§ 6 Структура та біологічні функції білків

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Як ви вважаєте, чи можна повністю замістити звичайну білкову їжу на «протеїни» харчових добавок?

Повністю замістити звичайну білкову їжу на харчові добавки неможливо, оскільки натуральні продукти містять складний комплекс вітамінів, мінералів, жирів та клітковини, які необхідні для правильного засвоєння поживних речовин і здорового функціонування травної системи.

ВІДКРИТИЙ МІКРОФОН

Як ви вважаєте, чому більшість гетеротрофних організмів утратили або ж і не мали здатності утворювати всі необхідні їм 20 амінокислот для побудови білків?

Гетеротрофні організми втратили здатність синтезувати всі амінокислоти в ході еволюції через енергетичну доцільність, оскільки отримання готових органічних сполук із їжею дозволяє економити ресурси організму на підтримання складних метаболічних шляхів синтезу.

Чи може бути дитина людини веганом?

Дитина може бути веганом за умови професійно розробленого раціону, що компенсує дефіцит вітаміну B12 та незамінних амінокислот, проте для організму, що розвивається, найбільш безпечним і повноцінним джерелом будівельного матеріалу є білки тваринного походження.

РОБОТА В ПАРІ

1. Вам знадобляться: дріт мідний або стальний діаметром 0,5 мм завдовжки приблизно 50 см; різноколірні намистини. Кожна намистина — це мономер (амінокислота). Різні кольори позначають різні амінокислоти.

Для виконання завдання взято мідний дріт завдовжки 50 см та набір різноколірних намистин, де кожна намистина виконує роль окремого мономеру — амінокислоти.

2. Оберіть довільну кількість типів амінокислот (кольорів) та створіть певну послідовність, нанизуючи їх на дріт. Загніть кінці дроту, щоб зафіксувати намистини.

Для моделювання обрано чотири типи амінокислот (червоні, сині, жовті та зелені намистини) і створено наступну послідовність: червона — синя — жовта — синя — зелена — червона — зелена — жовта; після нанизування кінці дроту загнуто для фіксації моделі первинної структури білка.

3. Перетворіть окремі ділянки на α-спіралі (намотавши дріт на олівець) та/чи β-складчасті шари. Укладіть отриманий ланцюг у просторі у вигляді глобули (див. мал. поруч).

В результаті моделювання окремі ділянки дроту сформували вторинні структури (α-спіралі та β-складчасті шари), які при подальшому компактному укладанні утворили тривимірну форму — глобулу, що відповідає третинному рівню організації білкової молекули.

4. У рядку пошуку в браузері напишіть “amylase pdb”. Перейдіть за першим покликанням. Під зображенням моделі білка амілази натисніть “Structure”, а далі — на 3D-модель та, утримуючи ліву клавішу миші, прокрутіть її. Зазначте наявність α-спіралей та β-складчастих шарів у структурі амілази.

Молекула амілази має складну просторову організацію, у якій чітко візуалізуються численні α-спіралі (зображені у вигляді спіральних стрічок) та β-складчасті шари (зображені у вигляді плоских паралельних стрілок), що разом формують активний центр ферменту.

ПОДІЛІТЬСЯ СВОЇМИ ДУМКАМИ

Чим різняться властивості неденатурованих та денатурованих білків?

Неденатуровані білки мають збережену природну просторову структуру та здатні виконувати специфічні біологічні функції, тоді як денатуровані білки втрачають свою природну конфігурацію (вторинну, третинну та четвертинну структури) і стають біологічно неактивними. Також денатуровані білки часто втрачають розчинність і змінюють свої фізико-хімічні властивості.

У якому стані білки швидше перетравлюються та засвоюються?

Білки швидше перетравлюються та засвоюються у денатурованому стані, оскільки під час денатурації білкова молекула розгортається, що забезпечує легший доступ травних ферментів до пептидних зв’язків для їх розщеплення.

Чому дія розчинників для лаків на структуру нігтів небезпечна?

Дія розчинників для лаків є небезпечною, оскільки вони спричиняють денатурацію кератину — основного структурного білка нігтьової пластини. Це призводить до руйнування слабких зв’язків, які підтримують структуру білка, внаслідок чого нігті втрачають міцність, стають ламкими та розшаровуються.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які два пептиди (фрагменти білків) різняться лише за послідовністю амінокислот?

Лише за послідовністю амінокислот різняться пептиди під літерою В, оскільки вони мають однаковий кількісний та якісний склад амінокислот (колір та кількість кульок), але розташовані вони в різному порядку.

2. У природі існують мільярди різних білків. Скільки можна створити різних послідовностей амінокислот, якщо ланцюжок із 10 амінокислот складатиметься всього з 5 амінокислот? Ґрунтуючись на розрахунках, поясніть, чим обумовлена різноманітність білків.

Дано:

• $n = 5$ (кількість видів амінокислот)
• $k = 10$ (довжина ланцюжка)

Знайти:

• $N - ?$ (кількість можливих послідовностей)

Розв’язання:

Кількість можливих варіантів послідовностей обчислюється за формулою розміщення з повтореннями:

$N = n^k$

$N = 5^{10} = 9{,}765{,}625$

Відповідь: можна створити 9 765 625 різних послідовностей.

Різноманітність білків обумовлена комбінаторикою: зміна положення хоча б однієї амінокислоти в ланцюжку або зміна довжини самого ланцюжка призводить до появи нового білка з іншими властивостями. Оскільки у природі використовується 20 видів амінокислот, а довжина білків може сягати сотень і тисяч ланок, кількість можливих варіантів є практично нескінченною.

3. Спрогнозуйте наслідки нестачі білків та незамінних амінокислот для організму тварин або людини. Які функції організму будуть порушені? За якими зовнішніми ознаками можна розпізнати білкову недостатність?

Нестача білків призводить до порушення всіх життєво важливих функцій: будівельної (уповільнення росту), каталітичної (порушення травлення через дефіцит ферментів), захисної (зниження імунітету), транспортної (анемія через нестачу гемоглобіну) та регуляторної (гормональні збої). Зовнішніми ознаками білкової недостатності є м’язова атрофія, набряки, ламкість нігтів, випадіння та втрата пігментації волосся, а також тривале загоєння ран.

4. Як ви вважаєте, чому живі організми образно називають «формою існування білкових тіл»?

Живі організми називають «формою існування білкових тіл», тому що білки є основною структурною і функціональною одиницею життя. Всі ключові прояви живого — обмін речовин, здатність до руху, подразливість та самовідтворення — забезпечуються роботою білкових молекул, а припинення функціонування білків (денатурація) означає смерть організму.

5. На світлині показано дві пробірки, що містять прозорі розчини. Крізь них пропускають лазерні промені. У якій пробірці (ліворуч чи праворуч) міститься розчин білка? Запропонуйте пояснення, чому один розчин розсіює світло, а інший — ні.

Розчин білка міститься у пробірці праворуч, оскільки в ній чітко видно хід світлового променя (ефект Тіндаля). Це пояснюється тим, що розчини білків є колоїдними розчинами, де розмір молекул білка достатньо великий, щоб розсіювати світло. У лівій пробірці міститься істинний розчин, частинки якого занадто малі для розсіювання лазерного променя.