Белки, углеводы, жиры и липоиды (стр. 2 из 3)

При слабом воздействии изменение белка может ограничиться частичным развертыванием третичной структуры. При более сильном воздействии макромолекула может развернуться полностью и остаться в форме своей первичной структуры (рис. 67).

Разные белки сильно отличаются друг от друга по легкости, с какой они денатурируются. Денатурация яичного белка происходит, например, при 60—70°С, а сократительный белок мышц денатурируется около 45°С. Многие белки денатурируются от действия ничтожных концентраций химических веществ, а некоторые даже от незначительного механического воздействия.

Как показывают исследования, процесс денатурации обратим, т. е. денатурированный белок может перейти обратно в нативный. Даже полностью развернутая макромолекула белка способна самопроизвольно восстановить свою структуру. Отсюда следует, что все особенности строения макромолекулы нативного белка определяются его первичной структурой, т. е. составом аминокислот и порядком их следования в цепи.

Роль белков в клетке. Значение белков для жизни велико и многообразно. На первом месте стоит их каталитическая функция. Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ и от их концентрации. Химическая активность клеточных веществ, как правило, невелика. Концентрации их в клетке большей частью незначительны. Таким образом, реакции \ в клетке должны были бы протекать бесконечно медленно. Между тем известно, что химические реакции в клетке идут со значительной скоростью. Это достигается благодаря наличию в клетке катализаторов. Все клеточные катализаторы — белки. Они называются биокатализаторами, а чаще их называют ферментами. Каталитическая активность ферментов необычайно велика. Так, например, фермент каталаза, катализирующий реакцию распада перекиси водорода, ускоряет эту реакцию в 10¹¹ раз. По химической структуре ферменты ничем не отличаются от белков, не обладающих ферментативными функциями: те и другие построены из обычных аминокислот, те и другие обладают вторичной, третичной и т. д. структурами. В большинстве случаев ферменты катализируют превращение веществ, размеры молекул которых по сравнению с макромолекулами ферментов очень малы. Например, фермент каталаза имеет молекулярную массу около 100 000, а перекись водорода, распад которой катализирует каталаза, всего 34. Такое соотношение между размерами фермента и его субстрата (вещества, на которое действует фермент) наводит на мысль, что каталитическая активность ферментов определяется не всей его молекулой, а каким-то небольшим ее участком. Этот участок называется активным центром фермента. По-видимому, активный центр представляет собой какое-то сочетание групп, лежащих на расположенных рядом полипептидных цепях в третичной структуре фермента. Такое представление хорошо объясняет тот факт, что при денатурации фермента он лишается своей каталитической активности. Очевидно, при нарушении третичной структуры взаимное расположение полипептидных цепей изменяется, структура активного центра искажается, и фермент лишается активности. Почти каждая химическая реакция в клетке катализируется своим особым ферментом. Структура активного центра и структура субстрата точно соответствуют друг другу. Они подходят друг к другу, как ключ к замку. Благодаря наличию пространственного соответствия между структурой активного центра фермента и структурой субстрата они могут тесно сблизиться между собой, что и обеспечивает возможность реакции между ними.

Кроме каталитической функции, очень важна двигательная функция белков. Все виды движений, к которым способны клетки и организмы, — сокращение мышц у высших животных, мерцание ресничек у простейших, двигательные реакции растений и др. — выполняются особыми сократительными белками.

Еще одна функция белков — транспортная. Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его по всему телу.

При введении чужеродных веществ или клеток в организм в нем происходит выработка особых белков, называемых антителами, которые связывают и обезвреживают чужеродные вещества. В этом случае белки выполняют защитную функцию.

Существенно значение белков и как источника энергии. Белки распадаются в клетке до аминокислот. Часть аминокислот употребляется для синтеза белков, часть же подвергается глубокому расщеплению, в ходе которого освобождается энергия. При расщеплении 1 г белка освобождается 17,6 кдж (4,2 ккал).

Белки — это материал, из которого состоит клетка. Белки участвуют в построении внешней оболочки клетки, внутриклеточных мембран. У высших организмов из белков образованы кровеносные сосуды, роговица глаза, сухожилия, хрящ, волосы.

Таким образом, кроме каталитической, двигательной, транспортной, защитной и энергетической функций, белкам принадлежит еще и структурная функция.

