Авторы: Литвинов М.

Модель тубулина. Из этого белка построены микротрубочки. Они поддерживают форму клеток, перемещают цитоплазму и органеллы, растаскивают хромосомы при делении направляют потоки веществ

Белки у нас всё чаще называют их международным (английским) названием — протеины, и в этом есть смысл. „Протос“ по-гречески — „первый“. И хотя белки не первые вещества живых организмов, описанные учёными, у этих немыслимо разнообразных молекул бесспорное первенство в количестве выполняемых задач.

Наши учёные обычно называют эти вещества по-старому — белки. Их представитель, яичный белок, давший в русском и в немецком языках имя всему классу, так же, как белки молока и крови, был впервые обнаружен даже не людьми, а их же неведомыми предками. (Яйцами питаются и многие современные обезьяны.) Белки пищи помогали выживать, наращивать мышцы и вершить великие дела. В X-XI веках в средневековой Европе крестьяне научились разводить растения из семейства бобовых, и тогда же началось строительство крупнейших соборов и замков, а также крестовые походы. Однако потребители белков научных статей не писали и в историю химии не попали. История этого класса веществ начинается совсем с другого.

Модель альбумина из плазмы крови. В крови альбумин переносит жирные кислоты, пигменты и другие вещества

В 1728 году Джакопо Беккари, профессор медицины и химии в Болонском университете, промывая муку, обратил внимание на клейкое вещество, которое и стало первым выделенным и описанным в специальной литературе белком. По-русски оно называется клейковиной. Теперь школьники на уроках размазывают жидкое тесто и убеждаются, что в зёрнах действительно есть белки, тогда же, видимо, автор не решился сразу публиковать работу, и она увидела свет только в 1745 году. Не появилось и легенды о том, как Беккари влип в тесто и, отдирая его от праздничного камзола, подумал об открытии нового вещества.

Коллаген — белок соединительной ткани.
Рисунок и фотография волокна соединительной ткани

Белки находили также в молоке, крови, других жидкостях организма. „Белковые жидкости“, то есть растворы белков, попали в „Энциклопедию“ Дидро и Д’Аламбера. Антуан Фуркруа, один из создателей химической номенклатуры, в конце восемнадцатого века определил главным их признаком то, что они сворачиваются при нагревании. Установили, кроме того, что белки клейки, эластичны, вязки, а при сухой перегонке дают щелочную реакцию и аммиачную вонь. Это было время, полное блестящих открытий элементов и разнообразных соединений. Химия только входила в пору расцвета, а уже были обнаружены объекты, до сих пор не познанные, уводящие в те сокровенные закоулки, где тайны жизни смыкаются с тайнами неживой природы

Канал, переносящий через мембрану ионы калия у одной из бактерий (модель „резиновая лента“)

Несмотря на всё это, к белкам ещё долго относились свысока, как к занятным, сложным, но вполне доступным для науки того времени органическим веществам. Пытались определить их точный химический состав, вывести формулу известных белков. Геррит Ян Мульдер решил, что основу любого белка составляет какое-то количество радикалов (постоянных по составу групп атомов кислорода, водорода, углерода и азота), а кроме них — атомы серы и фосфора Эти радикалы он и назвал протеинами. Увы, стоило провести измерения точнее, и оказалось, что это ошибка. Кстати, уже в начале девятнадцатого века можно было угадать одну функцию белков: в 1814 году академик Петербургской АН Константин Сигизмундович Кирхгоф выделил из солода клейкий препарат, который превращал крахмал в сахар и декстрин. Тем самым он открыл ферменты и ферментативный катализ, но никто этого не понял.

Иммуноглобулины G и М в стенках почечных капилляров

В конце XIX века Менделеев в статье для словаря Брокгауза и Ефрона писал о белках. „Они, составляя вместе с водой принадлежность жизнедеятельности, отличаются великою изменяемостью своих свойств, непрочностью и лёгкою способностью ко множеству химических превращений… они не поддаются тем приёмам, которыми удалось овладеть громадною массою других углеродистых и углеродисто-азотистых веществ“. Ведущие химики уже хорошо понимали, что белки — вещества неимоверно сложные и деликатные, обычными химическими методами их не познаешь, хотя примерно в то время были предприняты первые попытки их синтезировать.

