Белки

Слово «белок» происходит от греческого «prota», что означает «имеющий первостепенное значение». В 1838 году Йёнс Якоб Берцелиус ввёл термин «белок» для обозначения крупных органических соединений с почти одинаковыми эмпирическими формулами. Это слово было выбрано, поскольку изучаемые соединения считались примитивными, но крайне важными для питания животных.

Важным этапом в изучении белков стало открытие в 1926 году Джеймсом Б. Самнером: он доказал, что ферменты можно выделить и кристаллизовать. Позднее, в 1955 году, Фредерик Сенгер определил полную аминокислотную последовательность первого белка — инсулина. Это стало первым доказательством того, что все белки имеют определённую структуру. Тремя годами позже Макс Перутц и сэр Джон Кендрю с помощью рентгеноструктурного анализа определили трёхмерные структуры гемоглобина и миоглобина соответственно.

Термины «белок», «полипептид» и «пептид» частично перекрываются по значению. Обычно «белок» используется для обозначения полной биологической молекулы в стабильной конфигурации, тогда как «пептид» относится к коротким олигомерам аминокислот, чаще всего не имеющим устойчивой трёхмерной структуры. Однако чёткая граница между ними не установлена и, как правило, проходит в районе 20–30 остатков. Полипептид можно рассматривать как любую линейную цепочку аминокислот независимо от длины, но обычно без фиксированной структуры.

На самом деле, белки — это основные строительные блоки всей жизни. Например, человеческий организм содержит около 100 000 различных белков, и каждая клетка нашего тела содержит белки. Они составляют основную часть кожи, органов, мышц и желез, а также присутствуют почти во всех биологических жидкостях. Белки необходимы в рационе человека для восстановления клеток и создания новых. Кроме того, белки играют важную роль в росте и развитии организма в детстве, подростковом возрасте и во время беременности.

Белки могут иметь различную длину и структуру. Они состоят из полимеров двадцати различных аминокислот, которые сворачиваются в определённую форму, характерную для каждого конкретного белка. Функции и свойства белков определяются последовательностью этих двадцати аминокислот. Эта последовательность зависит от генетической информации, содержащейся в ДНК. На каждом участке ДНК кодируется множество белков, поэтому для биологов очень важно определить, где начинается и где заканчивается код белка. Однако это сложно, поскольку в геноме человека больше ДНК, чем требуется для кодирования всех белков.

Как уже упоминалось, структура белка формируется в результате сворачивания пептидной цепи на саму себя, а также за счёт взаимодействия нескольких цепей. Это сворачивание происходит из-за вращения связей внутри аминокислот и между ними. Чтобы упростить понимание структуры белков, учёные делят её на несколько уровней: первичная структура (последовательность аминокислот), вторичная (спиральные и листовые структуры, такие как бета-складки), третичная (комбинации вторичных структур), и четвертичная (комплекс нескольких полипептидных цепей). Именно третичная структура придаёт белку его трёхмерную форму.

Большинство белков теряют свою структуру при неблагоприятных химических условиях, таких как слишком высокая или низкая кислотность, высокая концентрация солей или гидрофобная среда, а также под воздействием температуры или давления. Этот процесс называется денатурацией. Денатурированные белки утрачивают структуру, и, особенно в концентрированной форме, часто образуют нерастворимые агрегаты. Примером денатурации служит варёное яйцо, которое становится твёрдым из-за свёртывания и агрегации белков. В некоторых случаях денатурированные белки могут снова свернуться при возвращении в благоприятные условия, но иногда процесс необратим (как, например, с варёным яйцом). Белки также ответственны за восприимчивость или устойчивость организма к патогенам и паразитам.