Рецепторна функція мембрани пов'язана із. Рецепторні функції білка. Основні системи внутрішньоклітинної передачі гормонального сигналу

Рецепторну функцію клітини забезпечують рецептори, які реалізують реакції у відповідь певними способами.

Спосіб впливу пов'язаний із перенесенням інформації, що виникає при приєднанні речовин, що надходять ззовні з рецепторними комплексами мембрани всередину клітини.

Іонотропні рецепторні комплекси формують складні молекулярні чи надмолекулярні сполуки, у складі яких є іонні канали. При поєднанні з біологічно активною речовиною відбувається відкриття чи відкриття іонних каналів. Швидкість порушення клітини висока. Іонотропні рецептори розташовані переважно в області синапсів та беруть участь у передачі збуджуючих та гальмівних впливів.

Метаботропні рецепторні комплекси пов'язані з інтегральними білками-посередниками, які передають інформацію на внутрішню поверхню. Насамперед це G-білки та тирозинкінази мембрани. Білки-посередники збуджують ферменти внутрішньої поверхні клітинної мембрани, а ті, своєю чергою, синтезують другі посередники - низькомолекулярні речовини, що запускають біологічні реакції клітини. Ці рецептори іноді називають повільними. Через подібні механізми діє більшість гормонів та медіаторів, які погано проникають у клітину.

Рецептори, що регулюють надходження молекул у клітини, наприклад, ліпідів у складі ліпопротеїнів низької щільності. Ця група рецепторів здатна змінювати проникність біологічних мембранвпливаючи таким чином на хімічний склад усередині клітини.

Адгезивні рецептори (родини інтегринів, кадгеринів, імуноглобулінів, селектинів та ін) пов'язують сусідні клітини або клітину зі структурами міжклітинного середовища, наприклад з базальною мембраною. Можливість адгезивних взаємодій має істотне значення у життєдіяльності клітини та всього організму в цілому. Втрата здатності клітини до адгезії супроводжується її неконтрольованою міграцією (метастазуванням) та порушенням диференціювання. Патологічні порушення функції адгезивних рецепторів притаманні злоякісних пухлинних клітин.

Власне процес рецепції відбувається за допомогою спеціальних глікопротеїнів – рецепторів. Вони розташовуються у надмембранному шарі – глікокаліксі клітини.

Рецептори забезпечують сприйняття специфічних подразників: гормонів, біологічно активних речовин, мембран сусідніх клітин, адгезивних молекул міжклітинної речовини та ін. Рецептори це високоспеціалізовані структури клітини. Вони можуть бути високоспецифічними (високоафінними) або менш специфічними (низькоафінними). Ступінь специфічності визначає ступінь чутливості клітини. Найбільш високоафінними є рецептори до гормонів.

Рецепторні комплекси характерні також для внутрішнього шару мембрани. Вони знаходяться на мембранних та немембранних органелах, внутрішньому та зовнішньому листку каріолеми тощо.

У відповідь на дію сигналу (з'єднання рецептора з речовиною-регулятором) виникає ланцюг біохімічних реакцій, що призводять до формування біологічних відповідей - збудження або гальмування клітини. Рецептори до поліпептидів, похідних амінокислот, антигенних комплексів, глікопротеїнів та ін. знаходяться на мембрані клітини. Деякі рецептори мають зв'язок з білками, що забезпечують утворення других посередників, а також з білками іонних каналів. Такі рецепторні системи називаються метаботропними.

Порушення у метаботропних рецепторах, викликане сигналом, може передаватися вглиб клітини декількома способами. В одному випадку взаємодія рецептора з сигнальною молекулою змінює стереологічну конфігурацію рецептора, що змінює структуру так званого G-білка, а той, своєю чергою, активує утворення сигнальних молекул цитоплазми (других посередників).

Є Gs-білки, що активують аденілатциклазу з утворенням цАМФ, Gi-білки, що інгібують аденілатциклазу, Gp-білки, що активують фосфоліпази С і підвищують вміст іонів кальцію в цитозолі. Існують також Gt-білки, що активують фосфодіестеразу циклічного гуанозинмонофосфату (цГМФ) та знижують вміст цГМФ, що веде до гальмування (гіперполяризації мембрани) клітини. Циклічна АМФ (цАМФ) активує протеїнкінази та прискорює біохімічні реакції у клітині.

У другому випадку рецептор пов'язаний з тирозинкіназами, які активують Ras-G-білок та запускають Ras-каскад. Внаслідок цього процесу утворюється інозитол-1,4,5-трифосфат, діацилгліцерол. Це викликає ланцюг каталітичних реакцій, зокрема транскрипцію.

Рецептори можуть бути пов'язані з іонними каналами, змінювати їх проникність, викликати деполяризацію мембрани, проникнення в клітину іонів кальцію і т.д. Вони приєднуються до білків ефекторного пристрою - іонних каналів. Фермент інактивації розриває зв'язок рецептора із сигнальною молекулою медіатора чи інших сигнальних речовин.

