ZWIĄZKI ORGANICZNE KOMÓRKI18.doc

POŁĄCZENIA AMINOKWASÓW

* aminokwasy łączą się wiązaniem kowalencyjnym typu peptydowego, które zawsze powstaje przez połączenie grupy karboksylowej jednego aminokwasu z grupą aminową drugiego z jednoczesnym wydzieleniem cząsteczki wody

* reakcja ta jest endoergiczna, więc wymaga dostarczenia energii z zewnątrz

* połączenie dwóch aminokwasów daje dipeptyd, trzech tripeptyd itd. , ich nazwy tworzy się przez łączenie nazw aminokwasów

* wiązania peptydowe pozwalają na tworzenie łańcuchów peptydowych białek o różnej długości – od kilkudziesięciu do tysięcy aminokwasów

* struktura pierwszorzędowa/pierwotna białka – ściśle określona kolejność, czyli sekwencja ułożenia aminokwasów, która determinuje wszystkie właściwości danej cząsteczki

* białka o podobnym składzie aminokwasowym, lecz innej sekwencji, będą wykazywały różną aktywność molekularną

* pierwszymi białkami, których skład i sekwencję aminokwasów poznawano, były: insulina (51 aminokwasów) i rybonukleaza (124 aminokwasy)

FUNKCJE

* budulcowa

- współtworzą wszystkie organelle komórkowe

- rozpuszczone, zawieszone w wodzie tworzą wraz z innymi substancjami koloid cytoplazmy

- białkową budowę mają wszystkie enzymy ustrojowe (pełnią więc funkcje katalityczne)

* transportowa/przenośnikowa

- wiele białek błonowych umożliwia przemieszczanie odpowiednich substancji z komórki z powrotem do niej

- niektóre białka transportują na dalekie dystanse

(np. hemoglobina)

* regulatorowa

- wpływ hormonów białkowych i peptydowych na koordynację funkcji życiowych organizmu

* odpornościowa/immunologiczna

- dzięki białkom można precyzyjnie rozpoznać ciała obce w organizmie

* lokomotoryczna

- funkcja białek kurczliwych, występujących w mięśniach (aktyna, miozyna)

- zapewnia ruch organizmów zwierzęcych

AMINOKWASY

* każdy składa się z atomu C, do którego wiązaniami kowalencyjnymi przyłączone są:

- grupa aminowa (-NH2)

- grupa karboksylowa (-COOH)

- atom wodoru

- podstawnik/rodnik (R) – może mieć charakter alifatyczny (łańcuchowy) lub aromatyczny (pierścieniowy), określany jest jako łańcuch boczny aminokwasu

* są elektrolitami – reagują w roztworze zarówno z kwasami, jak i zasadami, tworząc sole

* występują w roztworze w jednej z trzech postaci zależnie od pH roztworu:

- jonu obojnaczego

- formy kwasowej (anionowej)

- formy zasadowej (kationowej)

* punkt izoelektryczny aminokwasu – wartość pH, przy której najwięcej jest jonów obojnaczych, a formy kwasowe i zasadowe pozostają w równowadze

* aminokwasy (oprócz najmniejszego i najprostszego – glicyny) mogą tworzyć izomery typu L lub D (we wszystkich współczesnych organizmach białka zawierają jedynie formę L-aminokwasów)

* aminokwasy białkowe – 20 aminokwasów występujących bardzo powszechnie w białkach (nazwane dla odróżnienia od aminokwasów pojawiających się sporadycznie lub wcale, np. ornityna i cytrulina – aminokwasy cyklu moczowego)

* aminokwasy endogenne – te, które organizm ludzki potrafi samodzielnie syntezować

* aminokwasy egzogenne - te, których organizm ludzki nie potrafi samodzielnie syntezować

BIAŁKA

* pierwiastki biogenne: C, H, O, N, S i P (w białkach złożonych – fosfoproteinach)

* w białkach złożonych dodatkowo mogą występować inne pierwiastki, np. Cu, Zn, Mo, Fe

* białka zbudowane są z aminokwasów

BADANIE BIAŁEK

* chromatografia – dzięki niej przeprowadza się kompletną ilościową i jakościową analizę białek

* do ustalenia kolejności występowania aminokwasów w białku służy rozkład białek z udziałem enzymów proteolitycznych i automatyczny, podłączony do komputera aparat do stopniowej degradacji łańcuchów polipeptydowych oraz do oznaczania kolejno odłączanych składników

REAKCJE BIAŁEK

* białka ulegają różnym reakcjom determinowanym przez właściwości chemiczne reszt aminokwasowych:

- reakcja ksantoproteinowa

- reakcja cystynowa

- reakcja biuretowa (reakcje wiązań peptydowych)

STRUKTURA TRZECORZĘDOWA

* stabilizowana przez wiązania wodorowe, mostki siarczkowe, oddziaływania hydrofobowe oraz van der Waalsa

