Белки, их строение и роль в клетке.
Белки, их строение и роль в клетке.
Белки — основная структурная единица клеток. Это полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. В состав белков входит 20 типов аминокислот. В каждой из аминокислот содержится аминогруппа (-NH), карбоксильная группа (-СООН) и радикал (R). Строение радикалов отличается у различных аминокислот. Соединение аминокислот в молекуле белка происходит благодаря образованию пептидной связи: аминогруппа одной аминокислоты соединяется с карбоксильной группой другой аминокислоты.
Соединение, состоящее из нескольких аминокислот, называют пептидом. Выделяют первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры белков. Первичная структура белка определяется последовательностью аминокислот в полипептидной цепи. Именно порядок чередования аминокислот в данной белковой молекуле определяет её особые физико-химические и биологические свойства.
Вторичная структура представляет собой белковую нить, закрученную в виде спирали. Между карбоксильными группами на одном витке спирали и аминогруппами на другом витке возникают водородные связи, которые слабее ковалентных, но при их большом числе обеспечивают образование прочной структуры.
Третичная структура — это клубок, или глобула, в который свертывается спираль. Он образуется в результате взаимодействия различных остатков аминокислот. Для каждого белка характерна своя форма.
Некоторые белки имеют четвертичную структуру. Она характерна для сложных белков. Несколько глобул объединены вместе и удерживаются вместе благодаря ионным, водородным и другим нековалентным связям. Например, белок гемоглобин — состоит из четырех глобул, каждая из которых соединена с железосодержащим гемом.
Под влиянием внешних факторов (изменение температуры, солевого состава среды, pH, под действием радиации и т.п. факторов) слабые химические связи, поддерживающие молекулу белка (вторичную, третичную, четвертичную структуры), разрываются, изменяются структура и свойства белка. Этот процесс называется денатурацией.
Роль белков:
- Строительная функция. Белки входят в состав клеточных структур, являются структурными компонентами биологических мембран и многих внутриклеточных органоидов, главным компонентом опорных структур организма.
- Ферментативная функция. Многие белки служат биокатализаторами, ускоряют протекание различных химических реакций в организме.
- Регуляторная функция. Часть гормонов — белки. Они участвуют в регуляции активности клетки и организма. Например, инсулин регулирует обмен глюкозы.
- Защитная функция. Антитела, образуемые лимфоцитами, нейтрализуют чужеродных для организма возбудите лей заболеваний. Белки, участвующие в процессе свертывания крови (фибриноген и тромбин), предохраняют организм от кровопотери.
- Транспортная функция. Белки могут присоединять к себе различные молекулы и ионы и переносить их из одной части организма к другой. Например, гемоглобин переносит кислород и углекислый газ.
- Энергетическая функция. Белки могут служить источ ником энергии для клетки. При недостатке в организме yглеводов или жиров окисляются молекулы аминокислот. При расщеплении 1 г белков высвобождается 17,6 кДж энергии.
Белки, их строение и роль в клетке.
3.7 (73.33%) 114 votesНа этой странице искали :
- роль белков в клетке
- Белки и их роль в клетке
- строение и роль белков в клетке
- роль белков в клетке доклат
- белки их строение и роль в клетке
Сохрани к себе на стену!
Функции белков в организме | Химия онлайн
Функции белков в природе универсальны. Белки входят в состав всех живых организмов. Мышцы, кости, покровные ткани, внутренние органы, хрящи, шерсть, кровь — все это белковые вещества.
Растения синтезируют белки из углекислого газа и воды за счет фотосинтеза. Животные организмы получают, в основном, готовые аминокислоты с пищей и на их базе строят белки своего организма.
Ни один из известных нам живых организмов не обходится без белков. Белки служат питательными веществами, они регулируют обмен веществ, исполняя роль ферментов – катализаторов обмена веществ, способствуют переносу кислорода по всему организму и его поглощению, играют важную роль в функционировании нервной системы, являются механической основой мышечного сокращения, участвуют в передаче генетической информации и т.д.
Видеофильм «Функции белков»
Разнообразные функции белков определяются a-аминокислотным составом и строением их высокоорганизованных макромолекул.
1. Каталитическая (ферментативная) функцияКаталитическая функция — одна из основных функций белков. Абсолютно все биохимические процессы в организме протекают в присутствии катализаторов – ферментов. Все известные ферменты представляют собой белковые молекулы.
Белки – это очень мощные катализаторы. Они ускоряют реакции в миллионы раз, причем для каждой реакции существует свой фермент.
В настоящее время известно свыше 2000 различных ферментов, которые являются биологическими катализаторами.
Например, фермент пепсин расщепляет белки в процессе пищеварения.
Даже такая простая реакция как гидратация углекислого газа катализируется ферментом карбоангидразой.
Ферменты катализируют реакции расщепления сложных молекул (катаболизм) и их синтеза (анаболизм), а также репликации ДНК и матричного синтеза РНК.
2. Транспортная функцияНекоторые белки способны присоединять и переносить (транспортировать) различные вещества по крови от одного органа к другому и в пределах клетки.
Белки транспортируют липиды (липопротеиды), углеводы (гликопротеиды), ионы металлов (глобулины), кислород и углекислый газ (гемоглобин), некоторые витамины, гормоны и др.
Например, альбумины крови транспортируют липиды и высшие жирные кислоты (ВЖК), лекарственные вещества, билирубин.
Белок эритроцитов крови гемоглобин соединяется в легких с кислородом, превращаясь в оксигемоглобин. Достигая с током крови органов и тканей, оксигемоглобин расщепляется и отдает кислород, необходимый для обеспечения окислительных процессов в тканях.
Белок миоглобин запасает кислород в мышцах.
Специфические белки-переносчики обеспечивают проникновение минеральных веществ и витаминов через мембраны клеток и субклеточных структур.
3. Защитная функцияЗащитную функцию выполняют специфические белки (антитела — иммуноглобулины), которые вырабатываются иммунной системой организма. Они обеспечивают физическую, химическую и иммунную защиту организма путем связывания и обезвреживания веществ, поступающих в организм или появляющихся в результате жизнедеятельности бактерий и вирусов.
Например, белок плазмы крови фибриноген участвует в свертывании крови (образовывает сгусток). Это защищает организм от потери крови при ранениях.
Альбумины обезвреживают ядовитые вещества (ВЖК и билирубин) в крови.
Антитела, вырабатываемые лимфоцитами, блокируют чужеродные белки. Интерфероны — универсальные противовирусные белки.
Многие живые существа для обеспечения защиты выделяют белки, называемые токсинами, которые в большинстве случаев являются сильными ядами. В свою очередь, некоторые организмы способны вырабатывать антитоксины, которые подавляют действие этих ядов.
Важным признаком жизни является подвижность, в основе которой лежит данная функция белков, таких как актин и миозин – белки мышц. Кроме мышечных сокращений к этой функции относят изменение форм клеток и субклеточных частиц.
B результате взаимодействия белков происходит передвижение в пространстве, сокращение и расслабление сердца, движение других внутренних органов.
5. Структурная функцияСтруктурная функция — одна из важнейших функций белков. Белки играют большую роль в формировании всех клеточных структур.
Белки – это строительный материал клеток. Из них построены опорные, мышечные, покровные ткани.
Некоторые из них (коллаген соединительной ткани, кератин волос, ногтей, эластин стенок кровеносных сосудов, фиброин шелка и др.) выполняют почти исключительно структурную функцию.
Кератин синтезируется кожей. Волосы и ногти – это производные кожи.
В комплексе с липидами белки участвуют в построении мембран клеток и внутриклеточных образований.
6. Гормональная (регуляторная) функцияРегуляторная функция присуща белкам-гормонам (регуляторам). Они регулируют различные физиологические процессы.
Например, наиболее известным гормоном является инсулин, регулирующий содержание глюкозы в крови. При недостатке инсулина в организме возникает заболевание, известное как сахарный диабет.
Интересно знать!
