11.Общая характеристика класса растительных белков. Белки растений, их состав, структура и функции.
Белки — высокомолекулярные азотистые органические вещества, построенные из аминокислот и играющие фундаментальную роль в структуре и жизнедеятельности организмов. Белки – основная и необходимая составная часть всех организмов. Именно Белки осуществляют обмен веществ и энергетические превращения, неразрывно связанные с активными биологическими функциями. Сухое вещество большинства органов и тканей человека и животных , а также большая часть микроорганизмов состоят главным образом из белков (40-50%), причем растительному миру свойственно отклонение от этой средней величины в сторону понижения, а животному – повышения. Микроорганизмы обычно богаче белком (некоторые же вирусы являются почти чистыми белками). Таким образом, в среднем можно принять, что 10% биомассы на Земле представлено белком, то есть его количество измеряется величиной порядка 10 12 — 10 13 тонн. Белковые вещества лежат в основе важнейших процессов жизнедеятельности.
При изучении состава белков было установлено, что все они построены по единому принципу и имеют четыре уровня организации: первичную, вторичную, третичную, а отдельные из них и четвертичную структуры.
Представляет собой линейную цепь аминокислот (полипептид), расположенных в определенной последовательности с четким генетически обусловленным порядком чередования и соединенных между собой пептидными связями.
Вторичной структурой называют конформацию, которую образует полипептидная цепь, соединенная водородными связями. Для высокомолекулярных белков характерна структура спирали.
Третичная структура формируется в результате нековалентных взаимодействий (электростатические, ионные, силы Ван-дер-Ваальса и др.) боковых радикалов, обрамляющих a-спирали и b-складки, и непериодических фрагментов полипептидной цепи. Среди связей, удерживающих третичную структуру, следует отметить:
а) дисульфидный мостик (–S–S–) между двумя остатками цистеина;
б) сложноэфирный мостик (между карбоксильной группой и гидроксильной группой);
в) солевой мостик (между карбоксильной группой и аминогруппой);
г) водородные связи между группами -СО — и -NH-;
Третичной структурой объясняется специфичность белковой молекулы, ее биологическая активность.
Четвертичная структура ( клубок белков)
Четвертичная структура стабилизируется в основном силами слабых воздействий:
а) водородная; б) гидрофобная; в) ионные; г) ковалентные (дисульфидные, пептидные)
Белки выполняют чрезвычайно важные и многообразные функции. Это возможно в значительной мере благодаря разнообразию форм и состава самих белков. Одна из важнейших функций белковых молекул — строительная (пластическая). Белки входят в состав всех клеточных мембран и органоидов клетки. Преимущественно из белка состоят стенки кровеносных сосудов, хрящи, сухожилия, волосы и ногти. Громадное значение имеет каталитическая, или ферментативная, функция белков. Специальные белки — ферменты способны ускорять биохимические реакции в клетке в десятки и сотни миллионов раз. Известно около тысячи ферментов. Каждая реакция катализируется своим особым ферментом. Подробнее вы узнаете об этом ниже. Двигательную функцию выполняют особые сократительные белки. Благодаря им двигаются реснички и жгутики у простейших, перемещаются хромосомы при делении клетки, сокращаются мышцы у многоклеточных, совершенствуются другие виды движения у живых организмов. Важное значение имеет транспортная функция белков. Так, гемоглобин переносит кислород из легких к клеткам других тканей и органов. В мышцах эту функцию выполняет белок миоглобин. Белки сыворотки крови способствуют переносу липидов и жирных кислот, различных биологически активных веществ. Транспортные белки в наружной мембране клеток переносят различные вещества из окружающей среды в цитоплазму. Специфические белки выполняют защитную функцию. Они предохраняют организм от вторжения чужеродных белков и микроорганизмов и от повреждения. Так, антитела, вырабатываемые лимфоцитами, блокируют чужеродные белки; фибрин и тромбин предохраняют организм от кровопотери. Регуляторная функция присуща белкам — гормонам. Они поддерживают постоянные концентрации веществ в крови и клетках, участвуют в росте, размножении и других жизненно важных процессах. Например, инсулин регулирует содержание сахара в крови. Белкам присуща также сигнальная функция. В мембрану клетки встроены белки, способные изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача информации в клетку. Белки могут выполнять энергетическую функцию, являясь одним из источников энергии в клетке.
