За последнее время в биохимии сформировалась новая самостоятельная наука, которая (получила название молекулярной биологии.
Десятилетия упорной работы исследователей, предшествовавшие ее появлению, были яркой страницей в истории биологической науки.
Однако многое еще оставалось невыясненным. Ученые знали, что биохимические реакции в организме ускоряются с помощью ферментов, но как это происходит, какие особенности структуры молекулы фермента заставляют ее работать как ускоритель реакции, оставалось неизвестным. Подобного рода «белые пятна» были не только в науке о ферментах — энзимологии, но и в биохимической генетике и в других отраслях биохимии. Иначе говоря, биохимия вплотную подошла к решению своей главной задачи — исследованию основ жизнедеятельности организма на уровне отдельных молекул. Так возникла молекулярная биология.
Чтобы представить себе, как происходят биохимические процессы, в которых участвуют различные биологические молекулы, необходимо было прежде всего получить представление об их структуре. В этом биохимикам очень помогли новые методы исследований физики, физической и органической химии. Многие методы были усовершенствованы, специализированы для решения узких задач и стали повседневным явлением в современных биохимических лабораториях.
Но изучение структуры молекул живого — не единственная цель, которую преследуют ученые, работающие в области молекулярной биологии. Их интересует активная, действующая, функционирующая структура; биологическая роль молекул, принимающих участие в основных процессах жизнедеятельности.
Если взять в руки один из номеров современных журналов, в которых публикуются статьи по молекулярной биологии, то сразу бросается в глаза, что многие из них посвящены изучению структуры и функции макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Исключительный интерес к ним объясняется их уникальными функциями. В предыдущих статьях сборника уже говорилось, что нуклеиновые кислоты в живой клетке являются хранителями генетической информации, материальной основой наследственности.
Белки — основа живого
Белки играют основную роль в жизнедеятельности организма, выполняя в нем различные важнейшие функции.
В любой живой клетке — бактериальной или высокоорганизованного животного — протекают тысячи разнообразных биохимических реакций, которые ускоряются катализаторами — ферментами, веществами белковой природы. Каталитическая функция — одна из важнейших функций, выполняемых белковыми молекулами. По всей видимости, эта функция в организме является исключительной привилегией белков, так как до сих пор не обнаружено ферментов небелковой природы.
Белки составляют основную массу органического вещества клетки. Однако далеко не все они участвуют в ферментативных реакциях. Особые белки, выполняющие структурную функцию, вместе с другими веществами — жирами (липидами), углеводами и нуклеиновыми кислотами образуют в клетке оболочку, ядро, митохондрии, рибосомы и другие ее структурные элементы. В этом случае белки выступают как первичный строительный материал клетки. Белковые молекулы, входящие в состав вирусов, кроме структурных, выполняют еще и защитные функции, предохраняя вирусные нуклеиновые кислоты от внешних воздействий и помогая им проникать внутрь живой клетки.
Очень важная, хотя и несколько специализированная функция белков — функция механического сокращения. Когда сократительные белки мышц, так называемые актомиозины, сокращаются, то они способны производить механическую работу. Подвижность всего живого на Земле, от простейших организмов до высокоорганизованных животных, — это результат механической работы, производимой сократительными белками.
У белков имеются и другие функции, например, способность обусловить состояние иммунитета. Иммунитет — это эволюционно сложившаяся защитная реакция организма. Если ввести в ткани животного чужеродный белок — белок другого организма, или ядовитый белок, вырабатываемый болезнетворными бактериями, то в первом организме начинают синтезироваться белковые вещества, которые нейтрализуют ядовитые, неспецифические белки. Состояние иммунитета возникает после инфекционных заболеваний и делает организм невосприимчивым к повторной инфекции.
Перечисленных функций вполне достаточно, чтобы убедиться в уникальной роли белков, которую они играют в процессах жизнедеятельности. Какие же характерные особенности строения белков обеспечивают их биологическую активность? Прежде чем ответить на этот вопрос, необходимо познакомиться со структурой белковых молекул.