В плазме некоторых антарктических рыб содержатся белки со свойствами антифриза, предохраняющие рыб от замерзания, а у ряда насекомых в местах прикрепления крыльев находится белок резилин, обладающий почти идеальной эластичностью. В одном из африканских растений синтезируется белок монеллин с очень сладким вкусом.
Питательная функция осуществляется резервными белками, которые запасаются в качестве источника энергии и вещества.
Например: казеин, яичный альбумин, белки яйца обеспечивают рост и развитие плода, а белки молока служат источником питания для новорожденного.
8. Рецепторная (сигнальная) функцияНекоторые белки (белки-рецепторы), встроенные в клеточную мембрану, способны изменять свою структуру под воздействием внешней среды. Так происходит прием сигналов извне и передача информации в клетку.
Например, действие света на сетчатку глаза воспринимается фоторецептором родопсином.
Рецепторы, активизируемые низкомолекулярными веществами типа ацетилхолина, передают нервные импульсы в местах соединения нервных клеток.
9. Энергетическая функцияБелки могут выполнять энергетическую функцию, являясь одним из источников энергии в клетке (после их гидролиза). Обычно белки расходуются на энергетические нужды в крайних случаях, когда исчерпаны запасы углеводов и жиров.
При полном расщеплении 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж энергии. Но в качестве источника энергии белки используются крайне редко. Аминокислоты, высвобождающиеся при расщеплении белковых молекул, используются для построения новых белков.
Белки
ФУНКЦИИ БЕЛКОВ. «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ», Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.
Белки выполняют множество самых разнообразных функций, характерных для живых организмов, с некоторыми из которых мы познакомимся более подробно при дальнейшем изучении курса. Ниже рассматриваются главные и в некотором смысле уникальные биологические функции белков, несвойственные или лишь частично присущие другим классам биополимеров.
Каталитическая функция. К 1995 г. было идентифицировано более 3400 ферментов. Большинство известных в настоящее время ферментов, называемых биологическими катализаторами, является белками. Эта функция белков, хотя и не оказалась уникальной, определяет скорость химических реакций в биологических системах.
Транспортная функция. Дыхательная функция крови, в частности перенос кислорода, осуществляется молекулами гемоглобина – белка эритроцитов. В транспорте липидов принимают участие альбумины сыворотки крови. Ряд других сывороточных белков образует комплексы с жирами, медью, железом, тироксином, витамином А и другими соединениями, обеспечивая их доставку в соответствующие органы-мишени.
Защитная функция. Основную функцию защиты в организме выполняет иммунная система, которая обеспечивает синтез специфических защитных белков-антител в ответ на поступление в организм бактерий, токсинов, вирусов или чужеродных белков. Высокая специфичность взаимодействия антител с антигенами (чужеродными веществами) по типу белок-белковое взаимодействие способствует узнаванию и нейтрализации биологического действия антигенов. Защитная функция белков проявляется и в способности ряда белков плазмы крови, в частности фибриногена, к свертыванию. В результате свертывания фибриногена образуется сгусток крови, предохраняющий от потери крови при ранениях.
Сократительная функция. В акте мышечного сокращения и расслабления участвует множество белковых веществ. Однако главную роль в этих жизненно важных процессах играют актин и миозин – специфические белки мышечной ткани. Сократительная функция присуща не только мышечным белкам, но и белкам цитоскелета, что обеспечивает тончайшие процессы жизнедеятельности клеток (расхождение хромосом в процессе митоза).
Структурная функция. Белки, выполняющие структурную (опорную) функцию, занимают по количеству первое место среди других белков тела человека. Среди них важнейшую роль играют фибриллярные белки, в частности коллаген в соединительной ткани, кератин в волосах, ногтях, коже, эластин в сосудистой стенке и др. Большое значение имеют комплексы белков с углеводами в формировании ряда секретов: мукоидов, муцина и т.д. В комплексе с липидами (в частности, с фосфолипидами) белки участвуют в образовании биомембран клеток.
Гормональная функция. Обмен веществ в организме регулируется разнообразными механизмами. В этой регуляции важное место занимают гормоны, синтезируемые не только в железах внутренней секреции, но и во многих других клетках организма (см. далее). Ряд гормонов представлен белками или полипептидами, например гормоны гипофиза, поджелудочной железы и др. Некоторые гормоны являются производными аминокислот.
Питательная (резервная) функция. Эту функцию выполняют так называемые резервные белки, являющиеся источниками питания для плода, например белки яйца (овальбумины). Основной белок молока (казеин) также выполняет главным образом питательную функцию. Ряд других белков используется в организме в качестве источника аминокислот, которые в свою очередь являются предшественниками биологически активных веществ, регулирующих процессы метаболизма.
Можно назвать еще некоторые другие жизненно важные функции белков. Это, в частности, экспрессия генетической информации, генерирование и передача нервных импульсов, способность поддерживать онкотическое давление в клетках и крови, буферные свойства, поддерживающие физиологическое значение рН внутренней среды, и др.
Таким образом, из этого далеко не полного перечня основных функций белков видно, что указанным биополимерам принадлежит исключительная и разносторонняя роль в живом организме. Если попытаться выделить главное, решающее свойство, которое обеспечивает многогранность биологических функций белков, то следовало бы назвать способность белков строго избирательно, специфически соединяться с широким кругом разнообразных веществ. В частности, эта высокая специфичность белков (сродство) обеспечивает взаимодействие ферментов с субстратами, антител с антигенами, транспортных белков крови с переносимыми молекулами других веществ и т.д. Это взаимодействие основано на принципе биоспецифического узнавания, завершающегося связыванием фермента с соответствующей молекулой субстрата, что содействует протеканию химической реакции. Высокой специфичностью действия наделены также белки, которые участвуют в таких процессах, как дифференцировка и деление клеток, развитие живых организмов, определяя их биологическую индивидуальность.
Предыдущая страница | Следующая страница
СОДЕРЖАНИЕ
Функции белка в организме
☰
Белки в живых организмах выполняют множество важных функций. Поэтому в организмах существует множество различных белков.
Ферментативная функция белков заключается в том, что они служат катализаторами различных химических реакций, протекающих в организме. Ферментативную функцию по-другому называют каталитической. При катализе происходит ускорение химических реакций, причем это ускорение может быть даже в миллионы раз.
Белков-ферментов тысячи, каждый из них обслуживает свою химическую реакции или группу схожих реакций. По типу обслуживаемых реакций ферменты делят на классы. Например, оксидоредуктазы катализируют окислительно-восстановительные реакции, гидролазы обеспечивают гидролиз химических связей и т. д. Реакцию катализирует не вся молекула фермента, а только ее так называемый активный центр. Он включает часть молекулы, которая связывает субстрат (молекулу, которая подвергается превращению), и несколько аминокислот (часто не вместе расположенных), которые обеспечивают саму реакцию.
Белки выполняют структурную функцию. Они входят в состав клеточных мембран и органоидов, межклеточного вещества (белки коллаген и эластин), волос, ногтей и т. п. (кератин).
Двигательная функция белков заключается в сокращении мышц (актин и миозин), обеспечении движения клеток, их ресничек и жгутиков.
Существуют белки, которые обеспечивают перенос различных веществ как внутри клетки, так и по всему организму. Такие белки обеспечивают транспортную функцию. Они легко связываются с субстратом, когда его концентрация высока, и легко высвобождают его при низкой концентрации. К транспортным белкам относится гемоглобин. В легких он связывает кислород и высвобождает углекислый газ, а в тканях наоборот.
Ряд белков, входящих в состав мембран клеток, обеспечивают транспорт малых молекул через мембрану. Такой транспорт может быть как пассивным (белки-каналы), так и активным (белки-переносчики).
Регуляторная и сигнальная функции белков разнообразны. Многие внутриклеточные процессы (клеточный цикл, транскрипция и трансляция, активация или подавление активности других белков и т. д.) регулируются белками.
