Обмен и биосинтез. Белки играют важнейшую роль в питании человека и животных, являясь источником азота и незаменимых аминокислот (см. ниже — Белки в питании). В пищеварительном тракте белки перевариваются до аминокислот, в виде которых всасываются в кровь и подвергаются дальнейшим превращениям (см. Азотистый обмен). Ферменты, действующие на белки (протеазы, протеолитические ферменты), сами являются белками. Каждый из них специфически расщепляет определенные пептидные связи в белковой молекуле. К протеолитическим ферментам пищеварительного тракта относятся: пепсин желудочного сока, трипсин и химотрипсин поджелудочного сока и ряд пептидаз поджелудочного и кишечного соков.
Биосинтез белков в организме — важнейший процесс, лежащий в основе нормального и патологического роста и развития, а также регуляции обмена веществ путем образования определенных ферментов. Через биосинтез белков осуществляется и передача биологической информации, в частности наследственных признаков. Биосинтез белков происходит из свободных аминокислот. Важнейшую роль в нем играют нуклеиновые кислоты (см.), причем при помощи особого типа рибонуклеиновой кислоты (РНК-посредника) синтезирующийся белок приобретает строго специфическое строение, передаваемое от молекул ДНК.
Начальным этапом биосинтеза белков является активация аминокислот, заключающаяся в образовании смешанного ангидрида аминокислоты с адениловой кислотой (аминоациладенилата) при взаимодействии аминокислоты с аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ) под действием специфического активирующего фермента: аминокислота + АТФ → аминоациладенилат + пирофосфат (см. Адениловые кислоты). Далее аминоациладенилаты взаимодействуют с так называемыми растворимыми рибонуклеиновыми кислотами (S-PHK), специфическими для каждой аминокислоты. Аминокислотный остаток переходит на S-PHK и в виде комплекса с нею переносится далее к рибонуклеопротеидным гранулам (рибосомам), являющимся Центрами белкового синтеза в клетке. Рибосомы в свою очередь соединяются с РНК-посредником, обычно образуя комплексы из нескольких рибосом (полирибосомы, или полисомы). На таком комплексе образуется полипептидная цепь белков из аминокислотных остатков, приносимых в виде соединений с S-PHK. РНК-посредник является при этом матрицей, определенное строение которой обусловливает синтез данной полипептидной цепочки со специфической последовательностью аминокислот в ней. Таким образом обеспечивается синтез определенных белковых молекул с уникальными, специфическими свойствами. Энергия, необходимая для белкового синтеза, поставляется из аденозинтрифосфата в результате расщепления высокоэргических связей и образования других высокоэргических соединений.
Синтезируя в определенное время и в нужных количествах специфические молекулы РНК-посредника, клетка регулирует биосинтез ферментов и других белков. Изучение механизмов этой регуляции представляет важнейшую проблему. В ряде случаев, особенно у бактерий, можно наблюдать индуцированный синтез ферментов в ответ на добавление к среде субстрата данного фермента. В этих случаях при помощи особого механизма происходят активирование определенных участков ДНК, несущих информацию строения данного белка — фермента, и синтез соответствующих молекул РНК-посредника, передающих эту информацию к местам синтеза белков — рибосомам. По-видимому, аналогичные механизмы имеют место и при иммунологических реакциях — синтезе антител в случае внедрения в организм чужеродных антигенов и при ряде других биологических процессов.