Биологические функции белка. Функции белков в организме

Постоянно открывают все новые и новые регуляторные белки, в настоящее время известна, вероятно, только малая их часть.

Существует несколько разновидностей белков, выполняющих регуляторную функцию:

белки - рецепторы , воспринимающие сигнал
сигнальные белки - гормоны и другие вещества, осуществляющие межклеточную сигнализацию (многие, хотя и далеко не все, из них является белками или пептидами)
регуляторные белки, которые регулируют многие процессы внутри клеток.

Белки, участвующие в межклеточной сигнализации

Протеинкиназы регулируют активность других белков путем фосфолирования - присоединения остатков фосфорной кислоты к остаткам аминокислот, имеющих гидроксильные группы . При фосфорилировании обычно изменяется функционирование данного белка, например, ферментативная активность, а также положение белка в клетке.

Существуют также протеинфосфатазы - белки,которые отщепляют фосфатные группы. Протеинкиназы и протеинфосфатазы регулируют обмен веществ, а также передачу сигналов внутри клетки. Фосфорилирование и дефосфорилирования белков - один из главным механизмов регуляции большинства внутриклеточных процессов.

Постоянно открывают всё новые и новые регуляторные белки, в настоящее время известна, вероятно, только малая их часть.

Существует несколько разновидностей белков, выполняющих регуляторную функцию:

белки-рецепторы , воспринимающие сигнал;
сигнальные белки-гормоны и другие вещества, осуществляющие межклеточную сигнализацию (многие из них, хотя далеко не все, являются белками или пептидами);
регуляторные белки, которые регулируют многие процессы внутри клеток.

Белки, участвующие в межклеточной сигнализации

Белки-гормоны (и другие белки, участвующие в межклеточной сигнализации) оказывают влияние на обмен веществ и другие физиологические процессы.

Гормоны - это вещества, которые образуются в железах внутренней секреции, переносятся кровью и несут информационный сигнал. Гормоны распространяются безадресно и действуют только на те клетки, которые имеют подходящие белки-рецепторы. Гормоны связываются со специфическими рецепторами. Обычно гормоны регулируют медленные процессы, например, рост отдельных тканей и развитие организма, однако есть и исключения: например, адреналин - гормон стресса, производное аминокислот. Он выделяется при воздействии нервного импульса на мозговой слой надпочечников . При этом начинает чаще биться сердце, повышается кровяное давление и наступают другие ответные реакции. Также он действует на печень (расщепляет гликоген). Глюкоза выделяется в кровь, и её используют мозг и мышцы как источник энергии.

Белки-рецепторы

К белкам с регуляторной функцией можно отнести также белки-рецепторы. Мембранные белки-рецепторы передают сигнал с поверхности клетки внутрь, преобразовывая его. Они регулируют функции клеток за счет связывания с лигандом, который «сел» на этот рецептор снаружи клетки; в результате активируется другой белок внутри клетки.

Большинство гормонов действуют на клетку, только если на её мембране есть определенный рецептор - другой белок или гликопротеид. Например, β2- адренорецептор находится на мембране клеток печени. При стрессе молекула адреналина связывается с β2- адренорецептором и активирует его. Далее активированный рецептор активирует G-белок , который присоединяет ГТФ . После многих промежуточных этапов передачи сигнала происходит фосфоролиз гликогена. Рецептор осуществил самую первую операцию по передаче сигнала, ведущего к расщеплению гликогена . Без него не было бы последующих реакций внутри клетки.

Внутриклеточные регуляторные белки

Белки регулируют процессы, происходящие внутри клеток, при помощи нескольких механизмов:

взаимодействия с молекулами ДНК (транскрипционные факторы);
при помощи фосфорилирования (протеинкиназы) или дефосфорилирования (протеинфосфатазы) других белков;
при помощи взаимодействия с рибосомой или молекулами РНК (факторы регуляции трансляции);
воздействия на процесс удаления интронов (факторы регуляции сплайсинга);
влияния на скорость распада других белков (убиквитины и др.).

Белки-регуляторы транскрипции

Транскрипционный фактор - это белок, который, попадая в ядро , регулирует транскрипцию ДНК, то есть считывание информации с ДНК на мРНК (синтез мРНК по матрице ДНК). Некоторые транскрипционные факторы изменяют структуру хроматина, делая его более доступным для РНК-полимераз. Существуют различные вспомогательные транскрипционные факторы, которые создают нужную конформацию ДНК для последующего действия других транскрипционных факторов. Еще одна группа транскрипционных факторов - это те факторы, которые не связываются непосредственно с молекулами ДНК, а объединяются в более сложные комплексы с помощью белок-белковых взаимодействий.

Факторы регуляции трансляции

Трансляция - синтез полипептидных цепей белков по матрице мРНК, выполняемый рибосомами. Регуляция трансляции может осуществляться несколькими способами, в том числе и с помощью белков-репрессоров, которые, связываются с мРНК. Известно много случаев, когда репрессором является белок, который кодируется этой мРНК. В этом случае происходит регуляция по типу обратной связи (примером этого может служить репрессия синтеза фермента треонил-тРНК-синтетазы).