Многие гормоны — это белки, переносимые кровью. Когда гормон связывается с определенным рецептором, то клетка получает сигнал, в результате чего в ней запускается ответная реакция. Гормоны регулируют концентрации веществ, процесс роста, период размножения и др.
Клетки взаимодействуют между собой посредством сигнальных белков, которые передаются через межклеточное вещество. Например, такие сигналы могут стимулировать или подавлять рост клеток. Таким образом обеспечивается согласованность работы клеток той или иной системы органов.
Выделяют рецепторную функцию белков. Белки-рецепторы могут находиться как в цитоплазме, так и в мембранах. Когда на рецептор действует химическое вещество или физический стимул (свет, давление и др), то он изменяется. Это изменение молекулы передается в другие части клетки, посредством катализа определенной реакции, прохождения ионов или связывания молекул-посредников.
Защитная функция белков также весьма разнообразна. Коллаген и кератин обеспечивают не только структурную функцию, но и физическую защиту организма. Также физически организм защищают фибриногены и тромбины, свертывающие кровь в местах ранения (контакта с воздухом).
Белки обеспечивают химическую защиту, связывая и расщепляя чужеродные токсины или вырабатывая свои (для защиты от других организмов).
Защитными белками являются антитела, которые обезвреживают микроорганизмы и чужеродные белки. Так белки обеспечивают иммунную защита.
Если в организме возникает дефицит углеводов и жиров, то белки, распадаясь до конечных продуктов, могут выполнять энергетическую функцию.
Белки могут запасаться как источник энергии и источник аминокислот (например, в яйцеклетках). Это запасающая функция белков.
Какое значение, роль и функции белков в клетке. Какую функцию в клетке выполняют белки?
Белки – это важнейшие органические вещества, количество которых преобладает над всеми другими макромолекулами, которые присутствуют в живой клетке. Они составляют больше половины веса сухого вещества как растительных, так и животных организмов. Функции белков в клетке разнообразные, некоторые из них до сих пор остаются неизвестными науке. Но все же основные направления их «работы» хорошо изучены. Одни нужны для того, чтобы стимулировать процессы, протекающие в клетках и тканях. Другие переносят важные минеральные соединения через клеточную мембрану и по кровеносным сосудам от одного органа к другому. Некоторые защищают организм от чужеродных часто патогенных агентов. Ясно одно — без белков не протекает ни один процесс в нашем организме.
Основные функции белков
Функции белков в организме многообразны. Каждая группа имеет определенное химическое строение, совершает одну специализированную «работу». В некоторых случаях несколько типов белков взаимосвязаны друг с другом. Они отвечают за разные этапы одного процесса. Или же влияют сразу на несколько. Например, регуляторная функция белков осуществляется ферментами и гормонами. Это явление можно представить, вспомнив о гормоне адреналине. Он вырабатывается мозговым слоем надпочечников. Поступая в кровеносные сосуды, он повышает количество кислорода в крови. Поднимается и артериальное давление, увеличивается содержание сахара. Это стимулирует обменные процессы. Также адреналин является медиатором нервной системы у рыб, амфибий и пресмыкающихся.
Ферментативная функция
Многочисленные протекающие в клетках живых организмов биохимические реакции осуществляются при высоких температурах и с нейтральным значением рН. В таких условиях скорость их прохождения слишком мала, поэтому нужны специализированные катализаторы, называемые ферментами. Все их разнообразие объединено в 6 классов, которые различаются по специфичности действия. Ферменты синтезируются на рибосомах в клетках. Их изучением занимается наука энзимология.
Несомненно, без ферментов невозможна регуляторная функция белков. Они обладают высокой избирательностью действия. Их активность может регулироваться ингибиторами и активаторами. Кроме того, ферменты обычно проявляют специфичность по отношению к субстратам. Также ферментативная активность зависит от условий в организме и в клетках в частности. На их протекание влияет давление, кислая рН, температура, ионная сила раствора, то есть концентрация солей в цитоплазме.
Транспортная функция белков
В клетку должны постоянно поступать необходимые организму минеральные и органические вещества. Они нужны как строительные материалы и источники энергии в клетках. Но механизм их поступления достаточно сложен. Клеточные оболочки состоят не только из белков. Биологические мембраны строятся по принципу двойного слоя липидов. Между ними встроены различные белки. Очень важно, что гидрофильные участки находятся на поверхности мембраны, а гидрофобные — в ее толще. Таким образом, такая структура делает оболочку непроницаемой. Через нее не могут самостоятельно, без «помощи», пройти такие важные компоненты, как сахара, ионы метолов и аминокислоты. Через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму их транспортируют специализированные белки, которые вмонтированы в слои липидов.
Транспорт веществ от одних органов к другим
Но транспортная функция белков осуществляется не только между межклеточным веществом и клеткой. Некоторые важные для физиологических процессов вещества приходится доставлять из одних органов в другие. Например, транспортный белок крови – сывороточный альбумин. Он наделен уникальной способностью сформировывать соединения с жирными кислотами, которые появляются при переваривании жиров, с лекарственными препаратами, а также со стероидными гормонами. Важными белками-переносчиками являются и гемоглобин (доставляющий молекулы кислорода), трансферрин (соединяющийся с ионами железа) и церуплазмин (формирующий комплексы с медью).
Сигнальная функция белков
Огромное значение в протекании физиологических процессов в многоклеточных сложных организмах имеют белки-рецепторы. Они вмонтированы в плазматическую мембрану. Служат они для восприятия и расшифровки различного рода сигналов, которые непрерывным потоком поступают в клетки не только от соседних тканей, но и из внешней среды. В настоящее время, пожалуй, самым исследованным белком-рецептором является ацетилхолин. Он находится в ряде межнейронных контактов на мембране клетки.
Но сигнальная функция белков осуществляется не только внутри клеток. Многие гормоны связываются со специфическими рецепторами на их поверхности. Такое сформировавшееся соединение и является сигналом, который активирует физиологические процессы в клетках. Примером таких белков является инсулин, действующий в аденилатциклазной системе.
Защитная функция
Функции белков в клетке различны. Некоторые из них участвуют в иммунных ответах. Это защищает организм от инфекций. Иммунная система способна отвечать на выявленные чужеродные агенты синтезом огромного количества лимфоцитов. Эти вещества способны выборочно повреждать эти агенты, они могут быть чужеродными для организма, например бактерии, надмолекулярные частицы, или это могут быть раковые клетки.
Одна из групп — «бета»-лимфоциты — вырабатывает белки, которые попадают в русло крови. Они имеют очень интересную функцию. Эти белки должны распознавать чужеродные клетки и макромолекулы. Затем они соединяются с ними, формируя комплекс, который подлежит уничтожению. Белки эти называются иммуноглобулинами. Сами чужеродные компоненты – это антигены. А иммуноглобулины, которые им соответствуют – антитела.
Структурная функция
В организме, помимо высокоспециализированных, существуют еще и структурные белки. Они необходимы, чтобы обеспечивать механическую прочность. Эти функции белков в клетке важны для поддержания формы и сохранения молодости организма. Самым известным является коллаген. Это основной белок внеклеточного матрикса соединительных тканей. У высших млекопитающих он составляет до 1/4 общей массы белков. Синтезируется коллаген в фибробластах, которые являются основными клеточками соединительных тканей.
Такие функции белков в клетке имеют огромное значение. Помимо коллагена, известен еще один структурный белок – эластин. Он также является составляющей внеклеточного матрикса. Эластин способен наделять ткани возможностью растягиваться в определенных пределах и легко возвращаться в исходную форму. Еще один пример структурного белка – фиброин, который обнаружен у гусениц шелкопрядов. Это основной компонент шелковых нитей.
Двигательные белки
Роль белков в клетке переоценить невозможно. Они принимают участие и в работе мышц. Мышечное сокращение является важным физиологическим процессом. В результате происходит превращение запасенного в виде макромолекул АТФ в химическую энергию. Непосредственными участниками процесса являются два белка – актин и миозин.
