какие структуры имеет белок
Строение и функции белков
Белки (протеины) составляют 50% от сухой массы живых организмов.
Белки состоят из аминокислот. У каждой аминокислоты есть аминогруппа и кислотная (карбоксильная) группа, при взаимодействии которых получается пептидная связь, поэтому белки еще называют полипептидами.
Структуры белка
Первичная – цепочка из аминокислот, связанных пептидной связью (сильной, ковалентной). Чередуя 20 аминокислот в разном порядке, можно получать миллионы разных белков. Если поменять в цепочке хотя бы одну аминокислоту, строение и функции белка изменятся, поэтому первичная структура считается самой главной в белке.
Вторичная – спираль. Удерживается водородными связями (слабыми).
Третичная – глобула (шарик). Четыре типа связей: дисульфидная (серный мостик) сильная, остальные три (ионные, гидрофобные, водородные) – слабые. Форма глобулы у каждого белка своя, от нее зависят функции. При денатурации форма глобулы меняется, и это сказывается на работе белка.
Четвертичная – имеется не у всех белков. Состоит из нескольких глобул, соединенных между собой теми же связями, что и в третичной структуре. (Например, гемоглобин.)
Денатурация
Это изменение формы глобулы белка, вызванное внешними воздействиями (температура, кислотность, соленость, присоединение других веществ и т.п.)
Функции белков
Их очень много, например:
Еще можно почитать
Задания части 1
Выберите один, наиболее правильный вариант. Вторичная структура молекулы белка имеет форму
1) спирали
2) двойной спирали
3) клубка
4) нити
Выберите один, наиболее правильный вариант. Водородные связи между СО- и NН-группами в молекуле белка придают ей форму спирали, характерную для структуры
1) первичной
2) вторичной
3) третичной
4) четвертичной
Выберите один, наиболее правильный вариант. Четвертичная структура молекулы белка образуется в результате взаимодействия
1) участков одной белковой молекулы по типу связей S-S
2) нескольких полипептидных нитей, образующих клубок
3) участков одной белковой молекулы за счет водородных связей
4) белковой глобулы с мембраной клетки
Выберите один, наиболее правильный вариант. Последовательность и число аминокислот в полипептидной цепи – это
1) первичная структура ДНК
2) первичная структура белка
3) вторичная структура ДНК
4) вторичная структура белка
Выберите один, наиболее правильный вариант. Вторичная структура белка, имеющая форму спирали, удерживается связями
1) пептидными
2) ионными
3) водородными
4) ковалентными
Выберите один, наиболее правильный вариант. Первичная структура белка образована связью
1) водородной
2) макроэргической
3) пептидной
4) ионной
Выберите один, наиболее правильный вариант. В основе образования пептидных связей между аминокислотами в молекуле белка лежит
1) принцип комплементарности
2) нерастворимость аминокислот в воде
3) растворимость аминокислот в воде
4) наличие в них карбоксильной и аминной групп
БЕЛКИ
1. Выберите три варианта. Белки в организме человека и животных
1) составляют бо́льшую часть организма по массе
2) начинают расщепляться в ротовой полости
3) не содержат фосфора в составе молекулы
4) могут откладываться в запас
5) в качестве ферментов ускоряют химические реакции
6) служат основным строительным материалом
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Выберите только особенности строения белковой молекулы.
1) содержит атомы фосфора
2) состоит из аминокислот
3) мономеры удерживаются пептидными связями
4) состоит из одинаковых по строению мономеров
5) изменяет форму под действием температуры
6) четвертичная структура состоит из нескольких молекул
3. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных ниже признаков относятся к характеристикам молекул белков?
