Функції білків в організмі людини
Білкові молекули можуть бути дуже різноманітними. А різноманітність молекул, своєю чергою, визначає різноманіття їх функцій.
Найбільш добре відома функція білків в організмі -каталіз різних хімічних реакцій. Ферменти - це білки, що мають специфічні каталітичні властивості, тобто кожен фермент каталізує одну або кілька подібних реакцій. Ферменти каталізують реакції розщеплення складних молекул (катаболізм) та їх синтезу (анаболізм), у тому числі реплікацію та репарацію ДНК та матричний синтез РНК. До 2013 року було описано понад 5000 тисяч ферментів. Прискорення реакції в результаті ферментативного каталізу може бути величезним: наприклад, реакція, що каталізується ферментом оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазою, протікає в 1017 разів швидше некаталізується (період напівреакції декарбоксилювання оротової кислоти становить 78 мільйонів років без ферменту і 18 мл). Молекули, які приєднуються до ферменту та змінюються внаслідок реакції, називаються субстратами.
Хоча ферменти зазвичай складаються із сотень амінокислотних залишків, лише невелика частина з них взаємодіє з субстратом, і ще менша кількість — у середньому 3—4 амінокислотні залишки, які часто розташовані далеко один від одного в первинній структурі — беруть участь безпосередньо в каталізі. Частина молекули ферменту, що забезпечує зв'язування субстрату та каталіз, називається активним центром.
Структурні білки цитоскелета, як свого роду арматура, надають форму клітинам і багатьом органоїдам і беруть участь у зміні форми клітин. Більшість структурних білків є філаментозними: наприклад, мономери актину і тубуліна - це глобулярні, розчинні білки, але після полімеризації вони формують довгі нитки, з яких складаєтьсяцитоскелет, що дозволяє клітині підтримувати форму. Колаген та еластин – основні компоненти міжклітинної речовини сполучної тканини (наприклад, хряща), а з іншого структурного білка кератину складаються волосся, нігті, пір'я птахів та деякі раковини.
Існує кілька видівзахисних функцій білків:
1. Фізичний захист. Фізичну захист організму забезпечують колаген - білок, що утворює основу міжклітинної речовини сполучних тканин (у тому числі кісток, хряща, сухожиль та глибоких шарів шкіри (дерми)); кератин, що становить основу рогових щитків, волосся, пір'я, рогів та ін. похідних епідермісу. Зазвичай, такі білки розглядають як білки зі структурною функцією. Прикладами білків цієї групи є фібриногени і тромбіни, що беруть участь у згортанні крові.
2. Хімічний захист. Зв'язування токсинів білковими молекулами може забезпечувати їхню детоксикацію. Особливо важливу роль у детоксикації у людини відіграють ферменти печінки, що розщеплюють отрути або переводять їх у розчинну форму, що сприяє їх швидкому виведенню з організму.
3. Імунний захист. Білки, що входять до складу даху та інших біологічних рідин, беруть участь у захисній відповіді організму як на пошкодження, так і на атаку патогенів. Білки системи комплементу та антитіла (імуноглобуліни) відносяться до білків другої групи; вони нейтралізують бактерії, віруси чи чужорідні білки. Антитіла, що входять до складу даптативної імунної системи, приєднуються до чужорідних для даного організму речовин, антигенів, і тим самим нейтралізують їх, спрямовуючи до місць знищення. Антитіла можуть секретуватися в міжклітинний простір або закріплюватися в мембранах спеціалізованих В-лімфоцитів, які називаються плазмоцитами.
Розчинні білки, що беруть участь утранспорті малих молекул повинні мати високу спорідненість (афінність) до субстрату, коли він присутній у високій концентрації, і легко його вивільняти в місцях низької концентрації субстрату. Прикладом транспортних білків можна назвати гемоглобін, який переносить кисень з легких до інших тканин і вуглекислий газ від тканин до легень, а також гомологічні білки, знайдені у всіх царствах живих організмів.
Деякі мембранні білки беруть участь у транспорті малих молекул через мембрану клітини, змінюючи її проникність. Ліпідний компонент мембрани водонепроникний (гідрофобен), що запобігає дифузії полярних або заряджених (іони) молекул. Мембранні транспортні білки прийнято поділяти на білки-канали та білки-переносники. Білки-канали містять внутрішні заповнені водою пори, які дозволяють іонам (через іонні канали) або молекул води (через білки-аквапорини) переміщатися через мембрану. Багато іонних каналів спеціалізуються на транспорті тільки одного іона; так, калієві та натрієві канали часто розрізняють ці подібні іони і пропускають лише один із них. Білки-переносники пов'язують, подібно до ферментів, кожну переносну молекулу або іон і, на відміну від каналів, можуть здійснювати активний транспорт з використанням енергії АТФ. «Електростанція клітини» - АТФ-синтазу, яка здійснює синтез АТФ за рахунок протонного градієнта, також може бути віднесена до мембранних транспортних білків.
Сигнальна функція білків — здатність білків служити сигнальними речовинами, передаючи сигнали між клітинами, тканинами, органами та організмами. Часто сигнальну функцію поєднують з регуляторною, оскільки багато внутрішньоклітинні регуляторні білки теж здійснюють передачу сигналів.
Сигнальну функцію виконують білки-гормони, цитокіни, фактори росту та ін.
Гормони переносяться кров'ю. Більшість гормонів тварин – це білки чи пептиди. Зв'язування гормону з його рецептором є сигналом, що запускає реакцію у відповідь клітини. Гормони регулюють концентрації речовин у крові та клітинах, ріст, розмноження та інші процеси. Прикладом таких білків є інсулін, який регулює концентрацію глюкози в крові.
Клітини взаємодіють один з одним за допомогою сигнальних білків, що передаються через міжклітинну речовину. До таких білків відносяться, наприклад, цитокіни та фактори росту.
Цитокіни - пептидні сигнальні молекули. Вони регулюють взаємодії між клітинами, визначають їхню виживання, стимулюють або пригнічують ріст, диференціювання, функціональну активність і апоптоз, забезпечують узгодженість дій імунної, ендокринної та нервової систем. Прикладом цитокінів може бути фактор некрозу пухлини, який передає сигнали запалення між клітинами організму.