Факторы регуляции сплайсинга

Внутри генов эукариот есть участки, не кодирующие аминокислот. Эти участки называются интронами . Они сначала переписываются на пре-мРНК при транскрипции, но затем вырезаются особым ферментом. Этот процесс удаления интронов, а затем последующее сшивание концов оставшихся участков называют сплайсингом (сшивание, сращивание). Сплайсинг осуществляется с помощью небольших РНК, обычно связанных с белками, которые называются факторами регуляции сплайсинга. В сплайсинге принимают участие белки, обладающие ферментативной активностью. Они придают пре-мРНК нужную конформацию. Для сборки комплекса (сплайсосомы) необходимо потребление энергии в виде расщепляемых молекул АТФ, поэтому в составе этого комплекса есть белки, обладающие АТФ-азной активностью.

Существует альтернативный сплайсинг . Особенности сплайсинга определяются белками, способными связываться с молекулой РНК в областях интронов или участках на границе экзон-интрон. Эти белки могут препятствовать удалению одних интронов и в то же время способствовать вырезанию других. Направленная регуляция сплайсинга может иметь значительные биологические последствия. Например, у плодовой мушки

Регуляторная функция белков

Существуют также протеинфосфатазы - белки, которые отщепляют фосфатные группы. Протеинкиназы и протеинфосфатазы регулируют обмен веществ, а также передачу сигналов внутри клетки. Фосфорилирование и дефосфорилирования белков - один из главным механизмов регуляции большинства внутриклеточных процессов.

См. также

Избранную статью белки и особенно раздел Функции белков в организме

Ссылки

Контроль транскрипции
Белки против РНК - кто первым придумал сплайсинг?
Протеинкиназы
Трансляция и её регуляция

Литература

Д.Тейлор, Н.Грин, У.Стаут. Биология (в 3-х томах).

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Регуляторная функция белков" в других словарях:

У этого термина существуют и другие значения, см. Белки (значения). Белки (протеины, полипептиды) высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа аминокислот. В живых организмах… … Википедия

Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка. Белки (протеины,… … Википедия

- (транскрипционные факторы) белки, контролирующие процесс синтеза мРНК на матрице ДНК (транскрипцию) путём связывания со специфичными участками ДНК. Транскрипционные факторы выполняют свою функцию либо самостоятельно, либо в комплексе… … Википедия

Факторы транскрипции (транскрипционные факторы) белки, контролирующие перенос информации с молекулы ДНК в структуру мРНК (транскрипцию) путем связывания со специфичными участками ДНК. Транскрипционные факторы выполняют свою функцию… … Википедия

Клеточная сигнализация, передача сигнала в клетке, Cell signaling Cell signaling (передача сигнала в клетке) это часть сложной системы коммуникации, которая управляет основными клеточными процессами и координирует действия клетки. Возможность… … Википедия

I (sanguis) жидкая ткань, осуществляющая в организме транспорт химических веществ (в т.ч. кислорода), благодаря которому происходит интеграция биохимических процессов, протекающих в различных клетках и межклеточных пространствах, в единую систему … Медицинская энциклопедия

Группа функционально связанных между собой Генов, детерминирующих синтез белков ферментов, относящихся к последовательным этапам какого либо биохимического процесса. Концепция О. как часть теории генетической организации и регуляции… … Большая советская энциклопедия

- (лат. membrana кожица, оболочка, перепонка), структуры, ограничивающие клетки (клеточные, или плазматические, мембраны) и внутриклеточные органоиды (мембраны митохондрий, хлоропластов, лизосом, эндоплазматич. ретикулума и др.). Содержат в своём… … Биологический энциклопедический словарь

Известно, что в специальных клетках животных и растений производятся гормоны , регуляторы физиологических процессов. Многие гормоны - белки. К ним, например, относятся все гормоны, производимые в особых клетках мозга, находящихся в гипоталамической части его и в гипофизе . Это гормон роста , адренокортикотропный гормон ( АКТГ), тиреотропный гормон ( ТТГ) и другие гормоны гипофиза, а также либерины и статины гипоталамуса, усиливающие или подавляющие синтез и выход в кровь гормонов гипофиза. Успехи в химическом синтезе белков и особенно успехи в области генной инженерии привели к тому, что многие из числа этих гормонов производят уже в больших количествах, как исключительно важные лекарственные средства. Так, синтез участка ДНК - гена человека, который ответствен за синтез гормона роста, обеспечил его производство. Применение этого гормона в лечении детей, у которых задержан рост из-за недостатка гормона роста, обеспечивает их нормальное развитие. Без такого лечения они остались бы лилипутами. Белками являются и гормоны, производящиеся в специальных клетках поджелудочной железы,- инсулин и глюкагон . При недостатке инсулина у человека развивается сахарный диабет. Из-за недостатка этого гормона глюкоза из крови плохо переносится в клетки. Клетки человеческого тела при этом голодают, хотя в крови накапливается большой избыток глюкозы. Для лечения таких больных получают инсулин из поджелудочной железы животных. Поскольку строение бычьего инсулина несколько отличается по первичной структуре (по последовательности аминокислот) от человеческого гормона, то не все больные переносят его. Синтез человеческого инсулина генно-инженерными методами открыл новые возможности для лечения таких больных.

