Тематические статьи

Белки — первые, они же белые

Белки — первые, они же белые

Белки у нас все чаще называют их международным (английским) названием — протеины, и в этом есть смысл. «Протос» по-гречески — «первый». И хотя белки не первые вещества живых организмов, описанные учеными, у этих немыслимо разнообразных молекул бесспорное первенство в количестве выполняемых задач.
Наши ученые обычно называют эти вещества по-старому — белки. Их представитель, яичный белок, давший в русском и в немецком языках имя всему классу, так же, как белки молока и крови, был впервые обнаружен даже не людьми, а их неведомыми предками. (Яйцами питаются и многие современные обезьяны.) Белки пищи помогали выживать, наращивать мышцы и вершить великие дела. В X-XI веках в средневековой Европе крестьяне научились разводить растения из семейства бобовых, и тогда же началось строительство крупнейших соборов и замков, а также крестовые походы. Однако потребители белков научных статей не писали и в историю химии не попали. История этого класса веществ начинается совсем с другого.
В 1728 году Джакопо Беккари, профессор медицины и химии в Болонском университете, промывая муку, обратил внимание на клейкое вещество, которое и стало первым выделенным и описанным в специальной литературе белком. По-русски оно называется клейковиной. Теперь школьники на уроках размазывают жидкое тесто и убеждаются, что в зернах действительно есть белки, тогда же, видимо, автор не решился сразу публиковать работу, и она увидела свет только в 1745 году. Не появилось и легенды о том, как Беккаривлип в тесто и, отдирая его от праздничного камзола, подумал об открытии нового вещества.



Белки находили также в молоке, крови, других жидкостях организма. «Белковые жидкости», то есть растворы белков, попали в «Энциклопедию» Дидро и Д'Аламбера. Антуан Фуркруа, один из создателей химической номенклатуры, в конце восемнадцатого века определил главным их признаком то, что они сворачиваются при нагревании. Установили, кроме того, что белки клейки, эластичны, вязки, а при сухой перегонке дают щелочную реакцию и аммиачную вонь. Это было время, полное блестящих открытий элементов и разнообразных соединений. Химия только входила в пору расцвета, а уже были обнаружены объекты, до сих пор не познанные, уводящие в те сокровенные закоулки, где тайны жизни смыкаются с тайнами неживой природы.
Несмотря на все это, к белкам еще долго относились свысока, как к занятным, сложным, но вполне доступным для науки того времени органическим веществам. Пытались определить их точный химический состав, вывести формулу известных белков. Геррит Ян Мульдер решил, что основу любого белка составляет какое-то количество радикалов (постоянных по составу групп атомов кислорода, водорода, углерода и азота), а кроме них — атомы серы и фосфора. Эти радикалы он и назвал протеинами. Увы, стоило провести измерения точнее, и оказалось, что это ошибка. Кстати, уже в начале девятнадцатого века можно было угадать одну функцию белков: в 1814 году академик Петербургской АН Константин Сигизмундович Кирхгоф выделил из солода клейкий препарат, который превращал крахмал в сахар и декстрин. Тем самым он открыл ферменты и ферментативный катализ, но никто этого не понял.



