Алевтина Стрекаловская - Белки. Липиды

Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из α-L-аминокислот (которые являются мономерами) и, в некоторых случаях, из модифицированных основных аминокислот (правда, модификации происходят уже после синтеза белка на рибосоме). Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Хотя на первый взгляд может показаться, что использование в большинстве белков «всего» 20 видов аминокислот ограничивает разнообразие белковых структур, на самом деле количество вариантов трудно переоценить: для цепочки всего из 5 аминокислот оно составляет уже более 3 миллионов, а цепочка из 100 аминокислот (небольшой белок) может быть представлена более чем в 10^130 вариантах. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации – белками, хотя это деление весьма условно. При образовании белка в результате взаимодействия αаминогруппы (-NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (COOH) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют C- и N-концом (в зависимости от того, какая из групп концевой аминокислоты свободна: – COOH или – NH2, соответственно). При синтезе белка на рибосоме новые аминокислоты присоединяются к C-концу, поэтому название пептида или белка даётся путём перечисления аминокислотных остатков начиная с N-конца.

Последовательность аминокислот в белке соответствует информации, содержащейся в гене данного белка. Эта информация представлена в виде последовательности нуклеотидов, причём одной аминокислоте соответствует в ДНК последовательность из трёх нуклеотидов – так называемый триплет или кодон. То, какая аминокислота соответствует данному кодону в мРНК, определяется генетическим кодом, который может несколько отличаться у разных организмов. Синтез белков на рибосомах происходит, как правило, из 20 аминокислот, называемых стандартными. Триплетов, которыми закодированы аминокислоты в ДНК, у разных организмов от 61 до 63 (то есть из числа возможных триплетов (4³ = 64) вычтено число стоп-кодонов (13). Поэтому появляется возможность, что большинство аминокислот может быть закодировано разными триплетами. То есть, генетический код может являться избыточным или, иначе, вырожденным. Это было окончательно доказано в эксперименте при анализе мутаций. Генетический код, кодирующий различные аминокислоты, имеет разную степень вырожденности (кодируются от 1 до 6 кодонами), это зависит от частоты встречаемости данной аминокислоты в белках, за исключением аргинина. Часто основание в третьем положении оказывается несущественным для специфичности, то есть одна аминокислота может быть представлена четырьмя кодонами, различающимися только третьим основанием. Иногда различие состоит в предпочтении пурина пиримидину. Это называют вырожденностью третьего основания.

Такой трёхкодонный код сложился эволюционно рано. Но существование различий в некоторых организмах, появившихся на разных эволюционных стадиях, указывает на то, что он был не всегда таким. Гомологичные белки (предположительно имеющие общее эволюционное происхождение и нередко выполняющие одну и ту же функцию), например, гемоглобины разных организмов, имеют во многих местах цепи идентичные, консервативные остатки аминокислот. В других местах находятся различные аминокислотные остатки, называемые вариабельными. По степени гомологии (сходства аминокислотной последовательности) возможна оценка эволюционного расстояния между таксонами, к которым принадлежат сравниваемые организмы.

Липиды – это жироподобные органические соединения, принадлежащие к простейшим биологическим молекулам. Это широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и по карбоксильной группе. Липиды являются третьим классом органических веществ, из которых состоит живой организм. Название одной из групп липидов, а именно жиров (от греч. липос – жир) взято для обозначения класса в целом. Липиды – сборная группа органических соединений и поэтому не имеют единой химической характеристики. Однако в известной мере их можно рассматривать как класс органических соединений, большинство из которых принадлежит к сложным эфирам многоатомных или специфически построенных спиртов с высшими жирными кислотами. Определение понятия липидов неоднозначно. Иногда к липидам относят любые природные вещества, извлекаемые из организмов, тканей или клеток такими неполярными органическими растворителями, как хлороформ, диэтиловый эфир или бензол. В некоторых случаях липиды рассматривают как производные жирных кислот и родственных им соединений или как любые природные амфифильные вещества (их молекулы содержат как гидрофильные, так и гидрофобные группировки). Ни одно из этих определений не является исчерпывающим. Правильный качественный и количественный состав липидов клетки определяет ее возможности, активность и выживаемость (см. рисунок 3).

Рисунок 3 – Состав липидов

Обычно считают, что жиры (или липиды) в организме человека выполняют роль поставщиков энергии (калорий). Однако это не совсем правильно. Конечно, значительная часть жиров используется в качестве энергетического материала. Однако в определенной степени жиры являются строительным материалом для формирования компонентов клетки, особенно клеточных стенок, то есть так же, как и белки, являются незаменимыми факторами питания. Жиры содержат ряд физиологически активных веществ (полиненасыщенные жирные кислоты, фосфолипиды, жирорастворимые витамины A, D, Е), способствуют усвоению жирорастворимых витаминов.

В состав пищевых продуктов входят так называемые «невидимые» жиры (в мясе, рыбе, молоке) и «видимые» – специально добавляемые в пищу растительные масла и животные жиры.

Основным компонентом жиров являются жирные кислоты. Они делятся на насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая и др.) используются организмом в целом как энергетический материал. Наибольшее количество насыщенных жирных кислот содержится в животных жирах. Избыток насыщенных жирных кислот в питании приводит к нарушению обмена жиров, повышению уровня холестерина в крови. Ненасыщенные жирные кислоты различаются по степени «насыщенности»: мононенасыщенные и полиненасыщенные.

Особое значение имеют полиненасыщенные жирные кислоты, такие, как линолевая, линоленовая и арахидоновая, которые входят в состав клеточных мембран и других структурных элементов тканей и выполняют в организме ряд важных функций, в том числе обеспечивают нормальный рост и обмен веществ, эластичность сосудов. Они служат предшественниками гормоноподобных веществ – простагландинов, предотвращают отложение холестерина в стенках кровеносных сосудов. Полиненасыщенные жирные кислоты содержатся, в основном, в растительных жирах и не могут синтезироваться в организме, поэтому являются незаменимыми. При их полном отсутствии в питании отмечается прекращение роста плода, изменяется проницаемость мелких сосудов.