Белки составляют значительную часть сухого вещества клетки и выполняют каталитическую, структурную, транспортную, двигательную, защитную, рецепторную и регуляторную функции. Разнообразие функций связано с тем, что каждая белковая молекула имеет определённый аминокислотный состав, последовательность и пространственную форму.
Аминокислоты — мономеры белков
Белок — биополимер, цепь которого построена из остатков аминокислот. Общую часть аминокислоты можно записать как H₂N-CH(R)-COOH. С одним атомом углерода связаны:
аминогруппа -NH₂;
карбоксильная группа -COOH;
атом водорода;
боковая цепь, или радикал R.
Именно радикал различается у разных аминокислот. Он может быть заряженным, гидрофобным, содержать гидроксильную группу, ароматическое кольцо или атом серы. Поэтому радикалы по-разному взаимодействуют с водой и друг с другом и определяют свойства будущего белка.
В построении белков обычно участвуют 20 основных аминокислот. Растения и многие микроорганизмы способны синтезировать все необходимые им аминокислоты. Некоторые аминокислоты животные и человек должны получать с пищей; их называют незаменимыми. Пищевые белки расщепляются до аминокислот, после чего клетки строят из них собственные белки. Состав белка пищи не означает, что он в неизменном виде становится белком организма.
Некоторые сложные белки включают небелковый компонент. Например, гемоглобин содержит белковые цепи и гем с ионом железа, который участвует в связывании кислорода.
Пептидная связь и первичная структура
Карбоксильная группа одной аминокислоты взаимодействует с аминогруппой другой. При этом выделяется молекула воды и образуется пептидная связь -CO-NH-. Две соединённые аминокислоты образуют дипептид, несколько — олигопептид, а длинная неразветвлённая цепь — полипептид.
Первичная структура белка — точная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Она задаётся последовательностью нуклеотидов гена. Замена даже одного остатка иногда меняет сворачивание и свойства молекулы, потому что новый радикал вступает в другие взаимодействия.
Двадцать типов аминокислот подобны алфавиту: изменение длины цепи и порядка «букв» создаёт огромное множество белков. Однако цепь не остаётся прямой — она сворачивается в определённую конформацию.