В конце XIX века Менделеев в статье для словаря Брокгауза и Ефрона писал о белках: «Они, составляя вместе с водой принадлежность жизнедеятельности, отличаются великою изменяемостью своих свойств, непрочностью и легкою способностью ко множеству химических превращений они не поддаются тем приемам, которыми удалось овладеть громадною массою других углеродистых и углеродисто-азотистых веществ». Ведущие химики уже хорошо понимали, что белки — вещества неимоверно сложные и деликатные, обычными химическими методами их не познаешь, хотя примерно в то время были предприняты первые попытки их синтезировать.
И все же химики проделали важнейшие шаги в изучении белков. Эмиль Фишер в конце девятнадцатого века наконец догадался, что это линейные полимеры — цепочки, собранные из аминокислот. Эти ниточки сложным образом скручены в клубки, а иногда сшиты между собой дополнительными связями. Позже и физики приложили руки к замысловатым молекулам: полвека спустя рентгеноструктурный анализ показал скульптуры мертвых, кристаллизованных белков, а еще немного погодя — ядерно-магнитный резонанс дал изображения живых белков, плавающих в растворе.
В середине XX века белки вместе с нуклеиновыми кислотами оказались в центре того нагромождения научных дисциплин, которые Фрэнсис Крик для простоты назвал молекулярной биологией. Молекулярные биологи узнали, что последовательность аминокислот задается генетически и, в свою очередь, сама определяет сложную трехмерную структуру белка. Сейчас они даже проводят соревнования: кто лучше отгадает трехмерную структуру по последовательности аминокислот. А белковые инженеры уже думают над тем, как изменить или разработать заново последовательность аминокислот в белке, чтобы молекула выполняла заданные ей функции.
Трудно сосчитать Нобелевские премии, полученные за изучение белков или процессов, в которых белки принимают непосредственное участие. В последние годы стало модно говорить о протеоме — совокупности всех белков организма. Действительно, если все работы в организме выполняются белками, познав их, можно познать и регулировать большинство функций организма.
Белки выполняют множество дел. Они укрывают тела животных кожаной одеждой, шубой и опереньем, вооружают рогами и копытами; заставляя сокращаться мышцы, двигают конечности, подвешивают и скрепляют внутренности, сжимают сосуды, бронхи и другие трубки тела, связывают кости в скелет, переваривают пищу, превращают вещества и переносят их через мембраны клеток, разносят по жидким средам организма то, что без них не растворилось бы, принимают сигналы, помогают клеткам узнавать друг друга, латают дыры в кровеносных сосудах, убивают, будучи ядами, и обезвреживают чужие яды, участвуют в генерации нервных импульсов, восприятии, памяти, мышлении.И это еще далеко не все.



Молекула белка рождается в цитоплазме клетки или на цистернах транспортно-накопительной системы. Специальные белки шапероны, как повитухи, обихаживают новорожденного: укладывают растущую цепочку в ажурную конструкцию. Затем, если нужно, белок еще достраивают: навешивают на него молекулы сахара, цепочки сшивают вместе. Бывает, что белки состоят из нескольких отдельных клубочков — субъединиц, а бывает, что несколько цепочек соединены химическими связями. Нередко в молекуле белка есть несколько «сгущений» — доменов. Ферменты присоединяют к себе дополнительные группы атомов, нужные для сложной работы по катализу. Часто к ним обратимо присоединяются фосфатные группы, регулируя активность.
Белки видоспецифичны, а иногда и особеспецифичны. Молекулы глюкозы или этилового спирта в любом организме одинаковы. Другое дело — белки. Ни одно существо не возьмет чужой белок и не начнет им пользоваться, не переделав. Оно сначала разберет его на детали — аминокислоты, а уж потом соберет из них что-то по своему индивидуальному проекту.
Родившись и получив дополнительные навески, белки спешат на работу. Они плавают в цитоплазме или проникают в ядро, встраиваются в мембрану или только прилипают к ней с одной стороны, образуют вместе с другими молекулами органеллы или работают поодиночке, собираются в видимые глазом агрегаты или остаются крошечными частицами огромного организма, попадают в кровь или в просвет кишечника, покидают организм или остаются в нем до самой смерти — в общем, принимают различные виды и вычерчивают в пространстве жизни сложные траектории. Белки живут: меняется форма их молекул, подплывают и уплывают субстраты и прочие малые молекулы.
При работе белки рано или поздно портятся. К ним присоединяются ненужные молекулы (глюкоза, альдегиды и прочие), они распадаются и разворачиваются. Сломанный белок клетка помещает в мусорный контейнер — лизосому и утилизирует — разбирает на запчасти. А потом все начинается заново.
И если вдуматься, что наша жизнь? Всего лишь появление нужного белка в нужном месте.


По материалам журнала «Химия и жизнь XXI век» № 1 за 2004 год

• 
  Таксол — молекула надежды

• 
  Мясо белки жареное

• 
  Мясо белки

• 
  Углеводы — слагаемые нашей пищи

• 
  Вегетарианство и сыроедение

• 
  Зерно киноа

• 
  Сыворотка молочная сладкая в порошке

• 
  Сыворотка молочная сладкая

• 
  Сыворотка молочная кислая в порошке

• 
  Сыворотка молочная кислая

• 
  Орех кедровый

• 
  Орех буковый

• 
  Калории и калорийность продуктов

• 
  Железо

• 
  Аминокислоты. Роль и лекарственный потенциал

• 
  Почему желудок сам себя не переваривает?

• 
  Медь

• 
  И сахара бывают горькими

• 
  Витамин В6 (пиридоксин)

• 
  Лечебные растения в жизни человека