Хімія. Рівень стандарту. 10 клас. Ярошенко

§ 26. Біологічна роль амінокислот і білків

БІОЛОГІЧНА РОЛЬ АМІНОКИСЛОТ. Амінокислоти беруть участь в обміні речовин, синтезі білків, входять до складу нуклеїнових кислот.

Біологічна роль амінокислот полягає в підтримці на постійному рівні pH клітинного соку. Деякі амінокислоти беруть участь у процесах біосинтезу глікогену й гормонів.

У загальному розумінні біологічна роль амінокислот полягає в тому, що це — «будівельний матеріал» для найскладніших у природі речовин — білків. Білкова їжа в органах травлення тварин і людини піддається гідролізу, утворені амінокислоти всмоктуються через стінки тонкого кишечника в кров та розносяться по всьому тілу. У клітинах тканин з амінокислот, які надійшли, синтезуються білки, властиві конкретному живому організму. З 20 a-амінокислот утворюються молекули різних білків, до того ж кожний організм на нашій планеті має особистий неповторний їх набір.

БІОЛОГІЧНА РОЛЬ БІЛКІВ. Хоча в організмі людини на білки припадає лише 1/4 маси тіла, а добова потреба в цих сполуках у дорослої людини становить близько 70-80 г, значення білків велике.

Складність і різноманітність білкових макромолекул забезпечили цій групі речовин, порівняно з іншими органічними сполуками, виконання таких функцій: структурної, каталітичної, транспортної, захисної, резервної, енергетичної, скорочувальної.

Білки — будівельний матеріал організмів людей і тварин. Структурні білки (керотин, колаген та інші) є основним матеріалом цитоплазми та оболонки кожної клітини, входять до складу сполучної та кісткової тканин. Структура і властивості шкіри, пір'я, рогових покривів, нігтів, волосся, м'язів зумовлені наявними в них білками.

Як було зазначено у § 25 на «Сторінці ерудита», мономери білкових макромолекул — α-амінокислоти — поділяють на замінні та незамінні. Нагадаємо, що замінні α-амінокислоти організми людей і тварин здатні синтезувати самі, тоді як незамінні надходять в організм лише завдяки споживанню білкової їжі. Відсутність незамінних амінокислот призводить до припинення росту, втрати ваги, навіть до загибелі організму. Про це потрібно пам'ятати та виважено ставитися до різних дієт, дотримуватися збалансованого харчування й задовольняти потребу організму в постійному відновленні запасів білків.

Попрацюйте групами

1. За таблицею 14 ознайомтеся з приблизним вмістом (у грамах) білків у продуктах харчування.

Таблиця 14

Продукти харчування

Вміст білків (г/100 г продукту)

Маса засвоєних білків (г/100 г продукту)

Яйця

12,7

12,7 (в одному яйці 5-7 г)

Кефір (нежирний)

3

3

М'який сир (нежирний)

17

17

Молоко (нежирне)

2,8

2,8

Твердий сир

25

25

Риба (горбуша)

21

18,9

М'ясо курки

20,8

18,7

Яловичина

18,9

17

Свинина (нежирна)

16,4

10,3

Квасоля

22,3

15,2

Горох

23

15,4

Гречка

12,6

8,3

Вівсяні пластівці

11,9

6,8

Арахіс

26,3

13,7

2. Зважаючи на добову норму білків у 70-80 г, обчисліть, скільки білків, що засвоюються організмом людини, кожен з вас у середньому споживає за добу.

Зробіть висновки про важливість збалансованого харчування для задоволення потреби власного організму в різноманітних амінокислотах і білках.

Унікальним є той факт, що за нормальної температури й атмосферного тиску в організмі людини одночасно відбуваються тисячі реакцій, більшість з яких — каталітичні. Каталізаторами служать білки, або ферменти. В організмі людини виробляється та діє близько 2 тисяч видів ферментів, наприклад, пепсин, ліпаза. Завдяки їм відбувається більшість хімічних реакцій, якими супроводжується обмін речовин та енергії в організмі людини. Малі кількості ферменту здатні каталізувати перетворення великої кількості речовин.

Ферменти — це переважно білкові сполуки, що прискорюють хімічні реакції в організмах. Тому їх ще називають біологічними каталізаторами.

Ферменти активні в чітко визначеному інтервалі температур. За підвищення температури їхня дія уповільнюється через денатурацію.

Прикладом білка, що виконує транспортну функцію в більшості хребетних тварин і в організмі людини, є білок крові — гемоглобін. Цей білок транспортує кисень і вуглекислий газ.

