Значення, роль та функції білків в клітині. Яку функцію в клітині виконують білки?

Білки - це найважливіші органічні речовини, кількість яких переважає над усіма іншими макромолекулами, які присутні в живій клітині. Вони складають більше половини ваги сухої речовини як рослинних, так і тваринних організмів. Функції білків в клітці різноманітні, деякі з них досі залишаються невідомими науці. Але все ж основні напрями їх «роботи» добре вивчені. Одні потрібні для того, щоб стимулювати процеси, що протікають в клітинах і тканинах. Інші переносять важливі мінеральні сполуки через клітинну мембрану і по кровоносних судинах від одного органу до іншого. Деякі захищають організм від чужорідних часто патогенних агентів. Ясно одне - без білків не протікає жоден процес в нашому організмі.

Основні функції білків

Функції білків в організмі різноманітні. Кожна група має певне хімічну будову, робить одну спеціалізовану «роботу». У деяких випадках кілька типів білків взаємопов`язані один з одним. Вони відповідають за різні етапи одного процесу. Або ж впливають відразу на декілька. Наприклад, регуляторна функція білків здійснюється ферментами і гормонами. Це явище можна уявити, згадавши про гормон адреналіні. Він виробляється мозковим шаром надниркових залоз. Поступаючи в кровоносні судини, він підвищує кількість кисню в крові. Піднімається і артеріальний тиск, збільшується вміст цукру. Це стимулює обмінні процеси. Також адреналін є медіатором нервової системи у риб, амфібій і плазунів.

Ферментативна функція

Численні протікають в клітинах живих організмів біохімічні реакції здійснюються при високих температурах і з нейтральним значенням рН. В таких умовах швидкість їх проходження занадто мала, тому потрібні спеціалізовані каталізатори, звані ферментами. Всі їх різноманітність об`єднано в 6 класів, які розрізняються по специфічності дії. Ферменти синтезуються на рибосомах в клітинах. Їх вивченням займається наука ензимологія.

Безсумнівно, без ферментів неможлива регуляторна функція білків. Вони володіють високою вибірковістю дії. Їх активність може регулюватися інгібіторами і активаторами. Крім того, ферменти зазвичай проявляють специфічність по відношенню до субстратів. Також ферментативна активність залежить від умов в організмі і в клітинах зокрема. На їх перебіг впливає тиск, кисла рН, температура, іонна сила розчину, тобто концентрація солей в цитоплазмі.

Транспортні білки

У клітку повинні постійно надходити необхідні організму мінеральні та органічні речовини. Вони потрібні як будівельні матеріали та джерела енергії в клітинах. Але механізм їх надходження досить складний. Клітинні оболонки складаються не тільки з білків. Біологічні мембрани будуються за принципом подвійного шару ліпідів. Між ними вбудовані різні білки. Дуже важливо, що гідрофільні ділянки знаходяться на поверхні мембрани, а гідрофобні - в її товщі. Таким чином, така структура робить оболонку непроникною. Через неї не можуть самостійно, без «допомоги», пройти такі важливі компоненти, як цукру, іони метолу і амінокислоти. Через цитоплазматичну мембрану в цитоплазму їх транспортують спеціалізовані білки, які вмонтовані в шари ліпідів.

Транспорт речовин від одних органів до інших

Але транспортна функція білків здійснюється не тільки між міжклітинним речовиною і кліткою. Деякі важливі для фізіологічних процесів речовини доводиться доставляти з одних органів до інших. Наприклад, транспортний білок крові - сироватковий альбумін. Він наділений унікальною здатністю формувати з`єднання з жирними кислотами, які з`являються при перетравленні жирів, з лікарськими препаратами, а також із стероїдними гормонами. Важливими білками-переносниками є і гемоглобін (доставляє молекули кисню), трансферин (що з`єднується з іонами заліза) і церуплазмін (формуючий комплекси з міддю).

Сигнальна функція білків

Величезне значення в протіканні фізіологічних процесів в багатоклітинних складних організмах мають білки-рецептори. Вони вмонтовані в плазматическую мембрану. Служать вони для сприйняття і розшифровки різного роду сигналів, які безперервним потоком надходять в клітини не тільки від сусідніх тканин, але й із зовнішнього середовища. В даний час, мабуть, самим дослідженим білком-рецептором є ацетилхолін. Він знаходиться в ряді міжнейронних контактів на мембрані клітини.

Але сигнальна функція білків здійснюється не тільки всередині клітин. Багато гормонів зв`язуються зі специфічними рецепторами на їх поверхні. Таке сформоване з`єднання і є сигналом, який активує фізіологічні процеси в клітинах. Прикладом таких білків є інсулін, який діє у аденілатціклазной системі.

Захисна функція

Функції білків в клітині різні. Деякі з них беруть участь в імунних відповідях. Це захищає організм від інфекцій. Імунна система здатна відповідати на виявлені чужорідні агенти синтезом величезної кількості лімфоцитів. Ці речовини здатні вибірково ушкоджувати ці агенти, вони можуть бути чужорідними для організму, наприклад бактерії, надмолекулярні частинки, або це можуть бути ракові клітини.