* Alfa-helix lub (i) Beta-harmonijka, zwinięte w przestrzenną bryłę

* kształt Alfa-heliksu I Beta-harmonijki i właściwości Alfa-heliksu lub Beta-harmonijki decydują o aktywności biologicznej, w tym enzymatycznej danego białka

* ponieważ wiązania stabilizujące tę strukturę są słabe, znaczna większość białek to substancje wrażliwe na zmiany temperatury (termolabilność)

- w warunkach ustrojowych podniesienie temperatury powyżej 40-45°C prowadzi do zniszczenia struktury trzeciorzędowej

- białka ulegają denaturacji i tracą swą aktywność

* denaturację białek mogą powodować również inne czynniki, jak np. mocznik, znaczne zmiany pH, detergenty czy jony metali ciężkich

* w warunkach laboratoryjnych możliwa jest renaturacja (zjawisko odwrotu denaturacji), przebiega jednak bardzo wolno I podlega jej niewielka część białek

STRUKTURA PIERSZORZĘDOWA

* stabilizowana przez wiązania peptydowe

* determinuje struktury wyższego rzędu, tzw. struktury przestrzenne białka

* dużą rolę w ich tworzeniu odgrywa fakt, że ugrupowanie peptydowe (tzn. atomy tworzące wiązanie) jest sztywnym i płaskim elementem konstrukcyjnym, natomiast wiązania po obu stronach peptydowego wykazują duże możliwości obrotu

ROZTWORY KOLOIDALNE/ZOLE BIAŁKOWE

* tworzone przez białka ze względu na wielkość cząsteczek

* cząsteczki białka, obdarzone ładunkiem, otaczają się (podobnie jak jony nieorganiczne) płaszczem wodnym, który chroni je przed łączeniem się w większe zespoły, a tym samym przez wypadaniem z roztworu

STRUKTURY DRUGORZĘDOWE

* stabilizowana przez wiązania wodorowe, które tworzą się w wyniku powinowactwa atomów wodoru do atomów azotu lub tlenu

* Alfa-helix

- przypomina kształtem cylinder, tworzony przez ciasno, prawoskrętnie skręconą sprężynę

- ściany cylindra tworzy łańcuch polipeptydowy, a łańcuchy boczne (podstawniki) wystają na zewnątrz

- przeważa w hemoglobinie i mioglobinie

- występuje w białkach o dużej wytrzymałości mechanicznej, np. w kreatynie (składnik włosów i naskórka) i miozynie (składnik mięśni)

* Beta-harmonijka

- przypomina pofałdowaną kartkę

- zagięcia wynikają ze skręceń wiązań leżących poza ugrupowaniami peptydowymi

- wiązania te tworzą płaskie odcinki kartki

- struktura luźniejsza od Alfa-helix

- tworzone przez nią białka są zwarte, nierozciągliwe i nierozpuszczalne w wodzie

- znaczny jej udział stwierdzono np. w fibroinie jedwabiu

MASA CZĄSTECZKOWA I ŁADUNEK ELEKTRYCZNY

* waha się w granicach ok. około 11400 (np. dla histonu H4) do 10mln (np. dla hemocyjanina)

* średnia masa tych makrocząstek wynosi kilkanaście do kilkudziesięciu tysięcy, więc są to związki makrocząsteczkowe

* ładunek elektryczny cząsteczki jest wypadkową wszystkich dysocjujących grup kwasowych i zasadowych występujących w łańcuchach bocznych aminokwasów

* dzięki temu ładunkowi białka mogą wędrować w polu elektrycznym – zjawisko elektroforezy

* prędkość wędrówki cząstek białkowych zależy od ładunku, masy i kształtu cząsteczki, od rodzaju zastosowanego podłoża (bibuły lub żelu) oraz napięcia prądu

* immunoelektroforeza – rozdział białek odbywa się w żelu wysycanym przeciwciałami, które otrzymano z surowicy krwi zwierzęcia po wstrzyknięciu mu badanego białka, zetknięcie przeciwciał z białkiem, powoduje jego wytrącenie i uzyskanie specyficznego obrazu elektroforetycznego

STRUKTURA CZTERORZĘDOWA

* złożona z kilku podjednostek białkowych (np. hemoglobina)

* stabilizowana przez wiązania takie same, jak w przypadku trzeciorzędowej

* tylko część białek, zwykle o względnej masie cząsteczkowej (względem atomu węgla) przekraczającej kilkadziesiąt tysięcy, zbudowanych z setek lub tysięcy aminokwasów, tworzy taką strukturę

PODZIAŁ BIAŁEK

GLOBULARNE/SFERYCZNE

* cząsteczki mają kształt eliptyczny, o niewielkim stosunku długości osi długiej do krótkiej

* składają się z pofałdowanych i dodatkowo zwiniętych łańcuchów polipeptydowych, stabilizowanych różnego typu wiązaniami kowalencyjnymi

* głównie białka enzymatyczne oraz pełniące funkcje odpornościowe

...