Белтък (или протеин) е колективен термин за биологически важни макро молекули, изградени чрез поликондензирането на отделни аминокиселини.
Белтъците са един от основните градивните компоненти на живите клетки, както и на вирусните частици. Притежават сложна пространствена структура, и изпълняват разнообразни биологични функции — от типично структурни, защитни, траспортни 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 синтезира определен белтък, притежаващ конкретна биологична роля.
За първи път през 1789 г. френският химик Антоан Фуркроа прави разграничение между белтъците и другите известни органични субстанции.Класифицира познатите дотогава албумин, фибрин и желатин като самостоятелни съединения с животински произход. От тази начална стъпка до формулирането на концепция за това, какво представляват белтъците, е извървян дълъг път, минаващ през грубо характеризиране на химичния състав, опити за клинично приложение на белтъчни екстракти, до все по-прецизното дефиниране на структурата и функциите на всеки отделен белтък.
Самото понятие е въведено през 1838 година, когато в писмо от 10 юли,изпратено от Йонс Якоб Берцелиус до Герардус Йоханес Мулдер, за първи път е употребено названието „протеин” с акцент върху първостепенното и първичното (от гръцки πρωτειοξ — първична нишка). Точният цитат от писмото е:
«Le nom protйine que je vous propose pour l’oxyde organique de lafibrine et de l’albumine, je voulais le dйriver de πρωτειοξ, parcequ’il paraоt кtre la substance primitive ou principale de la nutritionanimale.»
Основният компонент на всички белтъци са аминокиселини, подредени последователно в дълги полимерни вериги. Връзката между отделните аминокиселини е амидна, но поради някой свой особености е наречена със специфично име – пептидна връзка. Затова и самите полимелни 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.
#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 не ковалентно белтъчни молекули. Всяка отделна белтъчна молекула, притежаваща характерна, завършена, третична стурктура се означава като суб-единица, 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 хемоглобина.
Всички тези нива дават престава за строежа на отделната белтъчна молекула, но по същество са стационарни описания на структурата.Белтъците в разтвор, както нормално съществуват в живите клетки, търпят вариации в структурата си, тъй като са подложени на редица въздействия.Тези вариации могат да бъдат малки отклонения – наричани още „дихателни движения“, но могат и да се отразят съществено на структурата и сериозно да я видоизменят.
Пространствената структурата на белтъка се нарича конформация, а всички изменения, независимо дали са съществени или не, се означават като конформационни промени.
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 разстояния – кислород пренасящите протеини, като хемоглобин, миоглобин и други.
двигателна функция – всички мускули при животните, савсъщност 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.