Белки, или, как их иначе называют, протеины, имеют очень сложное строение и являются наиболее сложными из питательных веществ. Белки — обязательная составная часть всех живых клеток. В состав белков входят: углерод, водород, кислород, азот, сера и иногда фосфор. Наиболее характерно для белка наличие в его молекуле азота. Другие питательные вещества азота не содержат. Поэтому белок называют азотосодержащим веществом.
Источник
Неожиданные взаимодействия белков, необходимые для создания цветов Ars Technica
Плюсы и минусы сверхурочной работы Взятие дополнительной работы в дополнение к работе на полную ставку вызывает горячие споры. Но в биологии сверхурочная работа не редкость, поскольку отдельные белки часто выполняют несколько функций. В течение многих лет ученые знали, что необычный белок цветочного органа (НЛО) создает дополнительное освещение.
Основываясь на структуре белка, считается, что его роль в растениях заключается в нацеливании белков на разрушение. Но он также работает с белком листьев (LFY), помогая формированию цветов. Группа ученых из Франции пролила свет на то, как этот белок выполняет две функции.
Цветы и НЛО
Когда дело доходит до формирования цветка, лиственный белок (LFY) является реальным фактором. Цветы состоят из частей, называемых чашелистиками, лепестками, тычинками и плодолистиками, собранными в мутовки. Белок LFY, действуя отдельно или в сочетании с другими белками, отвечает за активацию генов, необходимых для формирования каждой из этих частей. LFY в сочетании с UFO помогает сформировать лепестки и тычинки.
Согласно изучать Ведущий автор, Франсуа Барси из CNRS и Университета Гренобль-Альп, сказал, что причина, по которой потребовалось более 25 лет, чтобы выяснить механизм UFO-LFY, заключалась в «вводящей в заблуждение природе белка UFO».
Инородное тело принадлежит к группе примерно из 700 белков, характеризующихся набором аминокислот, называемым доменом F-box, который регулирует уровни других белков. По словам Барси, инородное тело помечает другие белки для уничтожения: «Оно помещает химическую метку на белок, выбранный для деградации. [some] Клеточные машины, называемые [a] Протеасома распознает метку и разрезает белок на сотни частей».
Таким образом, вы могли бы ожидать, что UFO также означает LFY для разрушения. В норме он также должен разрушать белок LFY. Однако в случае LFY мы обнаружили, что у инородного тела была совершенно другая функция — связывание с участком ДНК, к которому не мог получить доступ только LFY.
Когда встречаются LFY и НЛО, они прикрепляют ДНК к генам, необходимым для образования лепестков и тычинок.
Парси и его команда начали свои исследования четыре года назад с массового производства белка инородного тела в клетках насекомых. «Это была довольно сложная задача, потому что инородное тело — один из самых сложных белков для искусственного производства», — сказал Барси.
Везде, где есть цветы
Получается, что для работы с LFY инородному телу не нужно разрушать другие белки. Затем мы модифицировали его, удалив домен F-box, ответственный за деградацию белков-партнеров. К нашему удивлению, мы обнаружили, что даже несмотря на то, что его предполагаемая основная функция была удалена, белок по-прежнему хорошо работает с белком LFY», — сказал Барси.Эксперимент показал, что белок UFO выполняет несколько других функций, кроме нацеливания белков на разрушение.
Это дополнение, по-видимому, связано с изменением последовательностей ДНК, за которые цепляется Леви. Исследователи получили трехмерную структуру взаимодействия между LFY и UFO и областями ДНК, с которыми они связываются, с помощью электронной микроскопии. По словам Парси, когда UFO и LFY работают вместе, они могут цепляться за участки ДНК, ответственные за формирование лепестков и тычинок. Ни один из этих белков не может зацепиться за эту ДНК самостоятельно.
«Это означает, что, хотя каждый белок имеет способность слабо касаться участка ДНК, в сочетании он увеличивает его силу, вызывая взаимодействие с новой матрицей ДНК», — сказал он.