Завдяки захисним білкам, які ще називають антитілами, організм захищає себе від впливу шкідливих бактерій і вірусів, виробляє імунітет — несприйнятливість до збудників хвороб та деяких отрут. Трапляється, що через білкову несумісність організм реагує на введення чужорідного білка утворенням антитіл. Вони поступово розщеплюють уведений білок. Це створює проблеми під час пересадки органів і тканин.

Для багатьох рослин і тварин на початковій стадії розвитку організму особливо важлива резервна функція білків. Наприклад, насіння бобових, яйця птахів, ікринки риб і земноводних містять значний запас білків, які слугують джерелом енергії та поживних речовин для молодого організму.

Білки, як жири та вуглеводи, є джерелом енергії для організмів. Так, унаслідок розщеплення в клітині 1 г білка вивільнюється близько 17,2 кДж енергії.

Скорочувальна функція білків полягає в тому, що тіла людей і багатоклітинних тварин приводяться в рух завдяки білкам актину й міозину, що містяться в м'язовій тканині. Особливо стежать за білковим складом їжі культуристи, аби якнайшвидше наростити м'язову масу.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВЧЕНИМИ СКЛАДУ, ВЛАСТИВОСТЕЙ І РОЛІ БІЛКІВ. Важливість й унікальність білків спонукають учених до вивчення будови молекул окремих білків та розроблення методів штучного їх одержання.

Німецький учений Еміль Герман Фішер у 1902 р. отримав Нобелівську премію за дослідження здатності амінокислот сполучатися між собою та проведення синтезу пептиду з вісімнадцятьох α-амінокислот.

Проте, наскільки це складна справа, свідчить хоча б той факт, що англійський учений Фредерік Сенгер 10 років працював над встановленням послідовності амінокислотних залишків і вивченням структури інсуліну — білкової сполуки, через нестачу якої порушується обмін вуглеводів в організмі людини й розвивається тяжка недуга — цукровий діабет. Учений встановив, що до складу молекули інсуліну входить 51 амінокислотний залишок. Розміщені вони у двох поліпептидних ланцюгах, з'єднаних між собою дисульфідними містками (мал. 43).

Мал. 43. Схема будови молекули інсуліну

У 1958 р. за наукові досягнення у вивченні білків Ф. Сенгер був удостоєний Нобелівської премії.

Для того щоб синтезувати інсулін у лабораторії, знадобилося ще три роки. Його добування лабораторним способом ґрунтується на проведенні 223 хімічних реакцій. Нині в Києві працює завод з виробництва штучного інсуліну, і його продукція дає змогу рятувати життя багатьом хворим на цукровий діабет.

Вагомим є внесок українських учених у дослідження біологічної ролі білків та інших органічних речовин. Центром наукових досліджень став Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України (заснований у 1925 р.). Інститут славиться своїми науковими школами: біохімії нервової системи (О. В. Палладін, В. К. Лішко), біосинтезу й біологічних властивостей білків і ліпідів (М. Ф. Гулий, Д. О. Мельничук), структури й функції білка (В. О. Беліцер, Т. В. Варецька), біохімії ферментів (О. С. Циперович, С. О. Кудінов), біохімії м'язів (Д. Л. Фердман, С. О. Костерін) та ін.

Стисло про основне

• Амінокислоти й білки — важливі в живій природі речовини.

• Амінокислоти виконують різні функції в живій природі, щонайперше — це мономери для синтезу білкових молекул.

• Біологічна роль білків багатогранна, тому вони є носіями життя.

• Білки їжі — джерело амінокислот для творення власних білків організму тварини чи людини.

• Встановлення будови білкових молекул, їх синтез — визначні наукові досягнення світового рівня.

• Важлива роль білків у живій природі спонукає вчених до невпинних досліджень складу й будови цих природних полімерів.

• Українські вчені успішно досліджують склад і властивості білків.

Знаємо, розуміємо

  • 1. У чому полягає біологічна роль амінокислот?
  • 2. Які функції в живій природі виконують білки?
  • 3. З досягненнями яких українських і зарубіжних учених ви ознайомились?
  • 4. Чому, на вашу думку, важливо проводити дослідження амінокислот і білків?

Застосовуємо

1. Поясніть, чому дітям і спортсменам рекомендується споживати багато білків.

2. Серед пральних засобів трапляються такі, що містять ферменти (про це свідчить напис на упаковці — «з додаванням ензимів», тобто ферментів). За якої температури ви будете їх використовувати? Чому?

3. Зробіть висновок про причину різноманітності функцій білків.

4. Чи вплинуть здобуті знання про білки та інші природні полімери на ваше харчування? Яким чином?

Працюємо з медійними джерелами

У складі малих груп підготуйте повідомлення про досягнення українських учених у вивченні будови і функцій білків, їх синтезу і застосування.