1) состоят из нуклеотидов
2) выполняют только структурную и двигательную функции
3) могут иметь форму глобулы
4) содержат в составе азот и серу
5) всегда нерастворимы в воде
6) являются нерегулярными полимерами
БЕЛКИ КРОМЕ
1. Все перечисленные признаки, кроме двух, можно использовать при описании яичного белка альбумина. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) состоит из аминокислот
2) пищеварительный фермент
3) денатурирует обратимо при варке яйца вкрутую
4) мономеры связаны пептидными связями
5) молекула образует первичную, вторичную и третичную структуры
2. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания молекулы белка. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) состоит из нуклеотидов
2) может иметь форму глобулы
3) имеет третичную и четвертичную структуры
4) образуется в ядре
5) бывают глобулярные и фибриллярные
БЕЛКИ КРОМЕ РИС
1. Перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания строения, функций изображенного органического вещества. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) имеет структурные уровни организации молекулы
2) входит в состав клеточных стенок
3) является биополимером
4) служит матрицей при трансляции
5) состоит из аминокислот
2. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания изображённой на рисунке структуры. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) вторичная структура молекулы белка
2) удерживается только пептидными связями
3) определяется методом рентгеноструктурного анализа
4) представляет собой глобулу
5) может выполнять ферментативные функции
3. Все перечисленные ниже характеристики, кроме двух, используют для описания изображенной на рисунке молекулы органического вещества клетки. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) денатурация
2) репликация
3) транскрипция
4) аминокислоты
5) водородные связи
СТРУКТУРЫ БЕЛКА
Установите соответствие между характеристикой и структурой белка: 1) первичная, 2) третичная. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) молекула в форме глобулы или фибриллы
Б) строгая последовательность аминокислотных остатков
В) аминокислотные остатки соединены только пептидными связями
Г) имеет дисульфидные мостики между радикалами аминокислот
Д) при ее разрушении наступает необратимая денатурация
Е) пространственная конфигурация полипептидной цепи
ФЕРМЕНТАТИВНАЯ
1. Все приведенные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания ферментов. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) входят в состав клеточных мембран и органоидов клетки
2) играют роль биологических катализаторов
3) имеют активный центр
4) оказывают влияние на обмен веществ, регулируя различные процессы
5) специфические белки
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Ферменты – это вещества, которые
1) вырабатываются в железах внутренней секреции
2) являются белками
3) поступают в организм, как правило, вместе с пищей
4) являются в организме источником энергии
5) ускоряют протекание химических реакций
6) у человека выполняют свои функции при температуре около 36 градусов
ФУНКЦИИ БЕЛКОВ
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Функциями белков в организме человека являются
1) строительная
2) передача наследственных признаков
3) защитная
4) запасающая
5) ферментативно-каталитическая
6) хранение генетической информации
ФУНКЦИИ БЕЛКОВ КРОМЕ
Все перечисленные характеристики используют для описания функций белков. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) регуляторная
2) двигательная
3) рецепторная
4) образуют клеточные стенки
5) служат коферментами
Рассмотрите рисунок с изображением полипептида и укажите (А) уровень его организации, (Б) форму молекулы и (В) вид взаимодействия, поддерживающий эту структуру. Для каждой буквы выберите соответствующий термин или соответствующее понятие из предложенного списка.
1) первичная структура
2) вторичная структура
3) третичная структура
4) взаимодействия между нуклеотидами
5) металлическая связь
6) гидрофобные взаимодействия
7) фибриллярная
8) глобулярная
Рассмотрите схему химического вещества. Укажите (А) название класса органических веществ, (Б) уровень организации полимерной молекулы и (В) название мономеров, из которых состоит данная молекула. Для каждой буквы выберите соответствующий термин из предложенного списка.
1) ДНК
2) белок
3) альфа-спираль
4) вторичная структура
5) третичная структура
6) аминокислоты
7) нуклеотиды
8) рибоза
Рассмотрите рисунок с изображением полипептида. Укажите (А) уровень его организации, (Б) мономеры, которые его образуют, и (В) вид химических связей между ними. Для каждой буквы выберите соответствующий термин или соответствующее понятие из предложенного списка.
1) первичная структура
2) водородные связи
3) двойная спираль
4) вторичная структура
5) аминокислота
6) альфа-спираль
7) нуклеотид
8) пептидные связи
Проанализируйте таблицу «Уровни организации белка». Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из предложенного списка.
1) глобула
2) двойная спираль
3) эфирные
4) гидрофильные
5) пептидные
6) нитчатая
7) вторичная
8) четвертичная
Известно, что белки – нерегулярные полимеры, имеющие высокую молекулярную массу, строго специфичны для каждого вида организма. Выберите из приведенного ниже текста три утверждения, по смыслу относящиеся к описанию этих признаков, и запишите цифры, под которыми они указаны. (1) В состав белков входит 20 различных аминокислот, соединенных пептидными связями. (2) Белки имеют различное количество аминокислот и порядок их чередования в молекуле. (3) Низкомолекулярные органические вещества имеют молекулярную массу от 100 до 1000. (4) Они являются промежуточными соединениями или структурными звеньями – мономерами. (5) Многие белки характеризуются молекулярной массой от нескольких тысяч до миллиона и выше, в зависимости от количества отдельных полипептидных цепей в составе единой молекулярной структуры белка. (6) Каждый вид живых организмов имеет особый, только ему присущий набор белков, отличающий его от других организмов.