Эти двигательные белки представляют собой нитевидные молекулы, которые функционируют в сократительной системе скелетных мышц. Также они обнаруживаются в немышечных тканях у эукариотических клеток. Еще один пример двигательных белков – тубулин. Из него построены микротрубочки, являющиеся важным элементом жгутиков и ресничек. Также микротрубочки, содержащие тубулин, обнаруживают в клетках нервной ткани животных.
Антибиотики
Огромна защитная роль белков в клетке. Частично ее возлагают на группу, которую принято называть антибиотиками. Это вещества природного происхождения, которые синтезируются, как правило, в бактериях, микроскопических грибах и прочих микроорганизмах. Они нацелены на подавление физиологических процессов других конкурирующих организмов. Открыты антибиотики белкового происхождения были в 40-х годах. Они произвели революцию в медицине, дав ей мощный толчок к развитию.
По своей химической природе антибиотики — весьма разнообразная группа. Они различаются и по механизму действия. Одни препятствуют синтезу белка внутри клеток, вторые блокируют выработку важных ферментов, третьи подавляют рост, четвертые — размножение. Например, хорошо известный стрептомицин взаимодействуют с рибосомами бактериальных клеток. Таким образом, в них резко замедляется синтез белков. При этом данные антибиотики не взаимодействуют с эукариотическими рибосомами организма человека. Это значит, что для высших млекопитающих данные вещества не токсичны.
Это далеко не все функции белков в клетке. Таблица антибиотических веществ позволяет определить и другие узкоспециализированные действия, которые эти специфические природные соединения способны оказывать на бактерии и не только. В настоящее время ведутся изучения антибиотиков белкового происхождения, которые при взаимодействии с ДНК нарушают процессы, связанные с воплощением наследственной информации. Но пока такие вещества используют только при химиотерапии онкологических заболеваний. Примером такого антибиотического вещества является дактиномицин, синтезируемый актиномицетами.
Токсины
Белки в клетке выполняют функцию весьма специфическую и даже неординарную. У ряда живых организмов вырабатываются ядовитые вещества – токсины. По своей природе это белки и сложные низкомолекулярные органические соединения. В качестве примера можно привести ядовитую мякоть гриба бледная поганка.
Запасные и пищевые белки
Некоторые белки выполняют функцию по обеспечению питанием зародышей животных и растений. Таких примеров много. Значение белка в клетке семян злаковых заключено именно в этом. Они будут питать формирующийся зачаток растения на первых стадиях его развития. У животных пищевыми белками являются яичный альбумин и молочный казеин.
Неизученные свойства белков
Приведенные выше примеры — лишь та часть, что уже достаточно изучена. Но в природе остается много загадок. Белки в клетке многих биологических видов уникальны, и в настоящее время даже классифицировать их затруднительно. Например, монеллин — белок, обнаруженный и выделенный из африканского растения. На вкус он сладкий, но при этом не вызывает ожирения и не токсичен. В будущем это может быть превосходная замена сахару. Еще один пример — белок, обнаруженный у некоторых арктических рыб, он препятствует замерзанию крови, действуя как антифриз в буквальном смысле этого сравнения. У ряда насекомых в соединениях крыльев выявлен белок резилин, обладающий уникальной, практически идеальной эластичностью. И это далеко не все примеры веществ, которые только предстоит изучить и классифицировать.
Строение и функции белков
Доказано, что белки составляют, в среднем, до 50% от сухой массы практически всех живых существ. Основным структурным элементом белка является аминокислота. В составе каждой из аминокислот имеется карбоксильная (кислотная) и аминогруппа. При комбинации этих групп появляется пептидная связь, поэтому второе название белков – полипептиды.
Структуры белка
1. Первичная структура — цепь, состоящая из аминокислот, соединенных пептидной связью (мощной, ковалентной). При чередовании 20 аминокислот в разном порядке образуется множество разнообразных белков. В случае замены в определенной белковой цепочке хотя бы одной аминокислоты полностью меняется структура и, соответственно, функции белка. Поэтому первичная структура по праву является основной в белке.
2. Вторичная. Это спираль, форма которой поддерживается водородными связями (относительно слабыми).
3. Третичная структура – это шар, или так называемая глобула. Она образована, благодаря четырем видам связей. Из них наиболее мощная дисульфидная (так называемый серный мостик). Более слабыми являются такие связи, как гидрофобные, ионные, водородные). Функции белка определяются формой глобулы, по которой белки сильно отличаются друг от друга. Вследствие денатурации происходит изменение формы белка, что влечет нарушение его функции.
4. Четвертичная структура характерна не для всех белков. Представлена несколькими глобулами, объединенными друг с другом теми же связями, что и в третичной структуре. Ярким примером является гемоглобин.
Денатурация
Это процесс внешнего влияния на белок, который приводит к изменению формы его глобулы. Воздействие на белок оказывает высокая температура, избыточная соленость, кислотность, реакции с другими веществами. В случае, когда воздействие на белок не сильное (например, повышение температуры на 1 градус), возникает обратимая денатурация. При значительных воздействиях белок подвергается необратимой денатурации. В этом случае повреждаются все структуры, за исключением первичной.
Функции белков
В любом живом организме белки выполняют множество разных функций. Самые важные из них:
1. Структурная (строительная) заключается в том, что любая живая клетка состоит, в большей степени, из белков и воды.
2. Ферментативная выражается в том, что существуют белки-ферменты, выполняющие роль ускорителей химических реакций. Это происходит, так как активная часть фермента подходит к определенному веществу как ключик к замку.
3. Защитная функция ярко прослеживается на примере организма животного, где белки-антитела иммунной системы уничтожают болезнетворные микроорганизмы.
Похожие материалы:
Какие функции выполняет белок в клетке и нуклеиновые кислоты?
Белки или протеины (что в переводе с греческого означает «первые» или «важнейшие»), численно превосходят всех других макромолекул, которые есть в живой клетке, а также составляют большую часть сухого веса многих организмов.
Белки осуществляют процессы обмена веществ. Известно, что один и тот же белок может выполнять множество функций.
Функции белков в организме (клетке)
1. Каталитическая функция
Она присуща ферментам или энзимам — особые белки, которые влияют на ход биохимических реакций. Многочисленные биохимические реакции в живых организмах происходят в гибких условиях при температурах, которые очень близки к 40 градусам С, а также значениях рН близких к нейтральным. Поэтому каталитическую функцию в живых организмах исполняют ферменты.
2. Структурная функция
Структурные белки играют важную роль в обеспечении механической прочности и многих других свойств особых тканей живых организмов. Большая часть структурных белков филаментозные: скажем, мономеры актина и тубулина — это такие растворимые белки, которые после полимеризации способны формировать длинные нити, чтобы был цитоскелет, который позволит клетке поддерживать форму.
3. Транспортная функция белков
Клетке необходимо, чтобы внутрь попадали многочисленные вещества, которые обеспечивают её энергией и строительным материалом. Между тем все биологические мембраны созданы так: двойной слой липидов, в который входят разные белки, вдобавок гидрофильные участки макромолекул сосредоточены на поверхности мембран, а гидрофобные находятся в толще мембраны. Данная структура является непроницаемой для таких элементов: аминокислоты, сахар, ионы щелочных металлов. Их вторжение внутрь происходит благодаря специальным транспортным белкам.
4. Рецепторная функция
Белковые рецепторы могут быть в клеточной мембране или в цитоплазме. Всего существует несколько способов передачи сигнала.
5. Защитная функция
Защитные белки нужны для защиты организма от проникновения других организмов, а также для оберегания его от различных повреждений. Данную функцию выполняют иммуноглобулины, которые имеют свойство распознавать чужеродные клетки.
6. Сигнальная функция
Нужна для передачи сигналов между клетками, организмами, органами и тканями. Сигнальную функцию выполняют цитокины, белки-гормоны, факторы роста и другие.
Функции нуклеиновых кислот в клетке
Нуклеиновая кислота — биополимеры, высокомолекулярное органическое соединение.
