Порушення природної структури білка називають денатурацією. Вона виникає під впливом високої температури, хімічних речовин, променевої енергії та ін. чинників.
Роль білка в життя клітин і організмів:
будівельна (структурна) - білки - будівельний матеріал організму (оболонки, мембрани, органели, тканини, органи);
каталітична функція - ферменти, що прискорюють реакції на сотні ми
опорно-рухова функція - білки, що входять до складу кісток скелета, сухожиль; рух джгутикових, інфузорій, скорочення м'язів;
транспортна функція - гемоглобін крові;
захисна - антитіла крові знешкоджують чужорідні речовини;
енергетична функція - при розщепленні білків 1 р звільняє 17,6 кДж енергії;
регуляторна та гормональна - білки входять до складу багатьох гормонів і беруть участь в регуляції життєвих процесів організму;
рецепторная - білки здійснюють процес виборчого впізнавання окремих речовин і їх приєднання до молекул.
Обмін речовин в клітині. Фотосинтез. хемосинтез
Обов'язковою умовою існування будь-якого організму є постійний приплив поживних речовин і постійне виділення кінцевих продуктів хімічних реакцій, що відбуваються в клітинах. Живильні речовини використовуються організмами як джерело атомів хімічних елементів (перш за все атомів вуглецю), з яких будуються або оновлюються всі структури. В організм, крім поживних речовин, надходять також вода, кисень, мінеральні солі.
Надійшли в клітини органічні речовини (або синтезовані в ході фотосинтезу) розщеплюються на будівельні блоки - мономери і направляються в усі клітини організму. Частина молекул цих речовин витрачається на синтез специфічних органічних речовин, властивих даному організму. У клітинах синтезуються білки, ліпіди, вуглеводи, нуклеїнові кислоти і інші речовини, які виконують різні функції (будівельну, каталітичну, регуляторну, захисну і т.д.).
Інша частина низькомолекулярних органічних сполук, що надійшли в клітини, йде на утворення АТФ, в молекулах якої міститься енергія, призначена безпосередньо для виконання роботи. Енергія необхідна для синтезу всіх специфічних речовин організму, підтримання його високоупорядоченной організації, активного транспорту речовин усередині клітин, з одних клітин в інші, з однієї частини організму в іншу, для передачі нервових імпульсів, пересування організмів, підтримання постійної температури тіла (у птахів і ссавців ) і для інших цілей.
В ході перетворення речовин в клітинах утворюються кінцеві продукти обміну, які можуть бути токсичними для організму і виводяться з нього (наприклад, аміак). Таким чином, всі живі організми постійно споживають з навколишнього середовища певні речовини, перетворюють їх і виділяють в середу кінцеві продукти.
Сукупність хімічних реакцій, що відбуваються в організмі, називається обміном речовин або метаболізмом. Залежно від загальної спрямованості процесів виділяють катаболізм і анаболізм.
Катаболізм (дисиміляція) - сукупність реакцій, що призводять до утворення простих сполук з більш складних. До катаболическим відносять, наприклад, реакції гідролізу полімерів до мономерів і розщеплення останніх до вуглекислого газу, води, аміаку, тобто реакції енергетичного обміну, в ході якого відбувається окислення органічних речовин і синтез АТФ.
Анаболизм (асиміляція) - сукупність реакцій синтезу складних органічних речовин з простіших. Сюди можна віднести, наприклад, фіксацію азоту і біосинтез білка, синтез вуглеводів з вуглекислого газу і води в ході фотосинтезу, синтез полісахаридів, ліпідів, нуклеотидів, ДНК, РНК та інших речовин.
Синтез речовин в клітинах живих організмів часто позначають поняттям пластичний обмін, а розщеплення речовин і їх окислення, що супроводжується синтезом АТФ, - енергетичним обміном. Обидва види обміну складають основу життєдіяльності будь-якої клітини, а отже, і будь-якого організму і тісно пов'язані між собою. З одного боку, все реакції пластичного обміну потребують затрати енергії. З іншого боку, для здійснення реакцій енергетичного обміну необхідний постійний синтез ферментів, так як тривалість їхнього життя невелика. Крім того, речовини, що використовуються для дихання, утворюються в ході пластичного обміну (наприклад, в процесі фотосинтезу).
Фотосинтез - процес синтезу органічних сполук з вуглекислого газу і води на світлі за участю фотосинтетичних пігментів (хлорофіл у рослин, бактеріохлорофіл і бактеріородопсин у бактерій). У сучасній фізіології рослин під фотосинтезом частіше розуміється фотоавтотрофної функція - сукупність процесів поглинання, перетворення та використання енергії квантів світла в різних ендергоніческіх реакціях, в тому числі перетворення вуглекислого газу в органічні речовини.
Фотосинтез є основним джерелом біологічної енергії, фотосинтезуючі автотрофи використовують її для синтезу органічних речовин з неорганічних, гетеротрофи існують за рахунок енергії, запасеної автотрофами у вигляді хімічних зв'язків, вивільняючи її в процесах дихання і бродіння. Енергія, що отримується людством при спалюванні викопного палива (вугілля, нафта, природний газ, торф), також є запасеної в процесі фотосинтезу.
Фотосинтез є головним входом неорганічного вуглецю в біологічний цикл. Весь вільний кисень атмосфери - біогенного походження і є побічним продуктом фотосинтезу. Формування окисної атмосфери (киснева катастрофа) повністю змінило стан земної поверхні, зробило можливою появу дихання, а в подальшому, після утворення озонового шару, дозволило життя вийти на сушу.
Хемосинтез - спосіб автотрофного харчування, при якому джерелом енергії для синтезу органічних речовин з CO2 служать реакції окислення неорганічних сполук. Подібний варіант отримання енергії використовується тільки бактеріями. Явище хемосинтезу було відкрито в 1887 році російським вченим С. Виноградским.
Необхідно відзначити, що виділяється в реакціях окислення неограніческіх з'єднань енергія не може бути безпосередньо використана в процесах ассіміліяціі. Спочатку ця енергія перетворюється на енергію макроенергетичних зв'язків АТФ і тільки потім витрачається на синтез органічних сполук.
Залізобактерій (Geobacter, Gallionella) окислюють двовалентне залізо до тривалентного.
Серобактерии (Desulfuromonas, Desulfobacter, Beggiatoa) окислюють сірководень до молекулярної сірки або до солей сірчаної кислоти.
Нитрифицирующие бактерії (Nitrobacteraceae, Nitrosomonas, Nitrosococcus) окислюють аміак, що утворюється в процесі гниття органічних речовин, до азотистої і азотної кислот, які, взаємодіючи з грунтовими мінералами, утворюють нітрити та нітрати.
Тіонові бактерії (Thiobacillus, Acidithiobacillus) здатні окисляти тіосульфати, сульфіти, сульфіди і молекулярну сірку до сірчаної кислоти (часто з істотним зниженням pH розчину), процес окислення відрізняється від такого у серобактерий (зокрема тим, що тіонові бактерії не відкладають внутрішньоклітинної сірки). Деякі представники тіонових бактерій є екстремальними Ацидофіли (здатні виживати і розмножуватися при зниженні pH розчину аж до 2), здатні витримувати високі концентрації важких металів і окисляти металеве і двовалентне залізо (Acidithiobacillus ferrooxidans) і вилуговувати важкі метали з руд.