ГЛАВА 2. Основные представления о структуре и функции белков
Белки играют решающую роль практически во всех биологических процессах. Значение и удивительное разнообразие их функций очевидно из следующих примеров.
1. Ферментативный катализ. В биологических системах почти все реакции катализируются специфическими макромолекулами, называемыми ферментами, Некоторые из этих реакций, такие как гидратирование диоксида углерода, очень просты, Другие же, например репликация всей хромосомы, в высшей степени сложны. Почти все ферменты - мощные катализаторы, повышающие скорости реакции по крайней мере в миллион раз. Так, в отсутствие ферментов химические превращения in vivo удается выявить очень редко. В настоящее время охарактеризовано несколько тысяч ферментов, причем многие из них выделены в кристаллической форме. Поразителен тот факт, что все известные ферменты являются белками. Следовательно, именно белки определяют ход химических превращений в биологических системах.
2. Транспорт и накопление. Транспорт многих небольших молекул и ионов осуществляется специфическими белками. Например, содержащийся в эритроцитах гемоглобин переносит кислород к тканям, тогда как близкий к нему белок миоглобин запасает кислород в мышцах. В плазме крови железо транспортируется в виде комплекса с трансферрином, а в печени оно накапливается в виде комплекса с другим белком - феррт ином.
3. Координированное движение. Белки - основной компонент мышц. Сокращение мышцы обеспечивается скольжением двух типов белковых нитей относительно друг друга. Координированные движения на микроскопическом уровне, например расхождение хромосом во время митоза или продвижение спермия при помощи жгутика, также обеспечиваются сократительными структурами, состоящими из белков.
4. Механическая опора. Высокая упругость кожи и костей обусловлена наличием фибриллярного белка коллагена.
Рис. 2.1.
Микрофотография кристалла гексокиназы - ключевого фермента утилизации глюкозы. (Печатается с любезного разрешения д-ра Т Steitz и д-ра М. Yeager.)
Рис. 2.2.
Поперечный срез летательной мышцы насекомого под электронным микроскопом. Видно, что белковые нити двух типов образуют гексагональные структуры. (Печатается с любезного разрешения д-ра М. Reedy.)
5. Иммунная защита. Антитела - это высокоспецифические белки, способные узнавать и связывать такие чужеродные объекты, как вирусы, бактерии и клетки других организмов. Таким образом, белки играют жизненно важную роль, различая свое и чужое.
6. Генерирование и передача нервных импульсов. Ответ нервных клеток на специфические импульсы опосредован рецепторными белками. Например, родопсин - фоторецепторный белок клеток палочек сетчатки. Молекулы рецепторов, приводимые в действие специфическими веществами небольшой молекулярной массы типа ацетилхолина, обеспечивают передачу нервных импульсов в синапсах, т.е. в местах соединения нервных клеток.
7. Регуляция роста и дифференцировки. Строгая регуляция последовательности экспрессии генетической информации имеет крайне важное значение для упорядоченного роста и дифференцировки клеток. В любой отрезок времени жизни огранизма экспрессируется только небольшая часть генома клетки. У бактерий основным элементом регуляции служат репрессорные белки, которые заставляют «молчать» специфические участки клеточной ДНК. Совершенно другим путем происходит регуляция белками процесса дифференцировки клеток, что видно на примере фактора роста нервов-белкового комплекса, под действием которого формируется сеть нейронов у высших организмов.