Основная функция нуклеиновых кислот — это хранение, передача и реализация генетической информации в клетках всех живых организмов.
Функции белков — видео
Это интересно:
мембранных белков | BioNinja
Понимание:
• Мембранные белки разнообразны с точки зрения структуры, положения в мембране и функции
Фосфолипидные бислои залиты белками, которые могут быть постоянно или временно прикреплены к мембране
- Интегральные белки постоянно прикреплены к мембране и обычно являются трансмембранными (они охватывают бислой)
- Периферические белки временно присоединяются посредством нековалентных взаимодействий и связываются с одной поверхностью мембраны
Структура мембранных белков
Аминокислоты мембранного белка локализованы в соответствии с полярностью:
- Неполярные (гидрофобные ) аминокислоты непосредственно связаны с липидным бислоем
- Полярные (гидрофильные) аминокислоты расположены внутри и обращены к водным растворам
Трансмембранные белки обычно имеют одну из двух третичных структур:
- Одинарные спирали / спиральные пучки
- Бета-бочки ( общее в канале про teins)
Мембранные белковые структуры
Функции мембранных белков
Мембранные белки могут выполнять множество ключевых функций:
- J единиц — Служат для соединения и соединения двух клеток вместе
- E nzymes — Крепление к мембраны локализуют метаболические пути
- T ransport — отвечает за облегчение диффузии и активного транспорта
- R ecognition — может функционировать как маркеры для клеточной идентификации
- A nchorage — точки прикрепления для цитоскелета внеклеточный матрикс
- T трансдукция — Функции рецепторов пептидных гормонов
Мнемоника: Jet Rat
Функции мембранного белка
Каково основное назначение белка в живых организмах?
Обновлено 28 ноября 2018 г.
Автор: Анджела Огунджими
Белок — это питательное вещество, необходимое вашему организму для роста, а также для поддержания и поддержания вашей жизни.После воды белок является самым богатым веществом в вашем теле. Возможно, вы знаете, что ваши мышцы состоят из белка, но это вещество в различных формах выполняет другие важные функции. Например, белки помогают клеткам развиваться и общаться, действуют как ферменты и гормоны, осуществляют транспорт питательных веществ по кровотоку и восстанавливают поврежденные ткани. Другими словами, вы не можете жить без белка.
Мышечная масса
Строительными блоками белков являются аминокислоты.Двадцать известных аминокислот соединяются вместе, образуя различные виды белков. Белки, называемые актином и миозином, составляют большую часть ваших мышечных волокон. Они скользят мимо друг друга, образуя поперечные мостики, которые позволяют мышцам сокращаться. Они позволяют двигаться практически во всех формах: от моргания глаз до бега, прыжков и танцев. Ваше сердце, печень, легкие и большинство органов вашего тела состоят из белков.
Формирование клеток
В каждой клетке вашего тела есть белок.Огромные кластеры белков объединяются, чтобы построить клетки, выполняя такие задачи, как копирование генов во время деления клеток и разработка новых белков. Белковые рецепторы вне клетки связываются с белками-партнерами внутри клетки. Белок-носитель используется для образования гемоглобина, части красных кровяных телец, которая переносит кислород по всему телу. Белок также является важной частью вашей иммунной системы, поскольку он является важным ингредиентом антител, вырабатываемых вашим организмом для защиты от инфекций.
Уход и восстановление тканей
Белок необходим, чтобы помочь вашему телу восстанавливать клетки и создавать новые. Ваши волосы, кожа и ногти состоят из определенного типа белка, который также необходим для поддержания их целостности, а также для восстановления и замены тканей. Например, если вы упадете и у вас появится синяк, протеин очень сильно влияет на заживление ваших ран. Белки также поддерживают ваше тело. Например, коллаген — это волокнистый белок в хрящах и сухожилиях, который поддерживает кости и поддерживает кожу.
Ферменты и гормоны
Ферменты — это белки, которые контролируют химические реакции в организме. Многие гормоны, по сути, являются белками-посланниками, которые говорят вашим клеткам, как себя вести. Ферменты в слюне, желудке и кишечнике — это белки, которые помогают пищеварению. Инсулин — это пример белка, который действует как гормон. Его задача — помочь переместить сахар в ваши клетки, чтобы обеспечить им топливо.
Источник энергии
В качестве макроэлемента или питательного вещества, которое вам нужно в довольно больших количествах, ваш организм может использовать белок в качестве источника энергии.У здоровых, хорошо питающихся людей ваше тело будет пытаться сберечь запасы протеина, прежде чем погрузиться в них. В конце концов, у них есть важная работа. Однако, если у вас недостаточно углеводов или жиров, можно использовать белок. С другой стороны, если вы потребляете больше белка, чем нужно вашему организму, он может откладываться в виде жира.
| |
Специализированная клеточная структура и функции: синтез белка
Синтез белка
Создание различных типов белка является одним из наиболее важных событий для клетки, поскольку белок не только формирует структурные компоненты клетки, но и составляет ферменты. которые катализируют производство оставшихся органических биомолекул, необходимых для жизни.В общем, генотип, кодируемый в ДНК, выражается как фенотип с помощью белка и других продуктов, катализируемых ферментами.
ДНК, размещенная в ядре, слишком велика для прохождения через ядерную мембрану, поэтому она должна копироваться более мелкой однонитевой РНК (транскрипция), которая перемещается из ядра в рибосомы, расположенные в цитоплазме и грубой эндоплазме. ретикулум, чтобы направить сборку белка (трансляцию). Гены на самом деле не производят белок, но они обеспечивают план в виде РНК, которая направляет синтез белка.
Транскрипция
Транскрипция происходит в ядре клетки и представляет собой перенос генетического кода от ДНК к комплементарной РНК. Ферментная РНК-полимераза?
- Присоединяется к молекуле ДНК и расстегивает ее, превращая ее в две отдельные нити.
- Связывается с промотором сегментов ДНК, которые указывают начало копируемой одиночной цепи ДНК.
- Перемещается по ДНК и сопоставляет нуклеотиды ДНК с комплементарным нуклеотидом РНК для создания новой молекулы РНК, которая повторяет структуру ДНК.
Копирование ДНК продолжается до тех пор, пока РНК-полимераза не достигнет сигнала терминации , который представляет собой определенный набор нуклеотидов, который отмечает конец копируемого гена, а также сигнализирует об отключении ДНК от вновь созданной РНК. .
Три типа РНК?
- мРНК (информационная РНК) транскрибируется из ДНК и несет генетическую информацию из ДНК, которая должна быть переведена в аминокислоты.
- тРНК (транспортная РНК)? Интерпретирует? трехбуквенные кодоны нуклеиновых кислот к однобуквенному аминокислотному слову
- рРНК (рибосомная РНК) является наиболее распространенным типом РНК, и вместе с ассоциированными белками составляют рибосомы.
Когда РНК-полимераза заканчивает копирование определенного сегмента ДНК, ДНК реконфигурируется в исходную структуру двойной спирали. Вновь созданная мРНК выходит из ядра в цитоплазму.
Трансляция
Трансляция — это преобразование информации, содержащейся в последовательности нуклеотидов мРНК, в последовательность аминокислот, которые соединяются вместе, образуя белок. МРНК перемещается к рибосомам и «читается». с помощью тРНК, которая анализирует участки трех соседних нуклеотидных последовательностей, называемых кодонами , на мРНК и переносит соответствующую аминокислоту для сборки в растущую полипептидную цепь.Три нуклеотида в кодоне специфичны для конкретной аминокислоты. Следовательно, каждый кодон сигнализирует о включении определенной аминокислоты, которая объединяется в правильной последовательности для создания определенного белка, кодируемого ДНК.