Поряд із сигнальними функціями частина рецепторів відіграє важливу роль в адгезії та агрегації - прилипання клітин до себе подібним та/або міжклітинним структурам. «Впізнавання» рецептором глікоколіксу споріднених клітин супроводжується одночасною агрегацією. Важливо, що такі рецептори мають індивідуальну, органну та тканинну специфічність. Прикладом можуть бути селектини, інтегрини і кадгерини. Вони надають клітинам антигенні властивостіі дозволяють їм «пізнавати» один одного.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Будь-які клітини мають мембранні білки-рецептори. Це трансмембранні білки, що перетинають ліпідний бислой один або кілька разів. До складу багатьох з них входять олігосахариди (такі рецептори правильніше називати глікопротеїдами). Такі білки є не тільки на зовнішній мембрані, але і на багатьох внутрішньоклітинних мембранах. Наприклад, ріанодинові рецептори та рецептори інозитолтрифосфату є на мембрані ендоплазматичного ретикулуму. Мембранні рецептори пов'язують сигнальну речовину (ліганд) і змінюють свою конформацію. Частина одночасно є іонними каналами; при зв'язуванні ліганду канал може відкриватися чи закриватися. Такі білки називаються іонотропними рецепторами. Інші рецептори при зв'язуванні ліганду запускають якусь хімічну реакцію на внутрішній стороні мембрани (так що вони одночасно є ферментами або регуляторними білками); такі білки називаються метаботропними рецепторами. Два головні типи метаботропних рецепторів - це рецептори, пов'язані з G-білками, та рецептори з протеїнкіназною активністю. Рецептори, пов'язані з G-білками – це семіспіральні (сім разів перетинають мембрану у вигляді альфа-спіралей) білки. Розглянемо механізм їхньої дії на прикладі бета-2 адренорецепторів. Це - один з типів адренорецепторів, чутливий переважно до андреналіну (норадреналін діє на них меншою мірою). Виявлена ​​за допомогою рентгеноструктурного аналізу структура β2-адренорецептора, пов'язаного з одним із штучних лігандів. При дії адреналіну на ці рецептори гладкі м'язи бронхів і кровоносних судин скелетних м'язів розслаблюються, а в клітинах печінки посилюється розпад глікогену (глікогеноліз), і глюкоза, що утворюється, виходить у кров. З цим типом рецепторів пов'язаний Gs-білок. Цей білок, як і інші G-білки, складається з трьох субодиниць (поліпептидних ланцюгів) - α,β, і γ. Він "прироблений" до внутрішньої сторони мембрани за допомогою двох хвостів жирних кислот і вільно пересувається в площині мембрани. З α-субодиницею неактивного Gs-білка пов'язана молекула ГДФ. Коли на бета-2 рецептор діє адреналін, рецептор активується (змінює свою конформацію) та активує Gs-білок. В результаті α-субодиниця відокремлюється від βγ-субодиниці та обмінює молекулу ГДФ на молекулу ГТФ. Така активна α-субодиниця з'єднується з трансмембранним білком-ферментом аденілатциклазою, активуючи його.

Активація Gs-білка та аденілатциклази

Цей фермент здійснює синтез циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ) із АТФ. ЦАМФ - один із універсальних вторинних посередників, що використовуються для передачі сигналу в клітинах. У даному випадкуцАМФ активує одну з протеїнкіназ - протеїнкіназу А (РКА). Цей фермент складається з чотирьох субодиниць - двох регуляторних та двох каталітичних. При зв'язуванні чотирьох молекул цАМФ регуляторні субодиниці відокремлюються від каталітичних, які активуються. У клітинах печінки РКА фосфорилює іншу протеїнкіназу – кіназу фосфорилази. Кіназа фосфорилази, своєю чергою, фосфорилює фосфорилазу глікогену. Під дією фосфорилази відбувається фосфороліз глікогену. В результаті утворюється глюкоза, яка через білки-переносники виходить з клітин печінки в кров і споживається органами, що активно працюють при стресі - в першу чергу скелетними м'язами.

Механізм активації та інактивації протеїнкінази А (РКА). PDE – фосфодіестераза.

Навіщо потрібна така складна і багатоступінчаста система передачі сигналу? По-перше, на перших етапах сигнал передається з зовнішньої сторонимембрани (на яку діє гормон) на внутрішню, де відбувається синтез цАМФ. Добре розчинна, гідрофільна молекула цАМФ швидко дифундує по всій клітині та передає сигнал у всі її ділянки. По-друге, кожному етапі сигналізацію можна регулювати. Але головне значення багатоступінчастої передачі - у цьому, що у більшості етапів відбувається посилення сигналу. Так, за час активності рецептора він може активувати множину молекул G-білка. Кожен Gs-білок активує одну молекулу аденілатциклази, але аденілатциклаза синтезує тисячі молекул цАМФ. 4 молекули цАМФ активують всього дві каталітичні субодиниці РКА, але ті можуть фосфорилювати безліч молекул кінази фосфорилази, і т.п. В результаті такої системи багаторазового посилення під дією однієї молекули адреналіну у клітині печінки утворюється близько 10.000.000 молекул глюкози. Коли стрес минув, рівень секреції адреналіну знижується. З крові адреналін швидко виводиться через нирки та перестає діяти на рецептори. Після цього инактивируется Gs-білок. G-білки мають ГТФ-азну активність: α-субодиниця розщеплює пов'язану з нею молекулу ГТФ до ГДФ (і фосфату), після чого зв'язується з βγ-субодиницею і переходить у неактивний стан. таким чином, G-білок діє як автоматичний "молекулярний вимикач". Рівень цАМФ у клітині розуміється до вихідного за рахунок того, що цАМФ розщеплює особливий фермент – фосфодіестеразу. В результаті каталітичні субодиниці РКА поєднуються з регуляторними та інактивуються. Інактивацію кінази фосфорилази та фосфорилази глікогену здійснюють ферменти протеінфосфатази, що відщеплюють від цих ферментів фосфатні групи. Так розпад глікогену припиняється.

Одна з умов існування живих організмів – узгоджене перебіг усіх хімічних та фізичних процесів у клітині. У процесі еволюції відбувалися відбір та закріплення тих регуляторних механізмів, які найефективніше забезпечували узгодженість фізико-хімічних процесів у біологічних системах. У багатоклітинних організмів підтримки цілісності організму, координації активності тканин та здійснення гнучкої регуляції фізіологічних функцій клітин у процесі еволюції виробився складний механізм міжклітинних взаємодій, який реалізується з допомогою сигнальних молекул.

Шляхи регулювання функцій клітини: 1. Зміна активності ферментів 2. Зміна компартменталізації речовин. 3. Топодинамічна регуляція. 4. Хімічна модифікація білків. 5. Експресія геному. 6. Активація вторинних посередників.

1. Перший шлях регуляції клітинних функцій обумовлений зміною активності ферментів. 2. Роль компартменталізації (просторового поділу) метаболічних процесів у клітинах еукаріотів дуже велика. Локалізація специфічних метаболічних процесів у цитозолі або клітинних органоїдах полегшує незалежне регулювання цих процесів і дозволяє здійснити найбільш тонку регуляцію метаболізму. Оскільки ферменти та субстрати часто розділені мембраною, зміна її проникності для субстратів, безсумнівно, позначиться під час ферментативних реакцій.

3. У зв'язку з тим, що багато ферментів клітини вбудовані в цитоплазматичні мембрани, існує третій шлях регуляції клітинної активності - так звана топодинамічна регуляція, заснована на динамічній неоднорідності розподілу білків у мембрані, їх здатності утворювати асоціації. Об'єднання ферментів, що каталізують багатоступінчасту послідовність метаболічних реакцій у макромолекулярний комплекс, дозволяє координувати їх роботу та забезпечує переміщення інтермедіатів метаболічним шляхом.

