от вторжения других организмов и предотвращающие различные повреждения. Так, при проникновении в организм антигенов — белков или других веществ, чужеродных для данного вида, в сыворотке крови образуются специализированные белки — иммуноглобулины (антитела), вырабатываемые лимфоцитами (иммунная реакция). Антитела связывают антигены и обеспечивают их выведение. Молекулы антител формируются в специализированных клетках — лимфоцитах и способны соединяться с антигенами, образуя комплекс антиген-антитело. Антитела обладают высокой специфичностью в отношении чужеродных белков.

Клеточную или физиологическую активность регулируют так назы-иасмые регуляторные белки, например, репрессоры, которые упорядочивают биосинтез ферментов в бактериальной клетке. Белки, выполняющие одинаковые функции у различных видов животных, называются гомологичными. Иллюстрация — цитохром С — железосодержащий митохондриальный белок (М.м. около 12500, цепь состоит из 100 аминокислот), участвующий в качестве переносчика электронов в процессах биологического окисления в эукариогических клетках. Этот фермент, вне зависимости от вида, содержит в 27 положениях одинаковые — инвариабельные аминокислоты, в других положениях они могут варьировать без заметного эффекта на ферментативную функцию.

Белки делятся на фибриллярные — имеющие вытянутые полипеп-гидные цепи, образующие нити или слои, и глобулярные, пептидная цепь которых свернута в глобулы. Большинство ферментов — это глобулярные белки. К фибриллярным белкам относятся — «-кератины, образующие наружные защитные покровы позвоночных. Главные фибриллярные белки соединительных тканей — коллаген и эластин. Соединительные ткани состоят, также из протеогликанов — белков, кова-лентно связанных с полисахаридами. Толстые нити скелетной мышцы образуют регулярно уложенные в виде пучка молекулы миозина, представляющие собой очень длинные палочковидные молекулы с «хвостом» из двух а-спиральных полипептидов (М.м. миозина порядка 450000). С толстыми нитями тесно взаимодействуют тонкие, состоящие из белка актина (две формы — фибриллярная и глобулярная). Важно, что в сократительной системе мышцы толстые нити миозина и тонкие нити актина уложены параллельно и благодаря скольжению тонких нитей вдоль толстых (скольжение индуцируется Са2+ и некоторыми мышечными

94

Глава Л Общие и теоретические проблемы фармаклюеии

белками) происходит сокращение скелетной мышцы. Глобулярные белки: гемоглобин, главные функции — связывание и высвобождение кислорода, углекислого газа и протонов (С02 и Н*— конечные продукты клеточного дыхания, см. 1-3. Е. 1.6), миоглобин — небольшой (М.м. 16700) кислород.связывающий белок, функцией которого является создание запаса кислорода и перенос его в митохондрии, цитохром С (см. выше) — компактная глобула с гидрофильными группами, направленными наружу и гидрофобными — внутрь структуры, лизоцим — фермент яичного белка и слез, катализирующий гидролитическое расщепление полисахаридов, рибонуклеаза ~ фермент, катализирующий гидролиз некоторых связей рибонуклеиновых кислот. И, в заключение, несколько слов о химическом строении и структуре белков. Несмотря на то, что функции белков в организме чрезвычайно многообразны, химическое их строение весьма сходно — это полилептиды и главная структурная компонента — это остаток «-аминокислоты, соединенный с другими а-аминокислотами за счет амидных связей, образующихся с участием амино- и карбоксильных групп.

R Я" —N—CH-C—N—ен—С— Н ОН О

В структуре белковых молекул идентифицированы 20 различных а-аминокислот (см. таблицу в 1-3.Е t в). Из 20 аминокислот можно составить бесконечное число белковых цепей с различным количеством и разной последовательностью а-аминокислот. Кроме того, пространственная структура белковых молекул может быть самой разнообразной. Индивидуальную структуру каждого белка, определяющуюся тем, какие аминокислоты и в какой последовательности соединены между собой, называют первичной структурой белка. Белковые молекулы складываются в пространстве, образуя спирали или складки, т.е. создают регулярную конформацию остова полипептндной цепи — эта конформация называется вторичной структурой белка. Боковые радикалы близлежащих и удаленных друг от друга аминокислотных остатков взаимодействуют между собой и создают трехмерную структуру, называемую третичной структурой белка, которая стабилизируется водородными связями, электростатическим притяжением (СОО" и NH* — на концах цепи), гидрофобными взаимодействиями (гидрофобные остатки R отталкиваются от водной фазы и стремятся собраться поблизости друг от друга, например, внутри глобулярной структуры, где они защищены от контакта с водой). Стабилизация трехмерной структуры осушествляет-

1-3. Некоторые проблемы биохимии

95

ся также за счет образования ковалентных поперечных связей — чаше всего это дисульфидные S-S-связи. И, наконец, субъединицы олигомер-ных белков (многие из них имеют не одну, а ряд полипептидных целей), функционируют как единое целое и объединены взаимодействием боковых радикалов, принадлежащих разным цепям. Для таких олигомерных белков выделяют еше четвертичную структуру — способ совместной укладки и упаковки этих цепей с образованием нативной конформации белка. Хорошим примером такого белка является фермент — пируват-дегидрогеназный митохондриальный комплекс, представляющий собой ансамбль из трех ферментов (в общей сложности 72 белковые цепи).

1-3.Б. Ферменты

Хотя ранее уже неоднократно упоминалось о проблемах ферментативной активности в живом организме, некоторые функции ферментов, сведения об их представителях, их структуре, причинах специфичности и необычайно высокой каталитической активности, следует расемотреть отдельно и несколько упорядочить.

Ферменты — это специализированные белковые молекулы, являющиеся мощными катализаторами химических реакций, по своей активности несравнимо более эффективными, чем синтетические катализаторы. Ферменты катализируют множество многосталийных реакций, в процессе которых протекает расщепление молекул питательных веществ, запасается и преобразуется химическая энергия и простые Молекулы трансформируются в макромолекулы, входящие в состав клетки. Важнейшее свойство ферментов — способность многократно ускорять химические процессы, причем это ускорение достигает огром-пых цифр — скорость реакций в условиях ферментативного катализа повышается в 108-10:п раз. Главные причины такого ускорения могут быть сведены к следующему: взаимодействие белковой молекулы с относительно низкомолекулярными субстратами приводит к тому, что возникают фермент-субстратные комплексы, в которых атакуемые связи располагаются весьма близко к атакующей группе, причем имеет место оптимальная ориентация взаимодействующих фрагментов. Отсюда — повышается вероятность достижения переходного состояния, снижается его энергия, соответственно снижается свободная энергия активации процесса и, как результат, повышается скорость реакции. Другой причиной облегчения (энергетического) достижения переходного состояния является возможнос