2. Углеводы

В животной клетке углеводы содержатся в небольшом количестве— около 1% (от массы сухого вещества). В клетках печени и мышцах содержание их более высокое — до 5%. Наиболее богаты углеводами растительные клетки. В листьях, семенах, клубнях картофеля и т. д. углеводы составляют почти 90%.

Углеводы представляют собой органические соединения, в состав которых входят углерод, водород и кислород.

Углеводы разделяются на простые и сложные. Простые углеводы называются иначе моносахаридами, сложные — полисахаридами. Полисахариды представляют полимеры, в которых роль мономеров играют моносахариды.

Моносахариды. Для того чтобы иметь представление о химическом строении моносахаридов, приводим структурную формулу одного из них:

O H OH OH OH OH

C – C – C – C – C – CH₂OH

H H H H

Названия моносахаридов имеют окончания «оза». Корнем слова служит число С-атомов в молекуле или какое-нибудь свойство моносахарида. Таким образом, названия «триоза», «тетроза», «пентоза», «гексоза» и т. д. указывают на число атомов углерода в молекуле моносахарида, а название «глюкоза» — на сладкий вкус этого моносахарида («гликос» — сладкий, греч:), «фруктоза» — на содержание этого моносахарида в фруктах («фруктус» — плоды, лат.).

Все моносахариды — бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде, почти все они обладают приятным сладким вкусом.

Самые распространенные моносахариды — гексозы, пентозы и триозы. Из гексоз особенно важны глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза и фруктоза содержатся во многих продуктах в свободном состоянии. Сладкий вкус многих фруктов и ягод, а также меда зависит от присутствия в них глюкозы и фруктозы. Глюкоза содержится также в крови (0,1%). Глюкоза, фруктоза и галактоза входят в состав многих ди- и полисахаридов. Из пентоз важны рибоза и дезоксирибоза. Обе в свободном состоянии не встречаются. Они входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Полисахариды. Из двух моносахаридов образуется дисахарид, из трех — трисахарид, из многих — полисахарид. Ди- и трисахариды, подобно моносахаридам, хорошо растворимы в воде, обладают сладким вкусом. С увеличением числа мономерных звеньев растворимость полисахаридов уменьшается, сладкий вкус исчезает.

Из дисахаридов всем известен пищевой сахар, называемый часто также тростниковым сахаром, свекловичным сахаром или сахарозой. Сахароза образована из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. Широко распространен молочный сахар, содержащийся в молоке всех млекопитающих. Молочный сахар образован из молекулы глюкозы и молекулы галактозы. Из полисахаридов Мономер крахмала — глюкоза. В отличие от обычных полимеров, в которых мономерные звенья следуют друг за другом и образуют вытянутую цепь, крахмал представляет собой ветвистый полимер. Со структурой крахмала сходна структура гликогена, содержащегося в печени и мышцах животных. Мономером гликогена, как и крахмала, служит глюкоза.

Самый распространенный в природе углевод — клетчатка (целлюлоза). Древесина — почти чистая целлюлоза. По своей структуре целлюлоза — это обычный вытянутый в длинную цепь полимер. Мономер целлюлозы — глюкоза: каждая молекула целлюлозы состоит примерно из 150—200 молекул глюкозы.

Биологическая роль углеводов. Углеводы играют роль источника энергии, необходимой для осуществления клеткой различных форм активности. Любая деятельность — движение, секреция, биосинтез, свечение и т. д. — нуждается в затрате энергии. Углеводы подвергаются в клетке глубокому расщеплению и окислению и превращаются в простейшие продукты: СО₂ и Н₂О. В ходе этого процесса освобождается энергия. При полном расщеплении и окислении 1 г углеводов освобождается 17,6 кдж (4,2 ккал).

Кроме энергетической роли, углеводы выполняют и строительную функцию: из углевода клетчатки состоят стенки растительных клеток.

3. Жиры и липоиды

Содержание жира в клетках обычно невелико и составляет 5—15% от массы сухого вещества. Существуют, однако, клетки, жира в которых почти 90%. Эти клетки содержатся в жировой ткани. У животных жировая ткань находится под кожей и в сальнике. Жир содержится в молоке всех млекопитающих животных, причем у некоторых из них содержание жира в молоке достигает 40% (у самки дельфина). У ряда растений большое количество жира сосредоточено в семенах и плодах, например у подсолнечника, грецкого ореха.