4. Четвертим способом регулювання клітинної активності є хімічна модифікація ферментів та інших білків. Залежно від того, яка хімічна група приєднується до білка, розрізняють ацетилювання (введення залишку оцтової кислоти CH 3 CO-), аденілювання, гідроксилювання, метилювання, фосфорилювання та ін. Приєднання хімічної групи змінює функціональну активність або властивості білка, наприклад, стійкість до протеолізу. Деякі модифікації білка (гідроксилювання, метилювання) зберігаються протягом усього його життя, інші – протягом кількох годин, доби (ацетилювання, аденілювання), хвилин (фосфорилювання). Найбільш добре вивчено фосфорилювання білків, яке є приєднанням до білка фосфатної групи.

Ферменти, відповідальні за приєднання фосфатних груп до білкових молекул називають протеїнкіназами. Джерелом фосфатної групи є ATP. Зворотну реакцію (дефосфорилювання) здійснюють протеїнфосфатази. 5. Як п'ятий спосіб регуляції клітинної активності слід назвати експресію геному. Регуляція кількості білка у клітині здійснюється у вигляді індукції та репресії його синтезу, т. е. внаслідок зміни швидкості транскрипції відповідного гена. У багатоклітинних еукаріотів роль індукторів виконують специфічні регулятори, наприклад тиреоїдні та стероїдні гормони.

6. Шостим способом регулювання активності клітин є система, пов'язана з так званими вторинними посередниками (медіаторами, месенджерами). Внаслідок взаємодії сигнальної молекули з рецептором мембрани всередині клітини виробляються звані вторинні посередники, які запускають каскадний механізм, що призводить у кінцевому підсумку до зміни активності клітини.

Види сигнальних молекул: Невеликі ліпофільні молекули, які дифундують через мембрану та зв'язуються із внутрішньоклітинними рецепторами. Ліпофільні молекули, які взаємодіють із рецепторами клітинної мембрани. Гідрофільні молекули, що взаємодіють з рецепторами клітинної мембрани (гідрофільні гормони, фактори росту, цитокіни, нейротрансмітери).

До першої групи належать стероїдні гормони, що виробляються статевими залозами та корою надниркових залоз. Рецептори стероїдних гормонів мають високу вибірковість до ліганду. Вони представлені великими білками (50-120 к. Так), без гормону розташованими в цитоплазмі або ядрі і включають ряд доменів, які виконують певні функції.

До другої групи сигнальних молекул відносяться похідні арахідонової кислоти - ейкозаноїди (окислені похідні поліненасичених жирних кислот, від грецького слова eikosi - 20). Їх представниками є простагландини, лейкотрієни, простацикліни та тромбоксани. Ейкозаноїди утворюються практично у всіх клітинах, їх біосинтез ініціюється фосфоліпазою А 2. Ейкозаноїди регулюють багато фізіологічних процесів: стимуляцію скорочення гладком'язових клітин, больові та запальні реакції, секрецію шлункового соку, агрегацію тромбоцитів та ін.

Третю групу сигнальних молекул складають гідрофільні гормони, фактори росту, лімфокіни (цитокіни). Гормони виробляються спеціалізованими ендокринними залозами або клітинами, транспортуються до клітин-мішеней за допомогою кровотоку. Іноді фактори росту та цитокіни об'єднують у групу гістогормонів. Спільним їм є таке: виробляються звичайними неэндокринными клітинами; поширюються шляхом дифузії у міжклітинний простір; мають паракринну або аутокринну дію.

Фактори росту є білками, які стимулюють (інгібують) поділ і розвиток певних клітин. Приклади факторів зростання епідермальний фактор росту; фактор зростання нейронів; фактор росту фібробластів (клітини сполучної тканини організму, що синтезують позаклітинний матрикс) та ін. Цитокіни беруть участь у запальних, імунних та інших захисних реакціях організму. У зв'язку з цим вони виробляються клітинами імунної системи. Прикладами цитокінів можуть бути інтерлейкіни та інтерферони.

Системи регулювання клітинної активності, обумовленої вторинними посередниками. Виділяють 4 типи сигналізації дії сигнальних молекул: Ендокринна сигналізація передбачає, що сигнальні молекули, найчастіше гормони, утворюються в клітинах (ендокринні залози), що знаходяться на значній відстані від клітин-мішеней, до яких доставляються, як правило, зі струмом крові.

При паракринному регулюванні сигнальні молекули, що виділяються секреторною клітиною, діють на прилеглі клітини-мішені. Синаптична передача, характерна тільки для нервової системи, у цьому посібнику не розглядатиметься. При аутокринної сигналізації сигнальна молекула, що продукується даною клітиною, впливає на цю ж клітину. Цим шляхом діють багато чинників зростання.

Міжклітинна комунікація за допомогою позаклітинних сигнальних молекул включає кілька основних етапів: 1. Біосинтез сигнальних молекул 2. Секреція сигнальних молекул 3. Транспорт сигнальних молекул до клітин-мішеней 4. Сприйняття сигналу специфічним рецептором. 5. Зміна клітинного метаболізму або експресії генів, що запускається ліганд*-рецепторним комплексом 6. Усунення дії сигнального механізму та припинення клітинної відповіді на сигнал. * - Під лігандом тут розуміється сигнальна молекула.

Клітинний рецептор - молекула на поверхні клітини, клітинних органел або розчинена в цитоплазмі, що специфічно реагує зміною своєї просторової конфігурації на приєднання до неї молекули певної хімічної речовини, що передає зовнішній регуляторний сигнал і, у свою чергу, передає цей сигнал всередину клітини або клітинний орган за допомогою так званих вторинних посередників чи трансмембранних іонних струмів.

Характеристики рецепторів: 1. Селективність 2. Насичуваність 3. Спорідненість до ліганду. 4. Тканинна специфічність 5. Оборотність дії

1. Селективність. Ця властивість ґрунтується на суворій структурній специфічності. Цей ліганд повинен бути або єдиною речовиною, що зв'язується з рецептором, або ефективно конкурувати з іншими за місця зв'язування. 2. Насичуваність. Число місць зв'язування має бути кінцевим 3. Спорідненість до ліганду. Насичення відбувається за фізіологічних концентраціях агоніста. Агент, що переводить рецептор в активний стан, називається агоністом. У неактивний стан рецептор переводить антагоніст.

