Одной из величайших проблем биологии было и остается изучение процессов синтеза органических веществ в клетке, а затем уже синтеза этих веществ искусственным путем. Незнание этих интимных процессов синтеза в клетке долгое время являлось сильным подспорьем для процветания религиозно-метафизического мировоззрения. Религия, а вслед за ней и религиозно мыслящие ученые, утверждали, что в живом организме существует какая-то особая нематериальная «жизненная сила», которая создает все органические вещества в клетке.
Но вот уже на рубеже XX столетия были вскрыты в основном процессы синтеза углеводов, жиров и других менее сложных органических веществ в живой клетке. Однако неразрешенной до последнего времени оставалась загадка синтеза самого необходимого вещества в клетке — белка. В настоящее время и этот барьер в основном взят наукой, поэтому последний оплот идеализма — «участие сверхъестественных сил» — в синтезе живого белка потерял под собой почву.
О значении белка писал еще Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел… Повсюду, где мы встречали жизнь, мы находили, что она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, которое не находится в процессе разложения, мы без исключения встречаем и явления жизни»[7].
Белки в организме выполняют самые различные функции. Они составляют около половины всех органических веществ, содержащихся в протоплазме клеток. Поэтому белки являются основным строительным веществом в клетке. Они постоянно самообновляются. Это было установлено методом меченых аминокислот. Например, у человека половина белков всех тканей распадается и строится заново в среднем в течение восьмидесяти дней. Некоторые белки замещаются быстрее, другие медленнее. Так, белки печени и сыворотки крови обновляются наполовину каждые десять дней, белки мышц замещаются наполовину каждые сто восемьдесят дней.
Самообновление веществ в организме осуществляется с помощью ферментов, или энзимов, которые тоже являются белками. И. П. Павлов называл ферменты возбудителями жизни, так как они ускоряют многочисленные реакции, лежащие в основе обмена веществ в организме.
Каждый из ферментов способен ускорять только одно строго определенное химическое превращение. В протоплазме клеток содержатся сотни разнообразных ферментов.
Характерной чертой ферментов является то, что, возбуждая определенную химическую реакцию, они вступают лишь в кратковременную связь с реагирующими веществами и не входят в конечные продукты реакции. Поэтому небольшое количество молекул фермента может за короткое время способствовать вступлению в реакцию большого количества молекул реагирующего вещества. Так, один грамм фермента пепсина за два часа перерабатывает двадцать пять килограммов яичного альбумина.
Очень важная роль белков заключается и в том, что они являются переносчиками веществ в организме. Как известно, гемоглобин крови, например, доставляет кислород в клетки животных и человека, не подвергая его химическим изменениям.
Следующая функция белков — это механо-химическая, или двигательная. В ней участвуют специализированные белки, образуя различные сократительные системы, мышечные волокна и ткани. Такие белки участвуют в движении протоплазмы внутри клетки, а во время деления клетки нити ахроматинового веретена, сокращаясь, перетягивают хромосомы к полюсам делящейся клетки. Кроме того, многие одноклеточные и некоторые ткани многоклеточных организмов имеют специальные цитоплазматические образования — жгутики и реснички, которые тоже постоянно находятся в движении.
Белки стоят на страже здоровья организма. Если в организм животного или человека каким-либо путем попали чужеродные белки (чаще всего ими бывают ядовитые белковые вещества — токсины, выделенные болезнетворными бактериями), то в крови организма-хозяина вырабатываются особые белки — антитела, которые тут же вступают в бой с белками-чужаками до полной победы над пришельцами. После перенесения многих инфекционных болезней в организме вырабатываются защитные антитела. И до тех пор, пока у выздоровевшего сохранится способность к образованию данных антител, этой болезнью он вторично не болеет, то есть вырабатывается иммунитет. Эта физиологическая функция белка является активной.