Одна з груп - «бета» -лімфоцити - виробляє білки, які потрапляють в русло крові. Вони мають дуже цікаву функцію. Ці білки повинні розпізнавати чужорідні клітини і макромолекули. Потім вони з`єднуються з ними, формуючи комплекс, який підлягає знищенню. Білки ці називаються імуноглобулінами. Самі чужорідні компоненти - це антигени. А імуноглобуліни, які їм відповідають - антитіла.

Структурна функція

В організмі, крім високоспеціалізованих, існують ще й структурні білки. Вони необхідні, щоб забезпечувати механічну міцність. Ці функції білків в клітині важливі для підтримки форми і збереження молодості організму. Найвідомішим є колаген. Це основний білок позаклітинного матриксу сполучних тканин. У вищих ссавців він складає до 1/4 загальної маси білків. Синтезується колаген в фібробластах, які є основними клітинами сполучних тканин.

Такі функції білків в клітині мають величезне значення. Крім колагену, відомий ще один структурний білок - еластин. Він також є складовою позаклітинного матриксу. Еластин здатний наділяти тканини можливістю розтягуватися в певних межах і легко повертатися у вихідну форму. Ще один приклад структурного білка - фиброин, який виявлений у гусениць шовкопрядів. Це основний компонент шовкових ниток.

Моторні білки

Роль білків у клітині переоцінити неможливо. Вони беруть участь і в роботі м`язів. М`язове скорочення є важливим фізіологічним процесом. В результаті відбувається перетворення запасеного у вигляді макромолекул АТФ в хімічну енергію. Безпосередніми учасниками процесу є два білки - актин і міозин.

Ці рухові білки являють собою ниткоподібні молекули, які функціонують в скоротливої системі скелетних м`язів. Також вони виявляються в нем`язові тканинах у еукаріотичних клітин. Ще один приклад рухових білків - тубулін. З нього побудовані мікротрубочки, що є важливим елементом джгутиків і війок. Також мікротрубочки, що містять тубулін, виявляють в клітинах нервової тканини тварин.

Антибіотики

Величезною є захисна роль білків в клітині. Частково її покладають на групу, яку прийнято називати антибіотиками. Це речовини природного походження, які синтезуються, як правило, в бактеріях, мікроскопічних грибах та інших мікроорганізмах. Вони націлені на придушення фізіологічних процесів інших конкуруючих організмів. Відкриті антибіотики білкового походження були в 40-х роках. Вони зробили революцію в медицині, давши їй потужний поштовх до розвитку.

За своєю хімічною природою антибіотики - вельми різноманітна група. Вони розрізняються і за механізмом дії. Одні перешкоджають синтезу білка усередині клітин, другі блокують вироблення важливих ферментів, треті пригнічують ріст, четверті - розмноження. Наприклад, добре відомий стрептоміцин взаємодіють з рибосомами бактеріальних клітин. Таким чином, в них різко сповільнюється синтез білків. При цьому дані антибіотики не взаємодіють з еукариотическими рибосомами організму людини. Це означає, що для вищих ссавців дані речовини не токсичні.

Це далеко не всі функції білків в клітині. Таблиця антибіотичних речовин дозволяє визначити й інші вузькоспеціалізовані дії, які ці специфічні природні сполуки здатні чинити на бактерії і не тільки. В даний час ведуться вивчення антибіотиків білкового походження, які при взаємодії з ДНК порушують процеси, пов`язані з здійсненням спадкової інформації. Але поки такі речовини використовують тільки при хіміотерапії онкологічних захворювань. Прикладом такого антибиотического речовини є дактіноміцін, синтезується актиноміцетами.

Токсини

Білки в клітці виконують функцію вельми специфічну і навіть неординарну. У ряду живих організмів виробляються отруйні речовини - токсини. За своєю природою це білки і складні низькомолекулярні органічні сполуки. Як приклад можна привести отруйну м`якоть гриба бліда поганка.

Запасні та харчові білки

Деякі білки виконують функцію щодо забезпечення харчуванням зародків тварин і рослин. Таких прикладів багато. Значення білка в клітині насіння злакових укладено саме в цьому. Вони будуть живити формується зачаток рослини на перших стадіях його розвитку. У тварин харчовими білками є яєчний альбумін і молочний казеїн.

Невивчені властивості білків

Наведені вище приклади - лише та частина, що вже достатньо вивчена. Але в природі залишається багато загадок. Білки в клітці багатьох біологічних видів унікальні, і в даний час навіть класифікувати їх важко. Наприклад, монеллін - білок, виявлений і виділений з африканського рослини. На смак він солодкий, але при цьому не викликає ожиріння і не токсичний. У майбутньому це може бути чудова заміна цукру. Ще один приклад - білок, виявлений у деяких арктичних риб, він перешкоджає замерзанню крові, діючи як антифриз в буквальному сенсі цього порівняння. У ряду комах у з`єднаннях крил виявлений білок резілін, що володіє унікальною, практично ідеальною еластичністю. І це далеко не всі приклади речовин, які тільки належить вивчити і класифікувати.