4. Тканинна специфічність Зв'язування агоніста відбувається у тій тканині, де спостерігається його біологічна дія. 5. Оборотність дії. Блокада зв'язування агоніста з рецептором має призводити до оборотності біологічного ефекту.

Класифікація заснована на механізм передачі позаклітинного сигналу. Відповідно до цього підходу, виділяють 4 типи рецепторів: 1. Рецептори-канали. Зв'язування з лігандом призводить до зміни конформації рецептора, що дозволяє певним іонам проходити через канал. Результатом активації таких рецепторів є зміна мембранного потенціалу чи внутрішньоклітинного рівня вторинного посередника. Приклади: іонні канали та нікотиновий ацетилхоліновий рецептор у нервово-м'язовій сполукі; Са 2+-канали саркоплазматичного ретикулуму.

2. Рецептори, пов'язані з білками. В результаті зв'язування ліганду з рецептором активується G-білок, який стимулює або інгібує ферменти, що виробляють вторинні посередники. Приклади: холінергічні, адренергічні та ін.

3. Каталітичні рецептори, що виявляють ферментативну активність. Цей клас рецепторів включає кілька підтипів: рецептори, що виявляють гуанілатциклазну активність; рецептори, що виявляють фосфатазну активність; рецептори, що виявляють тирозинкіназну активність. До останньої підгрупи належать рецептори інсуліну, багатьох ростових факторів.

4. Рецептори, що не виявляють каталітичної активності, але пов'язані з тирозинкіназою. Зв'язування з лігандом призводить до димеризації мономерних рецепторів, які активують тирозинкіназу. Приклади: рецептори цитокінів, інтерферонів, деяких факторів росту.

Інша класифікація клітинних рецепторів: 1. Механорецептори (розглядаються пізніше) 2. Терморецептори (взагалі не розглядаються) 3. Хеморецептори а) іонотропні б) метаботропні

Хеморецептори: 1. Рецептор-канал (рис. б); 2. Рецептор сполучений з G-білком (рис. а); 3. Рецептор, який проявляє ферментативну активність (рис. гж); 4. Рецептор пов'язаний з тирозинкіназою (але не проявляє ферментативної активності) (рис. в)

1. Будова та механізм дії рецепторів-каналів. Рецептори-канали нікотинові ацетилхолінові рецептори, що знаходяться на постсинаптичній мембрані нервово-м'язової сполуки. Нікотиновий ацетилхоліновий рецептор є глікопротеїном, що складається з 5 субодиниць (2 ), які кодуються 4 різними генами. Він має дві ділянки для зв'язування ацетилхоліну. Зв'язування 2 молекул ацетилхоліну з рецептором викликає його конформаційні зміни, що призводить до відкривання каналу. Час відкритого стану каналу становить приблизно 1 мсек.

У функціонуванні людського організму стала зрозуміла на початку ХІХ століття. Вчені позначили ці речовини грецьким терміном "протеїни", від слова protos - "головний, перший".

Головна особливість цих хімічних сполук у тому, що є основою, яку організм використовує до створення нових клітин. Інші їх функції полягають у забезпеченні регуляторних та обмінних процесів; у виконанні транспортних функцій (наприклад, білок гемоглобін, що розповсюджує кисень по всьому організму зі струмом крові); у формуванні м'язових волокон; в управлінні багатьма вітальними функціями організму (яскравим прикладом є білок інсулін); у регулюванні процесу травлення, енергетичного обміну; у захисті організму.

Хімічна структура цих речовин визначається кількістю амінокислот, у тому числі складаються білкові молекули. Молекули за розміром досить великі. Ці речовини є високомолекулярними органічними речовинами і є ланцюжком амінокислот, пов'язаних між собою пептидним зв'язком. Амінокислотний склад протеїнів обумовлений генетичним кодом. Безліч варіацій сполуки амінокислот дає різноманітність властивостей протеїнових молекул. Як правило, вони з'єднуються між собою та утворюють складні комплекси.

Класифікація протеїнів недоопрацьована, оскільки вченими досліджено далеко ще не все білки. Роль багатьох із них продовжує бути загадкою для людей. Поки що протеїни поділяють за біологічною роллю і тому, які саме амінокислоти входять до їх складу. Для нашого харчування цінний не сам білок, а його амінокислоти. Амінокислоти – це один з різновидів органічних кислот. Їх налічують понад 100. Без них неможливе перебіг метаболічних процесів.

Організм не може повністю засвоювати протеїни, що надходять з їжею. Більша частина їх піддається руйнації під впливом кислих травних соків. Відбувається розпад білків до амінокислот. Організм «бере» після розпаду необхідні йому амінокислоти і конструює їх потрібні білки. При цьому може відбуватися трансформація одних амінокислот на інші. Крім трансформації, вони можуть самостійно синтезуватися в організмі.

Проте чи всі амінокислоти може виробляти наш організм. Ті, які не синтезуються, називаються незамінними, тому що організм їх потребує, а отримати їх може лише ззовні. Незамінні амінокислоти неможливо замінити іншими. До них відносять метіонін, лізин, ізолейцин, лейцин, фенілаланін, треонін, валін. До того ж є інші амінокислоти, які утворюються виключно із незамінних фенілаланіну та метіоніну. Тому якість харчування зумовлено не кількістю білків, що надходять, а якісним їх складом. Наприклад, у картоплі, білокачанній капусті, буряках, капусті, бобових, у хлібі міститься велика кількість триптофану, лізину, метіоніну.

Перебіг білкового обміну нашому організмі залежить від достатньої кількості необхідних білків. Розщеплення та трансформація одних речовин в інші відбувається з виділенням потрібної організму енергії.

Як наслідок життєдіяльності організму, постійно відбувається втрата частини білків. З білкових речовин, що надходять ззовні, втрачається приблизно 30 г на добу. Тому з урахуванням втрати раціон повинен містити достатню кількість цих речовин, щоб забезпечити працездатність організму.

Споживання організмом білкових речовин залежить від різних факторів: виконання важкої фізичної роботи або перебування у стані спокою; емоційний стан. За добу норма споживання білка становить у сукупності щонайменше 50 грам для дорослих (це приблизно 0,8 грам на кожен кілограм маси тіла). Дітям, у зв'язку з інтенсивним зростанням та розвитком, потрібно більше протеїнів – до 1,9 грама на кілограм маси тіла.

