Белтъци

Белтък или белтъчина (наричан още протеин) е колективен термин за биологически важни макромолекули, изградени чрез поликондензирането на отделни аминокиселини.

Белтъците са един от основните градивни компоненти на живите клетки, както и на вирусните частици. Притежават сложна пространствена структура и изпълняват разнообразни биологични функции — от типично структурни, защитни, транспортни до каталитични и регулаторни.

Цялата информация, необходима за изграждането на белтъчната молекула, е кодирана в ДНК. Посредством процес на точно презаписване на информацията в РНК (транскрипция) и превеждане от полинуклеотидна в аминокиселинна последователност (транслация) е възможно синтезирането на определен белтък, притежаващ конкретна биологична роля.

Наименование

Българските наименования "белтък" и "белтъчина" произлизат от традиционното наименование на яйчния белтък, който съдържа белтъчини за развитието на зародиша. Като синоним се използва и чуждицата "протеин", срещана в много западноевропейски езици.

Структура

Основният компонент на всички белтъци са аминокиселини, подредени последователно в дълги полимерни вериги. Броят на аминокиселините в живата природа е 20. Те се комбинират в строго определен ред във всяка белтъчна молекула, като броят им варира между 30 до 3000 (понякога и много повече) аминокиселини в протеин. Връзката между отделните аминокиселини е амидна, но поради някой свой особености е наречена със специфично име - пептидна връзка. Затова и самите полимерни вериги се означават като полипептидни. Организацията в пространството на полипептидните вериги е изключително сложна и характерна за всеки отделен белтък. За прегледност и по-лесна ориентация, пространствената структура на белтъците е разделена на отделни нива:

• първично ниво (примерна структура) - представлява точната последователност на свързване на отделните аминокиселинни остатъци. В природата не белтъците не се срещат в първична структура. Те могат да я заемат временно.

• вторично ниво (секундерна структура) - това са локални нагъвания на основния скелет на полипептидната верига, притежаващи известна периодичност. Всяка възпроизводима и характерна форма се означава като отделен тип вторична структура, като например алфа-спирала, бета-листовидна структура, бета- и гама-завой, както и липса на порядък.
• третично ниво (терциерна структура) - пълното нагъване на полипептидната верига в пространството, с всички възможни близки и далечни взаимодействия. Това ниво дава престава за цялостната форма на белтъчната молекула, както и за връзките и отношенията между отделните вторични структури.
• четвъртично ниво (кватернерна структура) - това е отново цялостна пространствена форма, но на асоциирани нековалентно белтъчни молекули. Тя се изразява в образуването на олигомерни белтъци, но не всеки белтък се характеризира с това четвъртично равнище. Всяка отделна белтъчна молекула, притежаваща характерна, завършена, третична стурктура се означава като субединица, а цялостният конгломерат - като олигомер. Не всички белтъци притежават четвъртична структура, тъй като повечето са изградени от една полипептидна верига, а четвъртично ниво предполага наличието на поне две. Типичен пример за белтък с четвъртична структура е хемоглобинът.

Функции

Всеки белтък притежава специфична функция, като практически няма процес в живите организми, който да не зависи от конкретен протеин. Функциите могат да са най-разнообразни, но формално могат да се обединят в няколко основни:

• структурна функция - белтъци, участващи в архитектурата на клетките, поддържащи определена форма и вътрешна организация.
• регулаторна функция - това са всички белтъчни системи, които регулират процесите в клетката — белтъци от сигналните пътища, фактори на транскрипцията и транслацията, и не на последно място хормоните.
• защитна функция - белтъци, осигуряващи чисто механични защитни бариери. При висшите животински организми има специални системи за защита срещу определени патогени, като белтъците отговорни в най-голяма степен за това се наричат антитела.
• каталитична функция - протичането на почти всяка химична реакция в организма, се дължи на определен белтък, който в този случай се означава като ензим.
• транспортна функция - това са белтъци, пренасящи определени молекули през клетъчни мембрани, или транспортиращи вещества на големи растояния — кислородпренасящите протеини, като хемоглобин, миоглобин и други.
• двигателна функция - всички мускули при животните, са всъщност функция на съответни белтъци, като например актин и миозин. Често такива белтъци се означават като "молекулни мотори". Участват във всяко движение — било на клетъчни органели в рамките на клетката или на целия организъм в пространството.

Белтъците участват в голяма част от процесите, протичащи в живия организъм. Структурата на клетката, протичането на метаболитните процеси, регулацията на хомеостазата и дори защитата на организма се дължи преди всичко на конкретни белтъци. Ролята им в съхраняването и реализирането на генетичната информация, ги нарежда сред най-важните компоненти на живата клетка, наред с нуклеиновите киселини, въглехидратите и липидите.