Белки — природные линейные гетерополимеры , состоящие из мономеров — аминокислот . Главная особенность белков как молекулярных машин — способность специфически связывать другие белки, иные биополимеры и малые молекулы и взаимодействовать с ними. Благодаря этой способности белки выполняют большинство функций клеток и организмов. Одна из важных функций белков — защитная. Обычно к защитным белкам относят прежде всего белки, участвующие в иммунной защите организма. Однако многие другие белки способствуют ороговеванию верхних слоев кожи. Таким белком в клетках эпидермиса наземных позвоночных является кератин . Слой мертвых клеток, заполненных кератином, обеспечивает механическую защиту, защищает организм от потерь воды и проникновения болезнетворных бактерий и других паразитов.

Сходную функцию физической защиты выполняют структурные белки, из которых состоят клеточные стенки некоторых протистов (например, зеленой водоросли хламидомонады ) и капсидов вирусов.

К физическим защитным функциям белков можно отнести способность крови свертываться, что обеспечивает белок фибриноген , содержащийся в плазме крови. Фибриноген бесцветен; когда кровь начинает свертываться, он расщепляется ферментом. После расщепления образуется мономер — фибрин , который, в свою очередь, полимеризуется и выпадает белыми нитями. Фибрин, выпадая в осадок, делает кровь не жидкой, а студенистой. В процессе свертывания крови основополагающим белком — после того, как он образовал осадок, из нитей фибрина и эритроцитов при сжатии фибрина образует прочный красный тромб .

Химическая защитная функция

Связывание токсинов белковыми молекулами может обеспечивать их детоксикацию. Особенно важную роль в детоксикации у человека играют ферменты печени , расщепляющие яды или переводящие их в растворимую форму, что способствует их быстрому выведению

В защите клеток от вредных веществ могут принимать участие также транспортные белки, многие белки суперсемейства . Эти белки, имеющиеся у всех живых организмов, транспортируют через клеточную мембрану различные вещества ( липиды , многие ксенобиотики и др.). АВС-транспортеры обеспечивают защиту бактерий от действия многих антибиотиков , отвечают за явление множественной лекарственной устойчивости раковых клеток.

Иммунная защитная функция

Иммунная функция белков играет очень важную роль в организме животных. В тот момент, когда в организм попадают возбудители — вирусы или бактерии , в специализированных органах начинают вырабатываться специальные белки — антитела , которые связывают и обезвреживают возбудителей. Особенность иммунной системы заключается в том, что за счет антител она может бороться с почти любыми видами возбудителей.

В иммунной системе играют важную роль не только белки-антитела, но и лизоцимы и белки системы комплемента . Лизоцимы — белки-ферменты, которые разрушают стенки бактерий путём гидролиза их компонентов. Белки комплемента запускают каскад реакций, в результате которых образуется белок МАК (мембраноатакующий комплекс). МАК атакует бактерию, разрушая её клеточную мембрану . Если этого не произошло, другие белки системы комплемента помечают эту клетку для последующего её уничтожения фагоцитами .

К защитным белкам иммунной системы относятся также интерфероны . Эти белки производят клетки, зараженные вирусами. Их воздействие на соседние клетки обеспечивает противовирусную устойчивость, блокируя в клетках-мишенях размножение вирусов или сборку вирусных частиц. Интерфероны обладают и иными механизмами действия, например, влияют на активность лимфоцитов и других клеток иммунной системы.

Активная защитная функция

Белковые яды животных

Белки могут служить также для защиты от хищников или нападения на добычу. Такие белки и пептиды содержатся в ядах большинства животных (например, змей, скорпионов, стрекающих и др.). Содержащиеся в ядах белки имеют различные механизмы действия. Так, яды гадюковых змей часто содержат фермент фосфолипазу , который вызывает разрушение клеточных мембран и, как следствие, гемолиз эритроцитов и геморрагию . В яде аспидов преобладают нейротоксины ; например, в яде крайтов содержатся белки α-бунгаротоксин (блокатор никотиновых рецепторов ацетилхолина и β-бунгаротоксин (вызывает постоянное выделение ацетилхолина из нервных окончаний и тем самым истощение его запасов); совместное действие этих ядов вызывает смерть от паралича мышц.

Бактериальные белковые яды

Бактериальные белковые яды — ботулотоксин , токсин тетаноспазмин , вырабатываемый возбудителями столбняка , возбудителя дифтерии , холерный токсин . Многие из них являются смесью нескольких белков с разным механизмом действия. Некоторые бактериальные токсины белковой природы являются очень сильными ядами; компоненты ботулотоксина — наиболее ядовитое из известных природных веществ.

Токсины патогенных бактерий рода Clostridium , видимо, требуются анаэробным бактериям для воздействия на весь организм в целом, чтобы привести его к смерти — это дает бактериям «безнаказанно» питаться и размножаться, а уже сильно увеличив свою популяцию покидать организм в виде спор.

Биологическое значение токсинов многих других бактерий точно не известно.

Белковые яды растений

У растений в качестве ядов обычно используются вещества небелковой природы ( алкалоиды , гликозиды и др.). Однако у растений встречаются и белковые токсины. Так, в семенах клещевины (растения семейства молочайные ) содержится белковый токсин рицин . Этот токсин проникает в цитоплазму клеток кишечника, и его ферментативная субъединица, воздействуя на рибосомы , необратимо блокирует трансляцию .

Ссылки