Что такое белки, и чем эти вещества отличаются от любых других?

Если сказать одним словом, то белок в живом организме – это все. Из белков построено наше тело, причем разные ткани – из разных белков. Например, в коже, сухожилиях, хрящах и костях содержится белок коллаген, в стенках кровеносных сосудов – белок эластин. Мышцы способны сокращаться только благодаря тому, что в них есть сократительные белки миозин и актин. Белки-гормоны управляют всеми жизненными процессами в организме, ростом и размножением. Без белков-ферментов невозможны никакие биохимические реакции (а живой организм остается живым только до тех пор, пока в нем ежесекундно осуществляется бесчисленное множество биохимических реакций). Транспортные белки переносят нужные вещества в различные ткани и органы; например, гемоглобин – это транспортное средство для кислорода и углекислоты. Есть в организме и белки-спасатели. Например, белок фибриноген, растворенный в крови; он бесцветен и невидим, но как только где-то повреждается кровеносный сосуд и возникает кровотечение, фибриноген в этом месте быстро превращается в белые нити фибрина и «затыкает» отверстие в стенке сосуда (словно ватным тампоном). А когда в организм попадает какой-то чужеродный агент (например, микроб), иммунная система вырабатывает для защиты от него антитела – а это тоже белки.

Строение белка рибонуклеазы

Строение белка:

1 – вторичная структура (спираль);

2 – третичная структура (глобула);

3 – четвертичная структура (комплекс глобул)

Всего в организме человека имеется более 5 миллионов типов белковых молекул. У каждого человека есть белки точно такие же, как у всех остальных людей: мужчин и женщин, детей и стариков, негров в Африке, индейцев в Америке, китайцев, эскимосов – всех, всех, всех; другие белки свойственны только этому человеку, но очень похожи на белки его мамы, папы, брата или сестры. Точно так же обстоит дело со всеми животными и растениями: например, у каждого медведя есть общие «медвежьи» белки, а есть его «личные», и у каждой березы есть белки, свойственные всем березам, а есть характерные только для этой березы.

И для построения всех белков, какие только встречаются в живой природе, требуется всего лишь около 20 различных аминокислот! При этом число аминокислот в составе белка может быть любым – например, гормон окситоцин составлен всего лишь из девяти аминокислот, а белок гемоглобин, находящийся в эритроцитах (красных клетках крови), – из 600 аминокислот. Но все они относятся только к 20 «видам».

Как такое может быть? Но ведь в алфавите тоже только 33 буквы, а сколько слов из них можно составить! Правда, все-таки не миллионы, но ведь количество букв в слове ограничено, а количество аминокислот в белках – нет.

Последовательность аминокислот в белке называется первичной структурой. Кроме нее, белок имеет еще вторичную, третичную, а иногда и четвертичную структуру. Вторичная структура возникает потому, что большинство белков имеет вид спирали. Эта спираль может быть скручена в клубок (глобулу) – так образуется третичная структура. Некоторые белки, например гемоглобин, представляют собой сложный комплекс из нескольких глобул – это четвертичная структура.

В живом организме из аминокислот постоянно строятся новые белки. Причем даже очень сложная молекула белка образуется в живой клетке всего за 2–3 секунды. Но для искусственного создания белка потребовались многолетние опыты и сложнейшая аппаратура, да и то на сегодня ученые научились создавать лишь некоторые, далеко не самые сложные белки. Очень трудно получить белок вне клетки!

Но еще более сложная задача – создать в лаборатории такие условия, какие предположительно были на древней Земле (когда не было никаких клеток, а уж тем более ученых), и посмотреть, не вмешиваясь в этот процесс, как белок образуется «сам».

Вот что сделал в этом направлении американский ученый профессор Сидней Фокс: смешал в колбе искусственно полученные аминокислоты и «запек» их в «вулканической лаве». Получились длинные белковоподобные молекулы-полимеры, цепочки из аминокислот, соединившихся друг с другом.

Нет, это не был полноценный белок, и из него нельзя было бы построить простейший живой организм, то есть структурную единицу живого – клетку. И тем не менее это получившееся вещество можно назвать «предживым». Во-первых, его, как оказалось, можно было есть, что и сделали не раздумывая лабораторные крысы, когда ученый «угостил» их результатами своих опытов. Во-вторых, когда профессор Фокс бросил комочек этого вещества в воду, а потом посмотрел в микроскоп, то увидел он следующее: этот «предбелок» собрался в капельки – микросферы. И эти капельки вели себя так, что можно было подумать, что они живые: съеживались, когда в воду добавили кислоту, сливались между собой и снова разъединялись (как бы делились) и даже окружали себя тонкой пленкой – мембраной, которая есть у настоящей клетки и которая нужна для того, чтобы не пропускать внутрь клетки вредные для нее вещества.

Коацерваты

Еще раньше, до опытов Фокса, в 20-х гг. ХХ века А. И. Опарин (о котором мы уже упоминали) предположил, что нечто подобное происходило на Земле, то есть что жизнь зародилась самопроизвольно из неживой (неорганической) материи в «первичном бульоне» (мировом океане). Он ставил опыты с высокомолекулярными органическими веществами и обнаружил, что они образуют в водной среде капельки, обособленные от этой самой среды. Опарин назвал эти капельки коацерватами (это слово в переводе с латыни означает «сгусток»).