислот в белке. Двадцать встречающихся в живом организме аминокислот могут многократно повторяться, сочетаясь в различной последовательности, что обусловливает существование большого количества различных белков.
Аминокислоты связаны в белках посредством пептидных связей. При неполном расщеплении белка образуются соединения, состоящие из меньшего, чем белки, числа аминокислот и называемые полипептидами и пептидами. Полипептиды содержат большее число аминокислотных остатков по сравнению с пептидами. В настоящее время для нескольких десятков белков установлена последовательность расположения в них аминокислот.
Полипептидные цепи в молекуле белков не вытянуты, а свернуты в спираль, образуя вторичную структуру белка. Определенное расположение полипептидных цепей молекулы белков в пространстве называют ее третичной структурой.
Установлено, что молекула белков состоит из отдельных субъединиц. Их пространственное расположение определяет ее четвертичную структуру.
Специфичность белков.
При наличии такой сложной структуры, какой обладают белковые молекулы, возможно бесчисленное множество вариаций их строения. Отличия могут наблюдаться в одной, в нескольких или во всех структурах белковой молекулы (от первичной до четвертичной). Наличием огромного числа различных видов белков, отличающихся по своему строению, определяется их видовая, индивидуальная и органная специфичность. Видовая специфичность проявляется в том, что структура белков животных, относящихся к разным видам, неодинакова. Отличается также, хотя и в меньшей степени, структура белков отдельных индивидуумов, относящихся к одному и тому же виду. При введении в организм чужеродного белка возникают различные иммунные реакции, направленные на его удаление. Это служит серьезным препятствием для пересадки органов и тканей и может служить причиной возникновения тяжелых нарушений в организме пр переливании несовместимых групп крови, при искусственной иммунизации.
Органная специфичность белков характеризуется тем, что беки одного и того же организма, но разных органов различны по структуре, а следовательно, и свойствам.
Все виды специфичности белков сохраняются на протяжении всей жизни организма. Это возможно благодаря тому, что наряду с постоянным расходованием запасов белков происходит их синтез, причем каждая клетка синтезирует только определенные виды белков.
Азотистое равновесие.
О количестве белка, получаемого с пищей или выделяемого из организма, можно судить по количеству потребленного или выделенного азота. Из питательных веществ только белки содержат азот. Известно, что его количество в белке составляет 16%. Отсюда легко вычислить, что 1 г азота содержится в 6,25 г белка (100:16). Отсюда, зная количество выделенного или потребленного азота, легко рассчитать соответствующее количество белка.
Понятие "азотистый баланс" означает разницу в количестве азота, введенного в организм с пищей и выведенного с мочой, калом и потом. Для здорового взрослого человека характерно азотистое равновесие, при котором азотистый баланс равен 0, т.е. выводится азота столько же, сколько его поступает с пищей. Когда из организма выводится азота меньше, чем поступает, говорят о положительном азотистом балансе. Это всегда наблюдается у беременных и в растущем организме.
В некоторых случаях, как например, при голодании, количество выводимого азота превышает количество поступающего. В этом случае в организме имеет место отрицательный азотистый баланс.
Биологическая ценность белков.
Различают биологически полноценные и неполноценные белки. Степень ценности белка определяется количеством аминокислот, необходимых для нормального протекания в организме процессов синтеза. Белки, которые содержат в определенном соотношении все необходимые для этого аминокислоты, называют полноценными, а белки, в которых нет нужного набора аминокислот, - неполноценными. К последним относят, например, белок кукурузы и ячменя.
Особенно ценны для организма те аминокислоты, которые не образуются в животном организме. Таким аминокислот 10. Их называют незаменимыми (метионин, лизин, триптофан и др.). 10 аминокислот являются заменимыми, так как могут синтезироваться в организме. Каждая из аминокислот несет в организме специфическую функцию, и поэтому недостаток поступления ее может вызвать те или иные расстройства его деятельности. Например, при недостатке валина отмечается расстройство функций нервной системы.
Превращения белков в организме.
В живом организме постоянно происходят синтез и распад белков. Синтез белка осуществляется при участии аминокислот, имеющих разное происхождение. Необходимым постоянным источником аминокислот являются белки пищи. В пищеварительном тракте они подвергаются распаду до аминокислот, которые всасываются в кровь. Пройдя через сосуды печени, аминокислоты приносятся ко всем органам, в клетках которых вновь синтезируется белок, но уже специфичный для каждого из них. Для синтеза белка используются также аминокислоты, пептиды и нуклеотидпептиды, образующиеся в процессе распада клеточных белков. Нуклеотидпептидом называют продукт неполного распада белка, состоящий из пептидов и нуклеотидной группировки. Для синтеза белка используются также аминокислоты, которые синтезируются в организме. В организме из продуктов распада белков одного вида могут синтезироваться белки другого вида.
Интенсивность синтеза белка довольно высока. Ежесуточно в развивающемся организме человека синтезируется 100 г белков. Однако не все аминокислоты, образовавшиеся при распаде белка, используются для его синтеза. Часть аминокислот подвергаются распаду, конечными продуктами которого являются NH3, CO2 и H2O. Аммиак токсичен для организма. Даже незначительное увеличение его количества в организме может вызвать ряд тяжелых расстройств. Обычно этого не происходит, потому что в организме аммиак быстро связывается с аспарагиновой и глутаминовой кислотами и белком. При этом он теряет свою токсичность. Обезвреживание аммиака осуществляется также в печени посредством синтеза мочевины - вещества, относительно безвредного для организма, удаляемого с мочой. Продукты неполного распада одних аминокислот могут использоваться в организме в качестве строительного материала для синтеза других аминокислот. В организме постоянно происходят синтез и распад не только простых белков, но и сложных.
Конечными продуктами обмена нуклеопротеидов являются мочевина, мочевая кислота, углекислых газ и вода.
