ГДЗ: Параграф § 3. / Биология 9 класс Часть 1

Белки выполняют разнообразные жизненно важные функции:

• Каталитическая (ускорение реакций);
• Строительная (формирование структур);
• Двигательная (сокращение мышц);
• Транспортная (перенос веществ);
• Защитная (иммунитет, свертывание крови);
• Регуляторная (гормоны);
• Сигнальная (восприятие сигналов);
• Энергетическая (источник энергии).

Ферменты — это специфические белки-катализаторы, которые значительно ускоряют протекание биохимических реакций в клетках, при этом сами в ходе реакции не расходуются. Они обеспечивают слаженное течение всех процессов обмена веществ.

Белки могут быть двух типов в отношении растворимости в воде:

• Глобулярные (растворимые в воде), имеющие шарообразную форму (глобулы).
• Фибриллярные (нерастворимые в воде), имеющие нитевидную форму (фибриллы), например, кератин и коллаген.

Денатурация — это процесс нарушения природной пространственной структуры белка (вторичной, третичной и четвертичной) под действием неблагоприятных факторов (тепло, химикаты), что приводит к потере белковой молекулой ее биологических функций.

Нарушение структуры белка (денатурацию) могут вызвать следующие факторы:

• Высокая и низкая температура;
• Сильные кислоты и щелочи;
• Соли тяжелых металлов;
• Ультрафиолетовое излучение;
• Радиация.

Основными источниками белка в питании человека являются:

• Мясо и мясные продукты;
• Рыба;
• Яйца;
• Молочные продукты (творог, сыр);
• Бобовые (фасоль, горох, чечевица);
• Некоторые крупы и орехи.

Уровни организации белковой молекулы:

• Первичная структура: Последовательность аминокислот, соединенных пептидными связями.
• Вторичная структура: Спираль (альфа-спираль) или складчатый слой (бета-слой), стабилизированные водородными связями.
• Третичная структура: Уникальная трехмерная глобула или фибрилла, формирующаяся за счет взаимодействия радикалов аминокислот.
• Четвертичная структура: Комплекс из нескольких объединенных полипептидных цепей.

• Структурная: Белки (например, коллаген, кератин) формируют основу всех клеточных структур и тканей (кожа, кости, стенки сосудов).
• Двигательная: Белки (актин, миозин) обеспечивают способность мышц к сокращению, а также движение жгутиков и ресничек.
• Энергетическая: При расщеплении 1 грамма белка высвобождается энергия \( 17,6 \text{ кДж} \). Белки используются как источник энергии при недостатке углеводов и жиров.

• Каталитическая: Белки-ферменты ускоряют биохимические реакции в организме.
• Сигнальная: Белки-рецепторы воспринимают внешние или внутренние сигналы и передают информацию, например, зрительные пигменты.
• Регуляторная: Белки-гормоны (например, инсулин) регулируют обмен веществ и физиологические процессы.

В промышленности применяются денатурирующие агенты для дезинфекции (формалин, спирт). Ферменты используются в пищевой, легкой и химической промышленности для ускорения процессов (например, ферменты для осветления соков, для получения сыра).

Активность ферментов зависит от температуры: сначала она возрастает с увеличением температуры, достигая оптимума (обычно \( 37-40^{\circ}\text{С} \)), а затем, при дальнейшем повышении, резко падает из-за денатурации белковой молекулы фермента.

Повышение температуры тела выше \( +40^{\circ}\text{С} \) опасно, так как вызывает денатурацию большинства белков-ферментов и других функциональных белков организма. Нарушение их пространственной структуры ведет к потере их биологической активности, что может привести к сбою обмена веществ и гибели клетки или организма.

Биологическая функция белка (например, катализ ферментом или регуляторное действие гормона) напрямую зависит от его уникальной пространственной конфигурации (вторичной, третичной и четвертичной структур). Разрушение этой структуры (денатурация) изменяет активный центр фермента или форму гормона, делая невозможным взаимодействие с субстратом или рецептором, что приводит к потере физиологической активности.

Ренатурация белка (восстановление природной структуры) не всегда возможна, если воздействие, вызвавшее денатурацию, было слишком сильным и продолжительным. В таких случаях происходят необратимые изменения, например:

• Разрушение не только слабых водородных связей, но и более прочных связей, стабилизирующих третичную структуру.
• Агрегация или слипание денатурированных белковых молекул.

Если разрушена первичная структура (разорваны пептидные связи), ренатурация невозможна.