Биологическая химия - [5]

Каталитическая функция. В организме протекает множество самых различных химических реакций с очень высокими скоростями, которые невозможно воспроизвести в органической химии. Это обеспечивается за счет ферментов — катализаторов белковой природы, каждый из которых с высокой степенью специфичности ускоряет химическую реакцию, протекающую в организме.

Структурная функция. Анализ человеческого тела показывает, что белок составляет значительную часть организма (табл. 1).

Таблица 1. Состав человеческого тела

 

По данным таблицы видно, что из всех органических веществ, входящих в состав тела человека, большая часть (20%) приходится — на белок. Белок входит в состав различных органов и тканей, участвует в построении оболочек клеток, составляет основную часть волос, ногтей и т. д. )

Содержание белка в коже составляет 27%, в скелете — 20%, в мышцах — 22%, в жировой ткани — 6%, в печени — 22%, в мозге — 11%.

Энергетическая функция. При распаде белков в организме выделяется значительное количество энергии, которая обеспечивает другие химические процессы, текущие с ее потреблением. При сгорании 1 г белка выделяется 4,1 ккал.

Транспортная функция. Для жизнедеятельности организма необходимо постоянное обеспечение его питательными веществами, которые переносятся по крови соединениями белковой природы. Так, снабжение клеток кислородом и удаление углекислого газа осуществляется сложным белком — гемоглобином; транспорт жирорастворимых веществ (жиров, липоидов, витаминов групп A, D, Е, К и т. д.) обеспечивается липопротеидами — сложными веществами, наружная оболочка которых представлена белками, и т. д.

Функция передачи наследственности. В основе процессов передачи наследственности, в "воспроизводстве себе подобных" лежат сложные белки — нуклеопротеиды, составными частями которых являются нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК. ДНК является носителем наследственности, а РНК обеспечивает считывание этой информации и построение белка на этой основе.

Защитная функция. В ходе эволюции животный организм

выработал различные защитные механизмы против неблагоприятных факторов внешней и внутренней среды. Так, кожа предохраняет организм от воздействия резких колебаний температуры, солнечной радиации и т. д. На действие болезнетворных микробов организм отвечает выработкой антител, которые способствуют торможению вредного действия микроорганизмов и их разрушению. Основу этих защитных веществ составляют белки. В составе кожи обнаружен белок кератин, основу антител составляют γ-глобулины и т. д.

Эти основные функции белков достаточно четко характеризуют их значение для организма.

Элементарный состав белков

При химическом анализе белков были определены важнейшие элементы, входящие в их состав, и их количественные соотношения.

Элементарный состав белков в процентах будет следующим: углерод — 50-54,4%, водород — 6,5-7,3%, кислород — 21,5-23,5%, азот — 15- 17%, сера — 0,3-2,5%.

В составе белков обнаружены также фосфор, йод, железо и другие минеральные вещества.

Как было установлено, наибольшим постоянством в составе белка отличается азот, количество которого составляет в среднем 16%, поэтому было предложено определить содержание белка по количеству входящего в него азота по следующей формуле:

Кол-во азота×6,25 г = кол-во белка в %, где 6,25 г белка соответствует 1 г азота.

При изучении химической структуры белка было установлено, что основной его структурной единицей — мономером — является аминокислота. Таким образом, белки определяются как высокомолекулярные органические, N-содержащие вещества, состоящие в основном из аминокислот и находящиеся в клетках в коллоидном состоянии.

Свойства белков

Молекулярный вес белков

Определение молекулярного веса белков проводилось различными методами (криоскопическим, осмометрическим и др.). Наиболее точным оказался предложенный Т. Сведбергом метод седиментации, который проводится в ультрацентрифуге с ускорением до 900 000 g. Он основан на различной скорости оседания белков, в зависимости от их молекулярного веса: белки с высоким молекулярным весом оседают при меньшей скорости вращения центрифуги, а белки с малым весом — при высоких скоростях. По определенной формуле рассчитывают молекулярный вес. Изучение различных белков показало, что все они являются высокомолекулярными соединениями.

Приведем молекулярный вес следующих белков: инсулина — 5700 (11 500), рибонуклеазы — 12 700, миоглобина 4 — 17 000, гемоглобина — 65 000, каталазы — 250 000, уреазы 4-480 000, гемоцианина — 5 000 000 — 6 000 000.

Белки-коллоиды

Белки вследствие своего высокого молекулярного веса обладают свойствами коллоидов.

Как известно, все растворы в зависимости от величины растворенных частиц подразделяются на истинные и коллоидные. К истинным относятся такие растворы, величина частиц которых меньше 1 ммк (10^-7 см); величина частиц коллоидных растворов составляет от 1 мк до 1 ммк (10^-4-10^-7 см). Для отличия истинных от коллоидных растворов пользуются в основном двумя методами — изучением "эффекта Тиндаля" и диализом.

Рис. 9. 'эффект Тиндаля'. Сосуд, ближайший к свету, содержит концентрированный раствор сахара. Второй сосуд содержит коллоидную дисперсию. Пучок света виден во втором сосуде, но проходит через первый сосуд нерассеянным