Сборка полипептида начинается, когда рибосома прикрепляется к старт-кодону , расположенному на мРНК. Затем тРНК переносит аминокислоту к рибосомам, которые состоят из рРНК и белка и имеют три сайта связывания, способствующие синтезу.Первый сайт ориентирует мРНК таким образом, чтобы кодоны были доступны для тРНК, которые занимают оставшиеся два сайта, когда откладывают свои аминокислоты, а затем высвобождаются из мРНК для поиска большего количества аминокислот. Трансляция продолжается до тех пор, пока рибосома не распознает кодон, который сигнализирует о конце аминокислотной последовательности. Полипептид, когда он завершен, находится в своей первичной структуре. Затем он высвобождается из рибосомы, чтобы начать изгибаться, чтобы принять окончательную форму и начать свою функцию.
Bionote
Каждый кодон мРНК определяет конкретную аминокислоту, которая распознается антикодоном комплементарной тРНК.Есть 20 различных аминокислот; есть также 20 различных молекул тРНК.
После того, как белки изготовлены, они упаковываются и транспортируются к месту их конечного назначения по интересному пути, который можно описать в три этапа с участием трех органелл:
- Везикулы транспортируют белки из рибосом в аппарат Гольджи , он же комплекс Гольджи, где они упакованы в новые пузырьки.
- Везикулы мигрируют к мембране и высвобождают свой белок за пределы клетки.
- Лизосомы переваривают и перерабатывают отходы для повторного использования клеткой.
Ферменты в аппарате Гольджи модифицируют белки и заключают их в новую везикулу, которая отрастает от поверхности аппарата Гольджи. Аппарат Гольджи часто рассматривается как центр упаковки и распределения ячейки.
Везикулы — это маленькие мембранные оболочки, которые обычно образуются в эндоплазматическом ретикулуме или аппарате Гольджи и используются для транспортировки веществ через клетку.
Лизосомы представляют собой везикулы особого типа, которые содержат пищеварительные ферменты клетки и полезны для расщепления оставшихся продуктов жизнедеятельности белков, липидов, углеводов и нуклеиновых кислот на их составные части для повторной сборки и повторного использования клеткой.
Выдержка из The Complete Idiot’s Guide to Biology 2004 Глен Э. Моултон, редактор Д. Все права защищены, включая право на воспроизведение полностью или частично в любой форме. Используется по договоренности с Alpha Books , членом Penguin Group (USA) Inc.
Чтобы заказать эту книгу напрямую у издателя, посетите веб-сайт Penguin USA или позвоните по телефону 1-800-253-6476. Вы также можете приобрести эту книгу на Amazon.com и Barnes & Noble.
Белков в клеточной мембране
Что делают мембранные белки?
Давайте посмотрим на одну важную функцию мембранных белков: получение новостей. Рецепторы — это интегральные белки в клеточной мембране, которые получают сигналы из внеклеточного пространства, чтобы клетка могла реагировать.Рецептор гормона может получить сигнал для роста, который запускает цепочку событий внутри клетки, называемую сигнальным каскадом . В сигнальном каскаде новости от клеточной мембраны передаются от одного белка к другому внутри клетки, пока нужный белок (например, один в ядре) не получит сообщение, и клетка не сможет отреагировать.
Клетка-клеточная адгезия и структурная поддержка — еще две ключевые роли, которые играют мембранные белки.Адгезия между клетками, когда клетки прилипают друг к другу, является ключевым моментом, когда они объединяются, чтобы сформировать ткань или кость. Он также используется при иммунном ответе. Молекулы клеточной адгезии (CAM) представляют собой большой класс мембранных белков, участвующих в этом процессе.
Транспорт через мембрану также играет ключевую роль мембранных белков. Мембранные белки отвечают за перенос важных молекул, таких как вода или ионы натрия, из соли (Na +) в клетку и из нее. Например, аквапорин — это белок, который образует канала , которые позволяют воде проходить через клеточную мембрану.Работает сантехником камеры.
Транспортировка через мембрану осуществляется двумя способами. Один, , активный транспорт , означает, что для транспортировки молекулы через мембрану необходимо использовать топливо. Это топливо часто представляет собой аденозинтрифосфат (АТФ, обычное топливо, используемое во многих клеточных процессах). В нашей аналогии с замком это похоже на поднятие ворот, чтобы пропустить какой-то важный груз через стену. Требуется энергия. Если работа не требуется, и молекулы могут проходить через клеточную мембрану без сжигания топлива, это называется облегченной диффузией .
Краткое содержание урока
Мы узнали, что клетка отделена от внеклеточного пространства двухслойной липидной мембраной и что белки действуют как посредники, позволяя клетке реагировать на сигналы и другие молекулы из внеклеточного пространства и питаться ими. Клеточная мембрана содержит встроенные интегральные белки, такие как рецепторы. Периферические белки слабо связаны с мембраной и приходят и уходят. Мембранные белки играют ключевую роль в клеточной коммуникации (участвуют рецепторы), межклеточной адгезии (САМ играют большую роль), структурной поддержке и транспорте (например, аквапорин).Транспортировка происходит посредством активного транспорта (требуется топливо) или облегченной диффузии (топливо не требуется).
Практика:
Белки в клеточной мембране Тест
Инструкции: Выберите ответ и нажмите «Далее». В конце вы получите свой счет и ответы.
Создайте учетную запись, чтобы пройти этот тест
Как участник, вы также получите неограниченный доступ к более чем 84 000 уроков по математике, Английский язык, наука, история и многое другое.Кроме того, получайте практические тесты, викторины и индивидуальные тренировки, которые помогут вам добиться успеха.
Попробуй это сейчасНастройка займет всего несколько минут, и вы можете отменить ее в любой момент.
Уже зарегистрированы? Авторизуйтесь здесь для доступа
Функция ячейки| SEER Training
Структурные и функциональные характеристики различных типов клеток определяются природой присутствующих белков.Клетки разных типов имеют разные функции, потому что структура и функция клетки тесно связаны. Очевидно, что очень тонкая клетка не подходит для защитной функции. Костные клетки не имеют подходящей структуры для проведения нервных импульсов. Так же, как существует много типов клеток, существуют различные функции клеток. Обобщенные функции клеток включают перемещение веществ через клеточную мембрану, деление клеток с образованием новых клеток и синтез белка.
Перемещение веществ через клеточную мембрану
Выживание клетки зависит от сохранения разницы между внеклеточным и внутриклеточным материалом.Механизмы движения через клеточную мембрану включают простую диффузию, осмос, фильтрацию, активный транспорт, эндоцитоз и экзоцитоз.
Простая диффузия — это перемещение частиц (растворенных веществ) из области с более высокой концентрацией растворенных веществ в область с более низкой концентрацией растворенных веществ. Осмос — это диффузия молекул растворителя или воды через избирательно проницаемую мембрану. Фильтрация использует давление, чтобы проталкивать вещества через мембрану. Активный транспорт перемещает вещества против градиента концентрации из области более низкой концентрации в область более высокой концентрации.Он требует молекулы-носителя и использует энергию. Эндоцитоз относится к образованию пузырьков для переноса частиц и капель извне внутрь клетки. Секреторные пузырьки перемещаются изнутри наружу клетки посредством экзоцитоза.
Клеточное деление
Деление клеток — это процесс образования новых клеток для роста, восстановления и замены в организме. Этот процесс включает деление ядерного материала и деление цитоплазмы. Все клетки тела (соматические клетки), за исключением тех, которые дают начало яйцеклеткам и сперматозоидам (гаметам), размножаются путем митоза.Яйцеклетки и сперматозоиды образуются в результате особого типа деления ядра, называемого мейозом, при котором количество хромосом уменьшается вдвое. Деление цитоплазмы называется цитокинезом.
Соматические клетки размножаются путем митоза, в результате чего образуются две клетки, идентичные одной родительской клетке. Интерфаза — это период между последовательными делениями клеток. Это самая длинная часть клеточного цикла. Последовательные стадии митоза — профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Цитокинез, деление цитоплазмы, происходит во время телофазы.