Тим не менш, навіть велика кількість білкових речовин, що вживаються в їжу, не гарантує збалансовану кількість амінокислот в них. Тому раціон харчування має бути різноманітний, щоб організм зміг з нього отримати максимум користі у вигляді різних амінокислот. Не йдеться про те, що якщо сьогодні в з'їденій вами їжі не виявилося триптофану, то вже завтра ж ви занедужаєте. Ні, організм «уміє» у невеликих кількостях запасати корисні амінокислоти та витрачати у разі потреби. Однак кумулятивна здатність організму не надто висока, тому запаси корисних речовин треба регулярно поповнювати.

Якщо за особистими переконаннями (вегетаріанство) або за станом здоров'я (проблеми зі шлунково-кишковим трактом та дієтичним харчуванням) у вас є обмеження в раціоні, то вам необхідно отримати консультацію лікаря-дієтолога, щоб скоригувати своє харчування та відновити баланс протеїнів в організмі.
При інтенсивних спортивних заняттях організм потребує великої кількості протеїнів. Спеціально для таких людей випускається спортивне харчування. Однак надходження протеїнів має відповідати фізичним навантаженням, що виконуються. Надлишок цих речовин, всупереч поширеній думці, зовсім не призведе до різкого зростання м'язової маси.

Різноманітність функцій протеїнів охоплює чи не всі біохімічні процеси, що протікають в організмі. Їх можна назвати біохімічними каталізаторами.
З протеїнів утворюється цитоскелет, який підтримує форму клітин. Без протеїнів неможливе успішне функціонування імунної системи.

Відмінним харчовим джерелом протеїнів є м'ясо, молоко, риба, зернові, бобові, горіхи. Менш багаті протеїнами фрукти, ягоди та овочі.

Перший білок, який був вивчений для визначення його амінокислотної послідовності, це інсулін. За це досягнення Ф. Сенгером було отримано Нобелівську премію у 60 роках минулого століття. А вчені Д. Кендрю та М. Перуц у той же час змогли створити тривимірну структуру міоглобіну та гемоглобіну за допомогою методики дифракції рентген-променів. За це вони також були удостоєні Нобелівської премії.

Історія вивчення

У наступні 30-40 років було проведено дослідження більшої частини амінокислот, що входять до складу протеїнів. У 1894 році А. Коссель, німецький фізіолог, припустив, що саме амінокислоти і є тими самими структурними складовими білків, і що вони з'єднані між собою пептидними зв'язками. Він намагався дослідити амінокислотну послідовність білка.
У 1926 році, нарешті, було визнано чільну роль протеїнів в організмі. Це сталося тоді, коли хімік із США Д. Самнер довів, що уреаза (фермент, без якого неможливе перебіг багатьох хімічних процесів) є білком.

Виділити чисті протеїни для потреб науки на той момент було дуже складно. Саме тому перші досліди проводилися із застосуванням тих поліпептидів, які можна було з мінімальними витратамиочистити у значній кількості – це білки крові, курячі білки, різні токсини, ферменти травного або метаболічного походження, що виділяються після вибою великої худоби. Наприкінці 50-х років вдалося очистити бичачу панкреатичну рибонуклеазу. Саме ця речовина стала для багатьох вчених експериментальним об'єктом.

У сучасній науці дослідження протеїнів продовжилося якісно на новому рівні. Існує галузь біохімії, яка називається протеомікою. Тепер, завдяки протеоміці, можна досліджувати не тільки виділені очищені білки, а й паралельну, одночасну зміну модифікації безлічі білків, що належать до різних клітин та тканин. Наразі вчені можуть теоретично розрахувати структуру білка за послідовністю амінокислот. Методи кріоелектронної мікроскопії дозволяють вивчити великі та малі білкові комплекси.

Властивості протеїнів

Білки розрізняють за рівнем їх розчинності, більшість їх добре розчиняються у воді. Проте трапляються і винятки. Фіброїн (основа павутини та шовку) та кератин (основа волосся у людини, а також вовни у тварин та пір'я у птахів) є нерозчинними.

Денатурація

У деяких випадках денатурація є оборотною, зворотний стан білка можна повернути за допомогою солей амонію. Оборотну денатурацію застосовують як метод очищення білка.

Прості та складні протеїни

За хімічною природою складних білківвиділяють п'ять класів:

• Глікопротеїди.
• Хромопротеїди.
• Фосфопротеїди.
• Металопротеїди.
• Ліпопротеїди.

Хромопротеїди – це загальне найменування складних протеїнів, до яких належать флавопротеїди, хлорофіли, гемоглобін та інші.

Білки, які називаються фосфопротеїдами, містять у своєму складі залишки фосфорної кислоти. До цієї групи протеїнів належить, наприклад, казеїн молока.

Металопротеїди – це протеїни, що містять ковалентно пов'язані іони деяких металів. Серед них є протеїни, які виконують транспортні та депонуючі функції (трансферин, феритин).

Складні білки ліпопротеїди містять у своєму складі залишки ліпідів. Їх функція – транспортування ліпідів.

Біосинтез протеїнів

Генетичний код складається із кодонів. Кодоном називають одиницю генетичної інформації, що складається із залишків нуклеотидів. Кожен із кодонів відповідає за приєднання однієї амінокислоти до білка. Загальна їх кількість – 64. Деякі амінокислоти визначаються не одним, а кількома кодонами.

Функції протеїнів в організмі

Слід зауважити, що класифікація протеїнів за їх функціями є досить умовною, тому що в деяких живих організмів той самий протеїн може виконувати кілька різних функцій. Багато функцій протеїни виконують завдяки тому, що мають високу ферментативну активність. Зокрема до таких ферментів відноситься руховий білок міозин, а також регуляторні білки протеїнкінази.

Каталітична функція

Більше 4 000 реакцій, що протікають у нашому організмі, потребують каталізації. Без впливу ферментів реакція протікає в десятки та сотні разів повільніше.
Молекули, що приєднуються до ферменту в процесі реакції, а потім видозмінюються, називаються субстратами. У складі ферменту безліч амінокислот, але далеко не всі з них взаємодіють з субстратом, і тим більше не всі їх безпосередньо беруть участь в процесі каталізації. Та частина ферменту, до якої приєднується субстрат, є активним ферментативним центром.