Ассоциация LFY-UFO присутствует у всех цветковых растений. Также в рисе два белка, LFY и UFO, слипаются, позволяя им связывать новые области ДНК, что приводит к развитию части растения, несущей зерна, называемой метелкой.
что ты здесь делаешь?
По словам Парси, в настоящее время мы не знаем, почему белок UFO продолжает обладать доменом F-box, который не играет никакой роли в его взаимодействии с LFY.
«Если бы этот домен был совершенно бесполезен, эволюция удалила бы его. Тот факт, что он все еще существует, означает, что его роль еще предстоит выяснить. Возможно, НЛО играет роль в разрушении других белков. Мы не знаем. Но что мы можем сказать наверняка, так это то, что эта функция не нужна для изготовления лепестков и тычинок».
Однако это не единственная загадка, окружающая цветы. Одна из больших загадок заключается в том, что вызвало происхождение цветов, особенно учитывая, что связь между LFY и НЛО, по-видимому, возникла еще до появления первого цветка. Наше исследование показывает, что этот механизм обмена уже присутствовал у голосеменных растений, таких как хвойные, а также у папоротников. «Должно быть, у нее была другая роль, когда не было цветов», — сказал Барси.
Хотя существуют гипотезы о том, почему цветы возникли более 130 миллионов лет назад, ответ остается неясным.
НЛО — не единственный белок, выполняющий дополнительную работу. По словам Кристин Фоер, профессора наук о растениях Бирмингемского университета, многие белки выполняют важные функции в дополнение к тем, для которых они были впервые описаны.
сказал Фойер, который не участвовал в исследовании.
Источник
Статья «Понятие и функции белков в растительных организмах»
Белки — это высокомолекулярные органические соединения, мономерами которых являются аминокислоты. По химическому строению белки являются самыми сложными из всех имеющихся в природе. В растениях белки содержатся в меньшем количестве, чем углеводы, но играют жизненно важные функции.
В зависимости от выполняемых функций белки растений подразделяются на протоплазменные, резервные и защитные.
Белки в растительном организме выполняют следующие функции:
1. Строительную функцию, или структурную. Белки являются основным строительным материалом протоплазмы живых клеток. Структурные белки вместе с липидами участвуют в построении клеточных мембран, органоидов клетки.
2.Ферментативную, или каталитическую. Белки играют важную роль в обмене веществ растений. Они способны ускорять те или иные химические превращения, которые протекают в клетках растений.
3.Транспортную функцию. Входя в состав клеточных цитоплазматических мембран, белки способствуют транспорту различных веществ и энергии. только специальные транспортные белки помогают проникать внутрь клетки таких важных веществ, как аминокислоты, сахара, ионов щелочных металлов. Участвуют в обмене инов калия и натрия.
4. Двигательная функция. Несмотря на то, что растения ведут прикреплённый образ жизни, они двигаются, эти движения называют таксисами. Некоторые белки обеспечивают эти движения, например, распускание цветков, движения листьев к солнечному свету и т.д.
5. Резервную, или запасающую функцию. Белки способны накапливаться в некоторых частях растений, например, в зернах пшеницы и др. Соответственно это имеет очень важную роль в питании животных и человека.
6.Защитную функцию. Среди белков растений есть и защитные, которые ингибируют действие некоторых ферментов, образуя с ними устойчивые комплексы. Белки-ингибиторы защищают от грибковых и бактериальных инфекций и от поражения насекомыми-вредителями. Также следует упомянуть стрессовые белки, которые синтезируются в растений, чтобы переносить неблагоприятные условиях окружающей среды.
7. Регуляторную функцию. В ядрах клеток растений есть белки-гистоны, которые участвуют в эпигенетической регуляции таких процессов, как транскрипция, репликация и репарация.
8. Рецепторную функцию. Можно выделить еще и рецепторную функцию белков, как отдельную функцию от транспортной. В плазматической мембране встроены, так называемые мембранные белки, или белки-рецепторы. Именно они способны передавать сигнал от гормонов внутрь клетки и давать ответную реакцию.
Таким образом, в растениях белки играют важную роль, которая не под силу другим веществам, входящим в состав растительного организма.
Источник