Мейоз — это особый тип деления клеток, который происходит при производстве гамет или яйцеклеток и сперматозоидов. Эти клетки имеют только 23 хромосомы, половину числа хромосом, обнаруженных в соматических клетках, так что, когда произойдет оплодотворение, полученная клетка снова будет иметь 46 хромосом, 23 из яйцеклетки и 23 из сперматозоидов.
Репликация ДНК и синтез белка
Белки, которые синтезируются в цитоплазме, действуют как структурные материалы, ферменты, регулирующие химические реакции, гормоны и другие жизненно важные вещества.ДНК в ядре направляет синтез белка в цитоплазме. Ген — это часть молекулы ДНК, которая контролирует синтез одной конкретной белковой молекулы. Информационная РНК несет генетическую информацию от ДНК в ядре к участкам синтеза белка в цитоплазме.
Британское общество клеточной биологии
Щелкните, чтобы просмотреть изображение микроскопа исследовательского уровня, интерпретированное с использованием технологии CIMR GridPoint
Быстрый просмотр:
Рибосома функционирует как микромашина для производства белков.Рибосомы состоят из особых белков и нуклеиновых кислот. ПЕРЕВОД информации и связывание аминокислот лежат в основе процесса производства белка. Рибосома, образованная из двух сцепляющихся вместе субъединиц, выполняет следующие функции: (1) переводит закодированную информацию из ядра клетки, предоставляемую матричной рибонуклеиновой кислотой (мРНК), (2) связывает вместе аминокислоты, выбранные и собранные из цитоплазмы путем переноса. рибонуклеиновая кислота (тРНК). (Порядок, в котором аминокислоты связаны друг с другом, определяется мРНК) и (3) Экспорт полученного полипептида в цитоплазму, где он сформирует функциональный белок.
Рибосомы обнаруживаются «свободными» в цитоплазме или связаны с эндоплазматическим ретикулумом (ER) с образованием грубого ER. В клетке млекопитающего может быть до 10 миллионов рибосом. К одной и той же цепи мРНК могут быть присоединены несколько рибосом, такая структура называется полисомой. Рибосомы существуют только временно. Когда они синтезируют полипептид, две субъединицы разделяются и либо повторно используются, либо разбиваются.
Рибосомы могут соединять аминокислоты со скоростью 200 в минуту.Таким образом, небольшие белки могут быть произведены довольно быстро, но для более крупных белков, таких как массивный мышечный белок титин, состоящий из 30 000 аминокислот, требуется два-три часа.
Рибосомы прокариот используют несколько иной процесс производства белков, чем рибосомы эукариот. К счастью, это различие представляет собой окно молекулярных возможностей для атаки антибиотиков, таких как стрептомицин. К сожалению, некоторые бактериальные токсины и вирус полиомиелита также используют его, чтобы атаковать механизм трансляции.
Чтобы просмотреть обзорную диаграмму производства белка, щелкните здесь.
(Диаграмма откроется в отдельном окне)
Это изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, демонстрирующее часть шероховатой эндоплазматической сети в клетке корня растения кукурузы. Темные пятна — это рибосомы.
(любезно предоставлено Крисом Хоузом, Исследовательская школа биологии и молекулярных наук, Оксфордский университет Брукса, Оксфорд, Великобритания)
ПОДРОБНЕЕ ПОСМОТРЕТЬ Рибосомы:
Рибосомы — это макромолекулярные производственные единицы.Они состоят из рибосомных белков (рибопротеинов) и рибонуклеиновых кислот (рибонуклеопротеидов). Слово «рибосома» образовано из « рибо » из рибонуклеиновой кислоты и добавления его к « сома », латинскому слову «тело». Рибосомы могут быть связаны мембраной (мембранами), но они не являются мембранными.
Рибосома: микромашина для производства белков
Рибосома — это, по сути, очень сложная, но элегантная микромашина для производства белков. Каждая полная рибосома состоит из двух частей.Рибосома эукариот состоит из нуклеиновых кислот и около 80 белков и имеет молекулярную массу около 4200000 Да. Около двух третей этой массы состоит из рибосомальной РНК, а одна треть — из примерно 50+ различных рибосомных белков.
Рибосомы обнаружены в прокариотических и эукариотических клетках; в митохондриях, хлоропластах и бактериях. Те, что обнаруживаются у прокариот, обычно меньше, чем у эукариот. Рибосомы в митохондриях и хлоропластах по размеру сходны с таковыми у бактерий.В клетке млекопитающего около 10 миллиардов белковых молекул, и большинство из них вырабатываются рибосомами. Быстрорастущая клетка млекопитающего может содержать около 10 миллионов рибосом. [Одна клетка E. Coli содержит около 20 000 рибосом, что составляет около 25% от общей массы клеток].
Белки и нуклеиновые кислоты, которые образуют субъединицы рибосомы, образуются в ядрышке и экспортируются через ядерные поры в цитоплазму. Два субблока не равны по размеру и существуют в этом состоянии до тех пор, пока не потребуются для использования.Более крупная подгруппа примерно в два раза больше, чем меньшая.
Более крупный блок выполняет в основном каталитическую функцию; меньший подблок в основном декодирующий. В большой субъединице рибосомная РНК выполняет функцию фермента и называется рибозимом. Меньшая единица связывается с мРНК, а затем фиксируется на более крупной субъединице. Однажды сформированные рибосомы не являются статическими единицами. Когда производство определенного белка завершается, две субъединицы разделяются и затем обычно разбиваются.Рибосомы существуют только временно.
Иногда субъединицы рибосомы допускают мРНК, как только мРНК выходит из ядра. Когда это происходит с множеством рибосом, структура называется полисомой. Рибосомы могут функционировать в «свободном» состоянии в цитоплазме, но они также могут «оседать» на эндоплазматическом ретикулуме, образуя «грубый эндоплазматический ретикулум». Там, где имеется грубый эндоплазматический ретикулум, ассоциация между рибосомой и эндоплазматическим ретикулумом (ER) облегчает дальнейшую обработку и проверку вновь образованных белков с помощью ER.
Белковая фабрика: сайт и услуги.
Все предприятия нуждаются в таких услугах, как газ, вода, канализация и связь. Для того, чтобы они были предоставлены, должно быть место или участок.
Производство протеина также требует сервисных требований. Сайт, требующий предоставления услуг, образуется в небольшой субъединице рибосомы, когда цепь мРНК входит через одну селективную щель, а цепь инициаторной тРНК — через другую. Это действие заставляет маленькую субъединицу связываться с большой субъединицей рибосомы, чтобы сформировать полную и активную рибосому.Теперь можно начинать удивительный процесс производства белка.
Для трансляции и синтеза белка задействованы многие химические вещества-инициаторы и высвобождающие вещества, а также происходит множество реакций с использованием ферментов. Однако существуют общие требования, и они должны быть выполнены. В приведенном ниже списке показаны основные требования и порядок их выполнения:
- Требование: Безопасное (без загрязнения) и подходящее оборудование для процесса производства белка.
- Предоставление: это средство обеспечивается двумя рибосомными субединицами. Когда две субъединицы соединяются вместе, образуя полную рибосому, входящие и выходящие молекулы могут делать это только через селективные щели или туннели в молекулярной структуре.
- Требование: Поставка информации в форме, которую рибосома может переводить с высокой степенью точности. Перевод должен быть точным, чтобы производились правильные белки.
- Предоставление: Информация предоставляется ядром и доставляется на рибосому в виде цепи мРНК.Когда мРНК образуется в ядре, интроны (некодирующие участки) вырезаются, а экзоны (кодирующие участки) соединяются вместе посредством процесса, называемого сплайсингом.
- Требование: Запас аминокислот, из которых рибосомный механизм может получить определенные необходимые аминокислоты.
- Обеспечение: Аминокислоты, поступающие в основном с пищей, обычно свободно доступны в цитоплазме.
- Требование: Система, которая может выбирать и фиксировать аминокислоту в цитоплазме и доставлять ее к сайту трансляции и синтеза в рибосоме.