Структурна функція

Захисна функція

Імунний захист передбачає участь протеїнів, що входять до складу крові чи інших біологічних рідин, у формуванні захисної відповіді організму на атаку патогенних мікроорганізмів або пошкодження. Наприклад, імуноглобуліни нейтралізують віруси, бактерії або чужорідні протеїни. Антитіла, що виробляються імунною системою, прикріплюються до чужорідних для цього організму речовин, які називаються антигенами, та нейтралізують їх. Як правило, антитіла секретуються у міжклітинний простір або закріплюються у мембранах спеціалізованих клітин плазмоцитів.

Ферменти і субстрат з'єднуються між собою не надто тісно, ​​інакше перебіг каталізованої реакції може порушитися. А ось стійкість приєднання антигену та антитіл нічим не обмежується.

Хімічний захист полягає у зв'язуванні білковими молекулами різних токсинів, тобто у забезпеченні детоксикації організму. Найвідповідальнішу роль детоксикації нашого організму грають печінкові ферменти, які розщеплюють отрути чи переводять їх у розчинну форму. Розчинені токсини швидко залишають організм.

Регуляторна функція

Сигнальна функція

Цитокіни, білки-гормони виконують сигнальну функцію.
Гормони розносяться кров'ю. Рецептор при зв'язуванні з гормоном запускає в клітині реакцію у відповідь. Завдяки гормонам здійснюється регуляція концентрації речовин у клітинах крові, а також регуляція клітинного росту та розмноження. Прикладом таких протеїнів є широко відомий інсулін, який регулює концентрацію в крові глюкози.

Цитокіни є невеликими інформаційними пептидними молекулами. Вони діють як регулятори взаємодії між різними клітинами, а також визначають виживання цих клітин, пригнічують або стимулюють їх зростання та функціональну активність. Без цитокінів неможлива узгоджена робота нервової, ендокринної та імунної систем. Наприклад, цитокіни можуть спричинити некроз пухлини – тобто пригнічення росту та життєдіяльності запальних клітин.

Транспортна функція

Запасна (або резервна) функція

Рецепторна функція білків

Моторна (або рухова) функція

Білки в обміні речовин

Ті амінокислоти, які не синтезуються організмом, називаються незамінними, отже, можуть надходити до нас лише ззовні.

Людина отримує амінокислоти з тих білків, які містяться у їжі. Білки піддаються денатурації у процесі травлення під дією кислих шлункових соків та ферментів. Деяка частина отриманих в результаті процесу травлення амінокислот застосовується для синтезу необхідних протеїнів, а решта їх у процесі глюконеогенезу перетворюється на глюкозу або застосовується в циклі Кребса (це процес метаболічного розпаду).

Використання протеїнів як енергетичне джерело особливо важливе у несприятливих умовах, коли організм використовує внутрішній «недоторканний запас» – власні білки. Амінокислоти для організму є важливим джерелом азоту.

Єдиних норм добової потреби у білках немає. Мікрофлора, що населяє товстий кишечник, також синтезує амінокислоти, і вони не можуть враховуватись при складанні протеїнових норм.

Запаси протеїнів в людському організмі мінімальні, а нові протеїни можуть синтезуватися тільки з білків, що розпадаються, що надходять від тканин організму і з амінокислот, що надходять разом їжею. З тих речовин, що входять до складу жирів та вуглеводів, протеїни не синтезуються.

Нестача білка
Нестача білкових речовин у раціоні викликає у дітей сильне уповільнення росту та розвитку. Для дорослих білковий дефіцит небезпечний появою глибоких змін у печінці, зміною гормонального фону, порушенням функціонування залоз внутрішньої секреції, погіршенням засвоюваності поживних речовин, погіршенням пам'яті та працездатності, проблемами із серцем. Всі ці негативні явища пов'язані з тим, що протеїни беруть участь майже у всіх процесах людського організму.

У 70 роках минулого століття були зафіксовані летальні випадки у людей, які тривалий час дотримуються низькокалорійної дієти з вираженим дефіцитом білка. Як правило, безпосередньою причиною смерті в даному випадку були незворотні зміни у серцевому м'язі.

Дефіцит протеїнів знижує стійкість імунітету до інфекцій, оскільки зменшується рівень утворення антитіл. Порушення синтезу інтерферону та лізоциму (захисних факторів) викликає загострення запальних процесів. Крім того, білковий дефіцит найчастіше супроводжується нестачею вітамінів, що у свою чергу теж призводить до несприятливих наслідків.

Дефіцит впливає не найкраще на вироблення ферментів і на засвоюваність важливих поживних речовин. Не слід забувати, що гормони є білковими утвореннями, отже, недолік протеїнів може призвести до сильних гормональних порушень.

Будь-яка активність фізичного характеру завдає шкоди м'язовим клітинам, і чим більше навантаження, тим більше м'язи страждають. Для відновлення пошкоджених клітин м'язів потрібна велика кількість якісного білка. Попри поширену думку, фізичні навантаження лише тоді корисні, коли з їжею в організм поставляється достатня кількість білка. При інтенсивних фізичних навантаженнях споживання білка повинне досягати 1,5 – 2 грами на кожен кілограм ваги.

Надлишок білка

Але якщо людина не займається спортом, і при цьому вживає більш ніж 1,75 г білка на кілограм ваги, то в печінці накопичується надлишок протеїну, який перетворюється на азотисті сполуки та глюкозу. Азотисте з'єднання (сечовина) має обов'язково виводитися нирками з організму.

Крім того, при надлишку білка виникає кисла реакція організму, що призводить до втрати кальцію через зміну питного режиму. До того ж м'ясна їжа, багата на білок, часто містить пурини, деякі з яких у процесі метаболізму відкладаються в суглобах і викликають розвиток подагри. Слід зазначити, що порушення, пов'язані з надлишком протеїном, трапляються набагато рідше, ніж порушення, пов'язані з білковою недостатністю.

Оцінка достатньої кількості білка у раціоні здійснюється за станом азотистого балансу. В організмі безперервно відбувається синтезування нових протеїнів та виділення назовні кінцевих продуктів білкового метаболізму. До складу протеїнів входить азот, що не міститься ні в жирах, ні у вуглеводах. І якщо азот відкладається в організмі про запас, то тільки в складі білків. При білковому розпаді він повинен виділитися назовні разом із сечею. Для того щоб функціонування організму здійснювалося на потрібному рівні, потрібно заповнити азот, що видаляється. Азотистий баланс означає, що кількість споживаного азоту відповідає кількості виведеного з організму.