Белок
Многие знают, что спортсмены должны употреблять в пищу белок – есть мясо, рыбу, яйца, и даже принимать специальные протеиновые добавки. Но зачем нужен белок, да еще в таких количествах? Разве вегетарианцы не доказали своим примером, что можно обходиться без белка? Давайте разбираться.
Что такое белок?
Белок – это большая группа сложных химических соединений. Видов белка существует очень много и каждый в организме выполняет свои функции. Из белков строятся ткани организма, белки переносят питательные вещества, включают и выключают различные реакции, ускоряют или замедляют те или иные обменные процессы. Без белков само существование нашего организма было бы невозможно.
Структура белков
Белки (полипептиды, протеины) — своего рода биологические полимеры природного происхождения. Они образованы из множества (более 50) молекул альфа-аминокислот, объединенных пептидными связями (-CONH-). В синтезе белков в живых организмах принимают участие всего 20 различных аминокислот, называемых протеиногенными (глицин, лейцин, изолейцин, валин, глютамин, аргинин и т.п.).
Молекулы белков очень сложны, они нередко закручены в пространственные спирали, которые в свою очередь, тоже переплетаются, образуя сложнейшие структуры. Таковы, к примеру, молекулы одного из самых распространенных белков – коллагена – составляющего основу кожи, сухожилий, сосудов, хрящей и т.д. Именно благодаря такой сложной структуре белков кожа, сухожилия и сосуды являются эластичными и упругими.
Зачем белок организму?
Из белковых молекул в организме состоит решительно все — они составляют основу мышечных, нервных волокон, сосудов, кожи, ногтей, зубов, волос, крови и т.д. Белки — это и строительные кирпичики организма, и такие важные для его функционирования вещества как гормоны, ферменты, антитела. Роль белков в существовании живых организмов настолько велика, что Энгельс даже жизнь назвал «способом существования белковых тел».
Организм строит белки сам, но ему требуется большое количество материала для этого – именно поэтому в пище должно быть достаточно белка: это облегчает организму работу, а кроме того, некоторые аминокислоты, называемыми незаменимыми (лейцин, изолейцин, валин, метионин, триптофан и др.) организм не может создать сам, их требуется получать из пищи, а без них синтез белков невозможен.
Функции белков
Чтобы четко и полно ответить на вопрос, зачем белок организму, можно кратко перечислить задачи, выполняемые в нашем организме белками:
Уже из этого краткого списка хорошо видно, что функции белков поистине всеобъемлющи, и что белки являются одним из самых важных классов веществ, определяющих само существование организма.
Синтез белков в организме
Как мы уже говорили, наш организм сам синтезирует все необходимые белки. Но для синтеза белков, который обеспечит потребности организма, нужны строительные материалы, которые дают белки из состава пищи. И важнейшими являются 8 незаменимых аминокислот, которые больше неоткуда получить, кроме как из пищи. Поэтому неправильно думать, что, к примеру, вегетарианцам не нужен белок. Белок нужен всем, просто вегетарианцы предпочитают получать его из растительных источников.
А растительные белки в большинстве случаев обладают более низкой пищевой ценностью, чем животные – просто потому, что они имеют другую природу. Из-за этого у них аминокислотный состав, хуже подходящий человеку, а также их труднее усваивать. Но тем не менее, комбинируя растительные белки, можно повысить их ценность и усваиваемость.
Для синтеза белков (который активизируется в периоды восстановления после болезней, травм и спортивных тренировок) нужны все незаменимые аминокислоты, но, к примеру, для роста мышц важнее всего BCAA – лейцин, изолейцин и валин.
А для восстановления суставов и сохранения здоровья кожи очень важен белок коллаген, необходимая скорость синтеза которого обеспечивается в том числе поступлением его вместе с пищей.
Какой белок лучше употреблять при тренировках?
Раз уж мы затронули вопрос об усвоении белков и о возрастающих потребностях в белке при спортивных тренировках, то можно вспомнить, что в магазинах спортивного питания представлены белки самых разных видов.