Следует заметить, что не всегормоны - белки. Некоторые гормоны-производные аминокислот, например адреналин , мелатонин , тритетраиодтиронин ( гормоны щитовидной железы) и др. Известны гормоны - производные нуклеотидов и липидов. Однако и белковые, и небелковые гормоны, как правило, влияют на организм, главным образом изменяя активность определенных ферментов. При этом ряд гормонов усиливает или подавляет активность уже готовых, предсуществующих в клетке ферментов, например вследствие присоединения к ним фосфатных химических групп.

Фосфорилирование ферментного белка изменяет его третичную структуру, конформацию. В результате этого активность некоторых ферментов повышается, а некоторых - падает. Иные гормоны изменяют содержание ферментного белка в клетке, усиливая его синтез. Во всех этих случаях под действием гормонов изменяется интенсивность ферментных реакций, и этим способом регулируются многие физиологические процессы. Известна большая группа белковых факторов роста , которые активируют ферменты синтеза ДНК в клетках и, таким образом, усиливают деление клеток. Это важно для восстановления тканей при ранениях, а также после операций.

Пластическая, строительная функция: белки – строительный материал живого, основа любой клетки, мембраны, субклеточных частиц.

Регуляторная функция:

ферменты – биокатализаторы белковой природы, регулирующие скорость химических реакций организма;
гормоны белковой природы – регуляторы обмена веществ организма;
специфические белки регуляторы, например белки тропонинового комплекса – регуляторы мышечного сокращения.

Транспортная функция: белки плазмы крови транспортируют липиды крови, типичным примером белка транспортера является гемоглобин, ацилпереносящий белок и т.д.

Защитная функция: примерами являются иммуноглобулины, белки свертывающей системы крови, интерферон и т.д.

белки обеспечивают видовую и индивидуальную специфичность (например: белки групп крови)

другие специфические функции:

опорно-механическая (белок – коллаген)
сократительная (мирозин, актин)
белки памяти
белки вкуса
токсикогенная функция (токсин ботулинуса является белком)
генно-регуляторная – регуляция матричной активности и перенос генетической информации
рецепторная (составляет основу структуры мембранных и цитозольных рецепторов)

Резервная (овальбулин яйца – запасной материал для развивающихся клеток)

энергетическая (неспецифическая функция: при распаде 1г. белка выделяется 17,1 кДж энергии)

По количественному содержанию в организме белки занимают второе место после воды, по значимости – первое место. В среднем принимают, что в сухом веществе организма содержится до 40-50% белка.

Только детально изучив строение белков и их свойства можно понять как перечисленные особенности белков, так и их функции.

Элементарный состав белков

Белками называют высокомолекулярные азотосодержащие органические соединения, состоящие из аминокислот, соединенных пептидной связью в полипептид, и имеющие сложную структурную организацию. Это определение включает характерные особенности белков, в частности, особенности элементарного состава.

Элементарный состав белка был изучен в прошлом веке и может может быть представлен в % следующим образом: С -50-55, О -21-24, N -15-18, H -6,5-7, - до 2,5, зола – до 0,5. обращает внимание довольно постоянная доля азота – 16%. Это находит практическое применение при определение количества белка: найденное путем анализа количество аминного азота умножают на коэффициент 6,25 (находят из пропорции 100 г. белка – 16 г. N = х г. белка – 1 г. N).

Мономерами – структурной единицей белка являются α-аминокислоты, на которые распадаются белки при гидролизе.(прием, используемый при изучении состава белков).

Свойств протеиногенных аминокислот

Протеиногенные аминокислоты относятся α-аминокислотам (аминогруппа расположена в α положении по отношению к карбоксильной группе). Различаются аминокислоты своими радикалами:

H 2 N – CH – COOH

Все аминокислоты, кроме глицина имеют ассиметрический атом углерода.

Все аминокислоты являются оптически активными: IO из них – левовращающие (-), 7 – правовращающие (+).

протеиновые аминокислоты относятся к L – ряду.

Аминокислотам присущи как свойства кислот, так и щелочей, т.е. они обладают амфотерностью. В интервале pH от 4.0 до 9.0 почти все аминокислоты существуют преимущественно в форме цвиттерионов с протонированной аминогруппой и диссоциированной карбоксильно группой.

каждая аминокислота наряду с общими свойствами, обладает рядом специфических свойств.

основной метод обнаружения аминокислот в гидролизатах – хроматография (ионообменная), использование аминокислотного анализатора; менее специфичными являются цветные реакции.