Білкове харчування

Ці продукти є високоякісним джерелом протеїнів, проте слід пам'ятати, що вони містять багато жиру, тому зловживати частотою в раціоні небажано. Крім великої кількості білка, в організм також потрапить надмірна кількість жиру.

Кращі продукти з багатим протеїновим вмістом: соєві сири, нежирні сири, нежирна телятина, яєчний білок, знежирений сир, свіжа риба та морепродукти, молодий баранець, курятина, біле м'ясо.
Менш переважно вживання таких продуктів, як: молоко та йогурти з додаванням цукру, червоне м'ясо (вирізка), темне куряче та індиче м'ясо, нежирна нарізка, домашній сир, перероблене м'ясо у вигляді бекону, салямі, шинки.

Яєчний білок - чистий білок, в якому немає жиру. У пісному м'ясі міститься близько 50 % кілокалорій, які припадають частку протеїнів; у продуктах, що містять крохмаль – 15%; у знежиреному молоці – 40 %; в овочах – 30%.

Головне правило при виборі білкового харчування полягає в наступному: більша кількістьбілка на одиницю калорій та високий коефіцієнт засвоюваності білка. Найкорисніше вживати продукти з низьким вмістом жиру та високим вмістом білків. Дані про калорійність можна знайти на упаковці будь-якого продукту. Узагальнені дані про вміст білків та жирів у тих продуктах, калораж яких складно вирахувати, можна знайти у спеціальних таблицях.

Легше засвоюються протеїни, що зазнали теплової обробки, оскільки вони стають доступними для впливу ферментів травного тракту. Однак температурна обробка може знизити біологічну цінність протеїну через те, що деякі амінокислоти руйнуються.

Вміст білків та жирів у деяких харчових продуктах

Метаболізм протеїнів

На засвоєння їжі організм може витратити близько 15% від усієї калорійності раціону.
Їжа з високим вмістом протеїнів у процесі метаболізму сприяє посиленню теплопродукції. Температура тіла трохи збільшується, що призводить до додаткової витрати енергії на процес термогенезу.

Білки не завжди використовуються як енергетична субстанція. Це пов'язано з тим, що застосування їх як джерела енергії для організму буває невигідним, адже з певної кількості жирів та вуглеводів можна отримати набагато більше калорій і набагато ефективніше, ніж з аналогічної кількості протеїну. До того ж в організмі рідко буває надлишок білків, а якщо він і є, то більшість надлишкових протеїнів йде для здійснення пластичних функцій.

У тому випадку, коли в харчуванні не вистачає енергетичних джерел у вигляді жирів та вуглеводів, організм приймається за використання накопичених жирів.

Достатня кількість протеїнів у раціоні допомагає активізувати та нормалізувати уповільнений обмін речовин у тих людей, які страждають на ожиріння, а також дозволяє підтримувати м'язову масу.

Якщо білка не вистачає, організм перемикається використання м'язових білків. Це тому, що м'язи негаразд важливі підтримки життєдіяльності організму. У м'язових волокнах згоряє більшість калорій, і зниження м'язової маси знижує енергетичні витрати організму.

Дуже часто люди, які дотримуються різних дієт для схуднення, вибирають таку дієту, в якій дуже мало білка надходить із їжею в організм. Як правило, це овочеві чи фруктові дієти. Крім шкоди, така дієта нічого не принесе. Функціонування органів та систем при нестачі протеїнів пригнічується, що викликає різні порушення та захворювання. Кожну дієту слід розглядати з погляду потреби організму у білку.

Такі процеси як засвоєння білків та застосування їх у енергетичних потребах, а також виведення продуктів білкового метаболізму потребує більше рідини. Щоб не отримати зневоднення, на день треба приймати близько 2 літрів води.

Або трансмембранних іонних струмів.

Речовина, що специфічно поєднується з рецептором, називається лігандом цього рецептора. Всередині організму це зазвичай гормон або нейромедіатор або їх штучні замінники, що застосовуються як лікарські засоби та отрути (агоністи). Деякі ліганди, навпаки, блокують рецептори (антагоністи). Коли йдеться про органи чуття, лігандами є речовини, що впливають на рецептори нюху або смаку. Крім того, молекули зорових-рецепторів реагують на світло, а в органах слуху та дотику рецептори чутливі до механічних впливів (тиску або розтягуванню), що викликається коливаннями повітря та іншими подразниками. Існують також термочутливі білки-рецептори та білки-рецептори, що реагують на зміну мембранного потенціалу.

Енциклопедичний YouTube

• 1 / 5

  Клітинні рецептори можна розділити на два основні класи - мембранні рецептори та внутрішньоклітинні рецептори.

  Мембранні рецептори

  Функція «антени» - це розпізнавання зовнішніх сигналів. Ділянки двох сусідніх клітин, що розпізнають, можуть забезпечувати зчеплення клітин, зв'язуючись один з одним. Завдяки цьому клітини орієнтуються та створюють тканини в процесі диференціювання. Розпізнавальні ділянки присутні і в деяких молекулах, які знаходяться в розчині, завдяки чому вони вибірково поглинаються клітинами, що мають комплементарні ділянки, що розпізнають (так, наприклад, поглинаються ЛПНГ за допомогою рецепторів ЛПНП).

  Два основних класи мембранних рецепторів - це метаботропні рецептори і іонотропні рецептори.

  Іонотропні рецептори являють собою мембранні канали, що відкриваються або закриваються при зв'язуванні з лігандом. Іонні струми, що виникають при цьому, викликають зміни трансмембранної різниці потенціалів і, внаслідок цього, збудливості клітини, а також змінюють внутрішньоклітинні концентрації іонів, що може вдруге призводити до активації систем внутрішньоклітинних посередників. Одним із найбільш повно вивчених іонотропних рецепторів є н-холінорецептор.

  Метаботропні рецептори пов'язані із системами внутрішньоклітинних посередників. Зміна їх конформації при зв'язуванні з лігандом призводить до запуску каскаду біохімічних реакцій, і, зрештою, зміни функціонального стану клітини. Основні типи мембранних рецепторів:

  1. Рецептори, пов'язані з гетеротримерними білками G (наприклад, рецептор вазопресину).
  2. Рецептори, що володіють внутрішньою тирозинкіназною активністю (наприклад, рецептор інсуліну або рецептор епідермального фактора росту).