- Предоставление: Короткие цепи переносящей рибонуклеиновой кислоты (тРНК), образующиеся в ядре и доступные в цитоплазме, действуют как «адаптерные инструменты». Когда цепь тРНК зафиксирована на аминокислоте, тРНК называется «заряженной». тРНК диффундирует в меньшую субъединицу рибосомы, и каждая короткая цепь тРНК будет доставлять ОДИН аминокислот.
- Требование: Средство высвобождения в цитоплазму: (a) вновь образованного полипептида, (b) мРНК, которая использовалась в процессе трансляции, и (c) тРНК, которая доставила аминокислота, которую он нес, и теперь «незаряженная».
- Предоставление: (a) , когда вновь образованная пептидная цепь продуцируется глубоко внутри большой субъединицы рибосомы, она направляется в цитоплазму по туннелю или щели. (b) «Использованная» мРНК покидает меньшую субъединицу рибосомы через туннель на стороне, противоположной точке входа. Движение через рибосому вызывается только односторонним, прерывистым движением рибосомы вдоль и в направлении входящей цепи мРНК. (c ) тРНК в «незаряженном» состоянии уходит через туннель в молекулярной архитектуре большой субъединицы рибосомы.
Белковая фабрика: что происходит внутри?
— Посмотрите на линию по производству протеина, которая может соединять аминокислоты со скоростью 200 в минуту!
Теперь, когда мы рассмотрели требования и условия, необходимые для работы машины для производства белка, мы можем взглянуть на внутреннюю работу.
Как упоминалось ранее, в рибосоме протекают многие детальные биохимические реакции, и здесь дается только краткое описание, чтобы проиллюстрировать концепцию.
( См. Также «Схема рибосомы» в конце раздела)
В рибосоме есть ТРИ ЭТАПА и ТРИ операционных САЙТА, задействованных в производственной линии белка.
Три ЭТАПОВ : (1) начало, (2) удлинение и (3) завершение.
Три рабочих или связывающих САЙТА — это A, P и E , считываемые с сайта входа мРНК (обычно с правой стороны).
Сайты A и P охватывают как субъединицы рибосомы, большая часть которых находится в большой субъединице рибосомы, так и меньшая часть — в меньшей субъединице. Сайт E , сайт выхода, находится в большой субъединице рибосомы.
Таблица сайтов связывания, положений и функций в рибосоме
(см. Также схему рибосомы в конце раздела)
Место привязки | Сайт входа цепи мРНК | Биологический термин | Основные процессы |
Участок A | 1-й | A миноацил | Допуск кодона мРНК «заряженной» цепи тРНК.Проверка и расшифровка и начало «передачи» одной молекулы аминокислоты |
Участок P | 2-я | P эптидил | Синтез пептидов, консолидация, удлинение и перенос пептидной цепи в сайт A |
Si t e E | 3-я | Выход в цитоплазму | Подготовка «незаряженной» тРНК для выхода |
Три этапа:
- Инициирование. На этом этапе небольшая субъединица рибосомы связывается с «начальным концом» цепи мРНК. «Инициатор тРНК» также входит в небольшую субъединицу. Затем этот комплекс присоединяется к большой субъединице рибосомы. В начале цепи мРНК есть сообщение «начало трансляции», и цепь тРНК, «заряженная» одной конкретной аминокислотой, входит в сайт A рибосомы. Производство полипептида уже начато. Чтобы тРНК не отвергалась, трехбуквенная кодовая группа, которую она несет (называемая антикодоном), должна совпадать с трехбуквенной кодовой группой (называемой кодоном) на цепи мРНК. в рибосоме.Это очень важная часть процесса перевода , и удивительно, как мало возникает «ошибок перевода». [В общем, конкретная аминокислота, которую он несет, определяется трехбуквенным антикодоном, который он несет, например если трехбуквенный код — CAG ( C иттозин, A денин, G уанин), тогда он будет выбирать и транспортировать аминокислоту глутамин (Gln)].
- Удлинение. Этот термин охватывает период между инициированием и завершением, и именно в это время вырабатывается основная часть обозначенного белка.Процесс состоит из серии циклов, общее количество которых определяется мРНК. Одним из основных событий при элонгации является транслокация . Это когда рибосома перемещается вдоль мРНК на одну кодонную выемку и начинается новый цикл. Во время процесса «запуска» «инициирующая тРНК» переместится в сайт P (см. Схему рибосомы в конце раздела). ) и рибосома допустит в сайт A, новую тРНК, «заряженную» одной аминокислотой.«Заряженная» тРНК находится в сайте A до тех пор, пока она не будет проверена и принята (или отвергнута) и пока растущая пептидная цепь, прикрепленная к тРНК в сайте P, не будет перенесена ферментами в «заряженную» тРНК в сайте A. Здесь одна новая аминокислота передается тРНК и добавляется к пептидной цепи. Благодаря этому процессу длина пептидной цепи увеличивается на одну аминокислоту. [Образованию пептидной связи между растущей пептидной цепью и вновь поступившей аминокислотой способствует пептидилтрансфераза и происходит в большой субъединице рибосомы.Реакция происходит между тРНК, которая несет формирующуюся пептидную цепь, пептидил-тРНК, и тРНК, которая несет входящую аминокислоту, аминоацил-тРНК]. Когда это произошло, тРНК в сайте P, перенесла свою пептидную цепь и теперь без каких-либо прикреплений, перемещается в сайт E , сайт выхода. Затем тРНК в сайте A, в комплекте с пептидом. Цепь, увеличенная в длину на одну аминокислоту, перемещается на сайт P . В сайте P рибопротеинов укрепляют связь пептидной цепи с вновь добавленной аминокислотой.Если пептидная цепь длинная, самая старая часть будет перемещена в цитоплазму, и за ней последует остальная часть цепи по мере ее образования. Следующий цикл
С сайтом A теперь пустой имеет место транслокация . Рибосома перемещается на расстояние в одну (трехбуквенную) кодонную выемку вдоль мРНК, чтобы ввести новый кодон в зону обработки. тРНК, «заряженная» присоединенной аминокислотой, теперь входит в сайт A, и при условии удовлетворительного совпадения кодона мРНК и антикодона тРНК цикл начинается снова.Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнута стадия завершения. - Прекращение действия. Когда рибосома достигает конца цепи мРНК, появляется сообщение о конце или «конце белкового кода». Это регистрирует конец продукции конкретного белка, кодируемого этой цепью мРНК. Химические вещества «фактора высвобождения» предотвращают дальнейшее добавление аминокислот, и новый белок (полипептид) полностью перемещается в цитоплазму через щель в большой субъединице. Две субъединицы рибосомы отделяются, разделяются и используются повторно или разрушаются.
Резюме:
- Почти все белки, необходимые клеткам, синтезируются рибосомами. Рибосомы находятся «свободными» в цитоплазме клетки, а также прикреплены к грубому эндоплазматическому ретикулуму.
- Рибосомы получают информацию от ядра клетки и строительных материалов из цитоплазмы.
- Рибосомы транслируют информации, закодированной в матричной рибонуклеиновой кислоте (мРНК).
- Они связывают вместе определенных аминокислот с образованием полипептидов и экспортируют их в цитоплазму.
- Клетка млекопитающего может содержать до 10 миллионов рибосом, но каждая рибосома существует только временно.
- Рибосомы могут связывать аминокислоты со скоростью 200 в минуту.
- Рибосомы образуются в результате связывания небольшой субчастицы с большой субчастицей. Субъединицы обычно доступны в цитоплазме, причем большая из них примерно в два раза больше, чем меньшая.
- Каждая рибосома представляет собой комплекс рибонуклеопротеидов, две трети массы которого состоят из рибосомной РНК и примерно на одну треть рибосомного белка.
- Производство белка происходит в три стадии: (1) инициация, (2) элонгация, и (3 ) терминация.
- Во время производства пептида рибосома перемещается по мРНК в прерывистом процессе, называемом транслокацией .