Для спортсмена белок — это, во-первых, основной субстрат его мышечной ткани, которую он старается всячески совершенствовать, а, во-вторых, источник питания той самой ткани. По-другому белок называется протеин. И, собственно, протеин и есть первый и основной компонент спортивного питания. По сырью из которого он изготовлен, различают сывороточный протеин, казеин, яичный, соевый, мясной и т.д. По степени очистки — концентрат (ок. 80 % белка), изолят (более 85 % белка) и гидролизат. Но гидролизат — скорее уже не столько степень очистки, сколько частично разрушенный ферментами изолят протеина, который состоит уже не из цельных молекул белка, а из фрагментов по 2-3 связанные аминокислотные молекулы. Усваивается он быстрее всего, зато и самый дорогой.
Сырье, из которого получают протеин, определяет его аминокислотный состав, от чего зависит скорость усвоения данного вида белка и другие особенности. Кроме того, важны цели, которые ставит перед собой атлет и личные особенности его организма — кто-то лучше усваивает молочный протеин, а кто-то — соевый.
Белок, получаемый из обычной пищи (творог, мясо, рыба, орехи, горох и фасоль) является основным питательным сырьем для организма. И только когда его перестает хватать — при усиленных тренировках и стремлении увеличить достигнутые результаты (силовые показатели или рельеф) — можно принимать протеин дополнительно. О спортивном питании для набора массы, а также о видах протеина читайте в других наших статьях.
Какой белок лучше выбрать, зависит от индивидуальных особенностей и задач. Например, для быстрого усвоения перед тренировкой и подавления катаболизма мышц сразу после обычно выбирают сывороточный протеин. Для питания мышц в течение длительных перерывов (например, ночью или в дороге) – хорошо подходит казеин. Вегетарианцы выбирают соевый, гороховый или рисовый протеин. Комплексный протеин обеспечивает равномерное поступление аминокислот в организма в течение долгого времени.
По цене самым демократичным является концентрат, изолят содержит больше белка, но небольшая разница в содержании белка не всегда покрывается существенной разницей в цене. Гидролизат усваивается быстро и легко, но стоит весьма дорого.
Сколько в сутки нужно употреблять белков?
Обычно медицинская норма для среднего человека находится в пределах 0,7-1 г на каждый килограмм собственного веса. Тем, кто занят тяжелым физическим трудом или интенсивными спортивными тренировками, рекомендуют увеличить норму до 1,5-2 г на кг и даже более. Для спортсмена массой 90 кг это составляет 135-180 г белка в сутки. Конечно же, желательно получить это количество из обычной пищи, но, к сожалению, это не всегда возможно. Например, в мясных продуктах содержание белка редко превышает 20 %, а в крупах – 10 %. Орехи содержат больше белка, но они также богаты жирами, поэтому употреблять их в больших количествах не стоит. В бобовых белок менее полноценный, поэтому его требуется больше. Учитывая все это, хорошим выходом становится употребление белковой добавки, дозировку которой рассчитывают, исходя из разницы между требуемым количеством белка и тем количеством которое вы реально можете получить из пищи. Например, спланировав рацион, вы понимаете, что он дает вам 150 г белка, а вам нужно 180 г. Добавив между основными приемами пищи порцию протеинового коктейля, вы легко доберете оставшиеся 30 г.
Те, кто не знает, сколько в сутки употреблять белков, могут воспользоваться простейшей формулой БЖУ 30-20-50. То есть в суточной калорийности доля белков должна составлять не менее 30 %. Если вам приходится урезать суточный калораж, например, при расчете диеты для похудения – старайтесь делать это не за счет белков и жиров, а за счет углеводов. Урезать белки не следует потому, что иначе пострадают ваши мышцы. Для их поддержания требуется определенное количество белка, и если его будет меньше – организм просто сократит мышечную массу до приемлемого (для него) уровня. Ну а потеря мышц обернется физической слабостью, а также плоским костлявым видом фигуры. Если вы этого не хотите – сохраняйте максимальное количество белков в рационе.
Есть ли вред от белка?
Иногда приходится слышать, что белок засоряет организм шлаками, нагружает печень и почки и т.д. Все это не совсем верно. Сам по себе белок – хорошо знакомый для организма тип веществ и нормально переваривается. Необходимо лишь поддерживать разумное количество его в рационе, и если вы употребляете много белка (например, из-за тренировок), то пейте больше воды, чтобы продукты его распада не накапливались, а легко выводились из организма.