  Рецептори, пов'язані з G-білками, є трансмембранними білками, що мають 7 трансмембранних доменів, позаклітинний N-кінець і внутрішньоклітинний C-кінець. Сайт зв'язування з лігандом знаходиться на позаклітинних петлях, домен зв'язування з G-білком - поблизу C-кінця в цитоплазмі.

  Активація рецептора призводить до того, що його α-субодиниця дисоціює від βγ-субодиничного комплексу і таким чином активується. Після цього вона або активує, або навпаки інактивує фермент, що продукує вторинні посередники.

  Рецептори з тирозинкіназною активністю фосфорилируют наступні внутрішньоклітинні білки, що часто теж є протеїнкіназами, і таким чином передають сигнал всередину клітини. За структурою це трансмембранні білки з одним мембранним доменом. Як правило, гомодимери, субодиниці яких пов'язані дисульфідними містками.

  Внутрішньоклітинні рецептори

  Внутрішньоклітинні рецептори - як правило, фактори транскрипції (наприклад, рецептори глюкокортикоїдів) або білки, що взаємодіють з факторами транскрипції. Більшість внутрішньоклітинних рецепторів зв'язуються з лігандами в цитоплазмі, переходять в активний стан, транспортуються разом з лігандом в ядро ​​клітини, там зв'язуються з ДНК і індукують або пригнічують експресію деякого гена або групи генів.
  Особливий механізм дії має оксид азоту (NO). Проникаючи через мембрану, цей гормон зв'язується з розчинною (цитозольною) гуанілатциклазою, яка одночасно є і рецептором оксиду азоту, і ферментом, який синтезує вторинний посередник – цГМФ.

  Основні системи внутрішньоклітинної передачі гормонального сигналу

  Аденілатциклазна система

  Центральною частиною аденілатциклазної системи є фермент аденілатциклаза, який каталізує перетворення АТФ на цАМФ. Цей фермент може або стимулюватися G s -білком (від англійської стимуляції), або пригнічуватися G i -білком (від англійської inhibiting). цАМФ після цього зв'язується з цАМФ-залежною протеїнкіназою, званої так само протеїнкіназа А, PKA. Це призводить до її активації та подальшого фосфорилювання білків-ефекторів, що виконують якусь фізіологічну роль у клітині.

  Фосфоліпазно-кальцієва система

  G q -білки активують фермент фосфоліпазу С, яка розщеплює PIP2 (мембранний фосфоінозитол) на дві молекули: інозитол-3-фосфат (IP3) та діацилгліцерид. Кожна з цих молекул є вторинним посередником. IP3 далі зв'язується зі своїми рецепторами на мембрані ендоплазматичного ретикулуму, що призводить до звільнення кальцію в цитоплазму і запуску багатьох клітинних реакцій.

  Гуанілатциклазна система

  Центральною молекулою даної системи є гуанілатциклаза, яка каталізує перетворення ГТФ на цГМФ. цГМФ модулює активність низки ферментів та іонних каналів. Існує кілька ізоформ гуанілатциклази. Одна їх активується оксидом азоту NO, інша безпосередньо пов'язані з рецептором передсердного натріуретичного чинника.

  цГМФ контролює обмін води та іонний транспорт у нирках та кишечнику, а в серцевому м'язі служить сигналом релаксації.

  Фармакологія рецепторів

  Як правило, рецептори здатні зв'язуватися не лише з основними ендогенними лігандами, але й іншими структурно подібними молекулами. Цей факт дозволяє використовувати екзогенні речовини, що зв'язуються з рецепторами і змінюють їх стан, як ліки або отрути.

  Так, наприклад, рецептори до ендорфінів - нейропептидів, які грають важливу роль у модуляції болю та емоційного стану, зв'язуються так само з наркотиками групи морфіну. Рецептор може мати, крім основної ділянки, або сайту зв'язування зі специфічним для цього рецептора гормоном або медіатором, також додаткові алостеричні регуляторні ділянки, з якими зв'язуються інші хімічні речовини, що модулюють (змінюють) реакцію рецептора на основний гормональний сигнал - підсилюють або послаблюють , або замінюють основний сигнал. Класичним прикладом такого рецептора з декількома ділянками зв'язування для різних речовин є рецептор-гамма-аміномасляної-кислоти-підтипу-А (ГАМК). Він має окрім сайту зв'язування для самої ГАМК, також сайт зв'язування з бензодіазепінами («бензодіазепіновий сайт»), сайт зв'язування з барбітуратами («барбітуратний сайт»), сайт зв'язування з нейростероїдами типу аллопрегненолону («стероїдний сайт»).

  Багато типів рецепторів можуть розпізнавати однією і тією ж ділянкою зв'язування кілька різних хімічних речовин, і в залежності від конкретної речовини, що приєдналася, знаходитися більш ніж у двох просторових конфігураціях - не тільки «включено» (гормон на рецепторі) або «вимкнено» (на рецепторі немає гормону ), а ще й у кількох проміжних.

  Речовина, зі 100% ймовірністю, що викликає при зв'язуванні з рецептором перехід рецептора в конфігурацію «100% включено», називається повним агоністом рецептора. Речовина, зі 100% ймовірністю, що викликає при зв'язуванні з рецептором перехід його в конфігурацію «100% вимкнено», називається зворотним агоністом рецептора. Речовина, що викликає перехід рецептора в одну з проміжних конфігурацій або зміну стану рецептора не зі 100% ймовірністю (тобто частина рецепторів при зв'язуванні з цією речовиною включиться або вимкнеться, а частина - ні), називається частковим агоністом рецептора. По відношенню до таких речовин використовується термін агоніст-антагоніст. Речовина, яка не змінює стану рецептора при зв'язуванні і лише пасивно перешкоджає зв'язування з рецептором гормону або медіатора, називається конкурентним антагоністом, або блокатором рецептора (антагонізм заснований не на виключенні рецептора, а на блокаді зв'язування з рецептором його природного ліганду).

  Як правило, якщо якась екзогенна речовина має рецептори всередині організму, то в організмі є ендогенні ліганди для даного рецептора. Так, наприклад, ендогенними лігандами бензодіазепінового