И всё же химики проделали важнейшие шаги в изучении белков Эмиль Фишер в конце девятнадцатого века наконец догадался, что это линейные полимеры — цепочки, собранные из аминокислот. Эти ниточки сложным образом скручены в клубки, а иногда сшиты между собой дополнительными связями. Позже и физики приложили руки к замысловатым молекулам: полвека спустя рентгеноструктурный анализ показал скульптуры мёртвых, кристаллизованных белков, а ещё немного погодя — ядерно-магнитный резонанс дал изображения живых белков, плавающих в растворе.

Клетки, в которых красным помечен Е-кадгерин, зелёным — кератин, а голубым — ядра клеток

В середине XX века белки вместе с нуклеиновыми кислотами оказались в центре того нагромождения научных дисциплин, которые Фрэнсис Крик для простоты назвал молекулярной биологией. Молекулярные биологи узнали, что последовательность аминокислот задаётся генетически и, в свою очередь, сама определяет сложную трёхмерную структуру белка. Сейчас они даже проводят соревнования: кто лучше отгадает трёхмерную структуру по последовательности аминокислот. А белковые инженеры уже думают над тем, как изменить или разработать заново последовательность аминокислот в белке, чтобы молекула выполняла заданные ей функции.

Трудно сосчитать Нобелевские премии, полученные за изучение белков или процессов, в которых белки принимают непосредственное участие. В последние годы стало модно говорить о протеоме — совокупности всех белков организма. Действительно, если все работы в организме выполняются белками, познав их, можно познать и регулировать большинство функций организма.

Актин и тубулин в нейронах

Белки выполняют множество дел. Они укрывают тела животных кожаной одеждой, шубой и опереньем, вооружают рогами и копытами; заставляя сокращаться мышцы, двигают конечности, подвешивают и скрепляют внутренности, сжимают сосуды, бронхи и другие трубки тела, связывают кости в скелет, переваривают пищу, превращают вещества и переносят их через мембраны клеток, разносят по жидким средам организма то, что без них не растворилось бы, принимают сигналы, помогают клеткам узнавать друг друга, латают дыры в кровеносных сосудах, убивают, будучи ядами, и обезвреживают чужие яды, участвуют в генерации нервных импульсов, восприятии, памяти, мышлении. И это ещё далеко не всё.

Молекула белка рождается в цитоплазме клетки или на цистернах транспортно-накопительной системы. Специальные белки шапероны, как повитухи, обихаживают новорождённого: укладывают растущую цепочку в ажурную конструкцию. Затем, если нужно, белок ещё достраивают: навешивают на него молекулы сахара, цепочки сшивают вместе. Бывает, что белки состоят из нескольких отдельных клубочков — субъединиц, а бывает, что несколько цепочек соединены химическими связями. Нередко в молекуле белка есть несколько „сгущений“ — доменов. Ферменты присоединяют к себе дополнительные группы атомов, нужные для сложной работы по катализу. Часто к ним обратимо присоединяются фосфатные группы, регулируя активность.

Структура пируватдегирогеназного ферментативного комплекса

Белки видоспецифичны, а иногда и особеспецифичны. Молекулы глюкозы или этилового спирта в любом организме одинаковы. Другое дело — белки. Ни одно существо не возьмёт чужой белок и не начнёт им пользоваться, не переделав. Оно сначала разберёт его на детали — аминокислоты, а уж потом соберёт из них что-то по своему индивидуальному проекту.

Родившись и получив дополнительные навески, белки спешат на работу. Они плавают в цитоплазме или проникают в ядро, встраиваются в мембрану или только прилипают к ней с одной стороны, образуют вместе с другими молекулами органеллы или работают поодиночке, собираются в видимые глазом агрегаты или остаются крошечными частицами огромного организма, попадают в кровь или в просвет кишечника, покидают организм или остаются в нём до самой смерти — в общем, принимают различные виды и вычерчивают в пространстве жизни сложные траектории. Белки живут: меняется форма их молекул, подплывают и уплывают субстраты и прочие малые молекулы.

При работе белки рано или поздно портятся. К ним присоединяются ненужные молекулы (глюкоза, альдегиды и прочие), они распадаются и разворачиваются. Сломанный белок клетка помещает в мусорный контейнер — лизосому и утилизирует — разбирает на запчасти. А потом всё начинается заново.

И если вдуматься, что наша жизнь? Всего лишь появление нужного белка в нужном месте.

Источник:  журнал "Химия и жизнь", 2004г., №1

опубликовано 04/12/2009 14:45
обновлено 13/05/2011
Популярная медицина

Комментарии

Для того чтобы оставить комментарий, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Скачивайте наши приложения

Приложение Кроха