Биохимия нейрона
Напомню, что белки – это полимеры – молекулярные «бусы», состоящие из «бусин»-мономерных аминокислот. Каждая аминокислота имеет: аминную группу, карбоксильную группу и радикал.
Всего в состав белков входят 20 типов аминокислот, которые различаются лишь радикалами. Самый простой из радикалов водород даёт нам аминокислоту, которая называется глицин.
Полимеризация аминокислот с образованием белка происходит за счёт связывания COOH-группы предыдущей аминокислоты с NH2 следующей (такая связь называется пептидной).
В результате появляются линейные цепочки, состоящие из сотен аминокислот (100 аминокислот уже белок, меньше ста ещё пептид).
Итоговая аминокислотная цепь – это первичная структура белка. Радикалы не принимают участия в её формировании. Средняя длина белка 300–700 аминокислот. У каждого белка своя уникальная структура, свой набор и порядок аминокислот.
Рисунок 38 Белок
Следующий этап – формирование вторичной структуры белка. Она происходит за счёт присутствия довольно больших зарядов внутри аминокислот: положительного на аминной группе и отрицательного на карбоксильной.
Под влиянием этих зарядов первичная структура начинает сворачиваться. Самый известный способ свёртывания – это спираль. На каждом витке такой спирали примерно три аминокислоты. Радикалы при этом вновь не участвуют.
На третьем этапе спираль сворачивается в белковый клубок. Его образование происходит за счёт взаимодействия радикалов. Они же все могут быть разными и положительными, и отрицательными. Именно в таком состоянии белок становится молекулярной белковой машиной. Теперь он способен работать, например, схватить какую-нибудь молекулу и что-нибудь с ней сделать.
Как это происходит. Благодаря своей химической структуре белок способен производить захват молекулы-мишени (лиганда), для каждого белка мишень своя. Белок подстраивается под свою мишень по принципу ключ-замок. После этого он способен выполнять с лигандом те или иные действия.
По типу операций с лигандом белки подразделяются на:
- • Белки-ферменты
- • транспортные белки
- • белки-каналы (насосы)
- • двигательные, защитные, строительные и др.
Как работает расщепляющий пищевой белок-фермент.
1. Захватить лиганд.
2. Разорвать его.
3. Отпустить.
А бывает наоборот – синтез новых веществ:
1. Захватить два лиганда.
2. Соединить их.
3. Отпустить.
Транспортный белок, например, гемоглобин работает так. Схватил кислород, перенёс его, отпустил и опять в лёгкие за новым кислородом.
В организме работает около 5000 групп ферментов.
Применительно к теме нервных клеток нам особенно интересны белки-каналы и белки-насосы.
Простейшие «открытые» белки–каналы условно представляют собой трубки, встроенные в мембрану клетки. через них может идти диффузия как правило строго определённых мелких частиц – молекул H2O, ионов K+, Na+ и прочих (то, что делает мембрану полупроницаемой и является основой для осмоса).
Большинство же каналов не такие простые, а со створкой – его отверстие перекрыто
петлёй-створкой (канал закрыт). Но при определённых условиях створка может
открываться, разрешая диффузию. Условия открытия могут быть разные – влияние
химических веществ (гормонов), электрического потенциала или давления.
Работа белка-насоса:
Рисунок 39 Работа белка-насоса
Есть ещё одна группа белков – это белки–рецепторы. Будучи встроенными в мембрану клетки (например, в месте синапса), они выполняют информационные функции. Лиганд в этом случае – сигнал об определённом событии во внешней межклеточной среде. Присоединяя лиганд белок-рецептор запускает ответную реакцию клетки влияя на её белки-каналы, насосы, ферменты.
Простейшие открытые каналы и белки–каналы со створкой являются пассивными элементами – они либо пропускают через себя микрочастицы, либо нет. А вот каналы-насосы способны выполнять работу (как и белки-ферменты, и белки-рецепторы). Такой насос захватывает лиганд с одной стороны мембраны и переносит его на другую. Такая работа уже требует затрат энергии. Для получения этой энергии белок умеет получать её от АТФ, отрывая от неё один или два остатка фосфорной кислоты.
Белки, потребляющие энергию АТФ для выполнения какой-либо работы, часто обобщённо называют – аденозинтрифосфата́зы (АТФ-азы).