Вопрос о том, что именно является строительным материалом для белков, — один из базовых в биологии и химии. Если отвечать коротко: да, мономерами белков являються аминокислоты. Это непреложный научный факт. Однако, чтобы понять суть этого утверждения, недостаточно просто сказать «да». Давайте разберем подробно, почему это так, как устроены эти вещества и как именно из них собираются сложные белковые молекулы.
Что такое мономер и что такое полимер?
Чтобы разобраться в строении белка, нужно понимать принцип полимеризации. В химии и биологии:
- Мономер, это простое, низкомолекулярное вещество, способное соединяться с такими же веществами и образовывать длинные цепи.
- Полимер — это сложная, высокомолекулярная цепочка, состоящая из множества повторяющихся мономеров.
- Олигомер — промежуточное звено, короткая цепочка из нескольких мономеров.
Белки, это биологические полимеры. Следовательно, они должны состоять из мономеров. И этими мономерами выступают именно аминокислоты.
Что такое аминокислоты?
Аминокислоты — это органические соединения, которые участвуют в образовании белков, синтезе гормонов, росте и развитии организма. Молекула каждой аминокислоты имеет в своем составе две ключевые функциональные группы:
- Аминогруппа (-NH2), дает молекуле основные (щелочные) свойства.
- Карбоксильная группа (-COOH) — дает молекуле кислотные свойства.
Именно наличие и кислотной, и основной групп в одной молекуле (поэтому они называются амфотерными) позволяет аминокислотам легко реагировать друг с другом. Общий остов у всех аминокислот одинаков, а различаются они благодаря радикалу (R-группе), который определяет уникальные свойства каждой из них. В природе существует множество аминокислот, но в синтезе белков живых организмов участвуют всего 20 стандартных (протеиногенных) аминокислот.
Как из мономеров (аминокислот) образуется полимер (белок)?
Процесс соединения аминокислот происходит посредством реакции конденсации. В ходе этой реакции:
- Карбоксильная группа одной аминокислоты сближается с аминогруппой другой.
- Между ними отщепляется молекула воды (H2O).
- Образуется прочная ковалентная связь, которая называется пептидной связью.
Когда соединяются две аминокислоты, образуется дипептид, три — трипептид. Если в цепочке от 10 до 50 аминокислот, ее обычно называют полипептидом или олигопептидом. А когда цепочка становится длинной (от 50 до нескольких тысяч аминокислот) и обретает сложную пространственную структуру, она называется белком. Таким образом, белок — это длинный полипептид.
Обратный процесс: гидролиз
Реакции гидролиза подвергаются самые различные вещества. Так в процессе пищеварения происходит гидролиз (расщепление) белков: под действием ферментов и воды пептидные связи рвутся, полимер распадается на исходные мономеры, аминокислоты, которые организм может усвоить и использовать для синтеза собственных белков.
Почему возникает сомнение: «да или нет»?
Иногда у студентов и интересующихся биологией людей возникают сомнения по этому поводу. С чем они связаны?
Белок — это не просто нить из бус
Некоторые считают, что называть аминокислоты мономерами слишком упрощенно. Проблема в том, что линейная цепочка из аминокислот (первичная структура) — это еще не готовый белок. Чтобы белок начал работать, эта цепочка должна свернуться в спираль (вторичная структура), затем в сложный клубок (третичная структура), а иногда объединиться с другими такими же клубками (четвертичная структура). Тем не менее, химическая основа (скелет) белка — это всегда полимер из аминокислот, поэтому термин «мономер» здесь абсолютно корректен.
Существуют небелковые аминокислоты
В организме человека и других живых существ есть аминокислоты, которые не входят в состав белков (например, ГАМК — гамма-аминомасляная кислота, важный нейромедиатор). Они выполняют другие функции: участвуют в синтезе гормонов, передаче нервных импульсов и росте организма. Но это не отменяет того факта, что именно 20 протеиногенных аминокислот являются мономерами для строительства белков.
На вопрос «Мономерами белков являются аминокислоты да или нет?» можно и нужно отвечать утвердительно. Да! Аминокислоты — это уникальные органические мономеры, которые, соединяясь пептидными связями в строгой последовательности, формируют полимеры — белки, выполняющие в нашем организме миллионы важнейших функций, от катализа химических реакций (ферменты) до защиты от инфекций (антитела).