Никаких данных о том, что нормальное количество белка как-то особенно вредит внутренним органам не существует. Напротив, есть масса научных исследований, подтверждающих необходимость употребления нормативного количества белка – для сохранения здоровья и роста спортивных показателей.
Биология. 11 класс
§ 4. Структура и свойства белков
Белки *(протеины)* — это полипептиды, в состав молекул которых входит множество остатков аминокислот (до нескольких тысяч). * Белки — нерегулярные биополимеры.* Они различаются количеством аминокислотных звеньев, их составом и последовательностью расположения. При этом каждый белок имеет особый, присущий только ему порядок чередования аминокислот.
Уровни структурной организации белковых молекул. Для того чтобы белок мог выполнять свою биологическую функцию, его молекула должна иметь определенную пространственную конфигурацию. Различают четыре основных уровня организации белковых молекул — первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры (рис. 4.1).
Первичная структура белка — это строго определенная последовательность аминокислотных остатков в линейной полипептидной цепи. Каждый белок обладает уникальной первичной структурой. Ее существование обусловлено наличием прочных пептидных связей между остатками аминокислот. Все последующие, более сложные структуры формируются на основе первичной. Поэтому изменение первичной структуры (например, замена одних аминокислотных остатков на другие) приводит к изменению формы молекулы, свойств и функций белка.
Вторичная структура белка формируется за счет образования многочисленных водородных связей между атомами водорода NH-групп и атомами кислорода CO-групп разных аминокислотных остатков. Несмотря на то что эти связи слабее ковалентных, их количество обеспечивает стабильность вторичной структуры.
Чаще всего водородные связи возникают внутри одной полипептидной цепи между близко расположенными остатками аминокислот, что приводит к закручиванию этой цепи в так называемую α-спираль.
Иногда водородные связи возникают между относительно удаленными друг от друга участками полипептидной цепи (или нескольких разных цепей). *Данные участки могут располагаться параллельно (если полипептидные цепи идут в одном направлении, например, от N-конца к C-концу) либо антипараллельно (если цепи имеют противоположное направление: одна идет от N-конца к С-концу, а соседняя наоборот).* При этом формируется складчатая структура, напоминающая гармошку. Такой тип вторичной структуры получил название β-складчатый слой (см. рис. 4.1).
*α-спиральные и β-структурные участки белковой молекулы могут взаимодействовать друг с другом и между собой, образуя упорядоченные структуры (ансамбли). Например, α-спиральные фрагменты могут объединяться в двойные или тройные спирали. На основе β-участков часто образуются структуры, имеющие вид шпилек, арок, зигзагов и др. Участки, имеющие α- и β- строение, могут формировать ансамбли состава αβ, βαβ, βαβαβ и т. п. Эти пространственные конфигурации представляют собой так называемую сверхвторичную структуру белка.
Ансамбли сверхвторичной структуры являются основой для формирования в молекулах белков доменов. Это структурно и функционально обособленные области, соединенные друг с другом короткими фрагментами полипептидной цепи — шарнирными участками.
Например, молекулы мембранных белков-рецепторов чаще всего состоят из трех доменов. Надмембранный домен обеспечивает прием внешних сигналов, внутримембранный закрепляет белок в мембране, подмембранный осуществляет передачу сигнала внутрь клетки. Другим примером может служить сывороточный альбумин — белок плазмы крови, способный связываться с высшими карбоновыми кислотами, билирубином, некоторыми токсинами и другими соединениями и доставлять их в те или иные органы. Молекула этого белка содержит три домена, каждый из которых отвечает за избирательное связывание с определенными веществами.*
Многие белки способны выполнять свои биологические функции, обладая третичной структурой. Но некоторым белкам для этого необходимо объединение в единый комплекс двух или более молекул, имеющих третичную структуру. Так возникает четвертичная структура белка. Молекулы, входящие в ее состав *(их называют субъединицами или протомерами)*, могут быть одинаковыми или разными. Они удерживаются вместе благодаря различным видам нековалентных связей — водородным, ионным, гидрофобным взаимодействиям и др. В некоторых белках, например иммуноглобулинах, к множеству таких связей добавляются несколько ковалентных дисульфидных. Примером белка, имеющего четвертичную структуру, может служить гемоглобин (рис. 4.3).