„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Robert Rochel

Wykonywanie badań biochemicznych 311[02].Z2.01

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
mgr Barbara Przedlacka
mgr Urszula Ciosk-Rawluk



Opracowanie redakcyjne:
mgr Jolanta Łagan



Konsultacja:
mgr inż. Gabriela Poloczek

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczn

ą

programu jednostki modułowej 311[02].Z2.01,

„Wykonywanie badań biochemicznych”, zawartej w modułowym programie nauczania dla
zawodu technik analityk.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1.

Wprowadzenie

3

2.

Wymagania wstępne

5

3.

Cele kształcenia

6

4.

Materiał nauczania

7

4.1.

Komórka - podstawowy element morfologiczny i czynnościowy organizmu

7

4.1.1.

Materiał nauczania

7

4.1.2. Pytania sprawdzające

13

4.1.3. Ćwiczenia

13

4.1.4. Sprawdzian postępów

15

4.2. Znaczenie enzymów i kwasów nukleinowych

16

4.2.1. Materiał nauczania

16

4.2.2. Pytania sprawdzające

20

4.2.3. Ćwiczenia

20

4.2.4. Sprawdzian postępów

22

4.3. Rola i znaczenie biologiczne węglowodanów, białek i lipidów

23

4.3.1. Materiał nauczania

23

4.3.2. Pytania sprawdzające

26

4.3.3. Ćwiczenia

27

4.3.4. Sprawdzian postępów

29

4.4. Znaczenie badań bioanalitycznych w biochemii

30

4.4.1. Materiał nauczania

30

4.4.2. Pytania sprawdzające

31

4.4.3. Ćwiczenia

32

4.4.4. Sprawdzian postępów

34

5.

Sprawdzian osiągnięć

35

6.

Literatura

39

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

1. WPROWADZENIE

Prezentowany poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o wykonywaniu

badań biochemicznych w zawodzie technik analityk.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne,

−

cele kształcenia,

−

wykaz umiejętności jaki kształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−

materiał nauczania zawierający niezbędne wiadomości teoretyczne, umożliwiający
samodzielne przygotowanie się do wykonywanych ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianu,

−

pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia,

−

ć

wiczenia, które pomogą ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

zestaw pytań sprawdzających Twoje opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu całej
jednostki modułowej,

−

literaturę.
Materiał nauczania zawiera zagadnienia opisujące podstawowy element morfologiczny

i czynnościowy organizmu jakim jest żywa komórka, opisuje szereg procesów
biochemicznych zachodzących w organizmie w których biorą udział enzymy, podkreśla
znaczenie białek, węglowodanów lipidów i kwasów nukleinowych w komórkach organizmu,
a także opisuje znaczenie badań bioanalitycznych w biochemii. W czasie zajęć nauczyciel
pomoże Ci przyswoić wiedzę a także wskaże treści kluczowe w procesie Twojego kształcenia.

Każdy rozdział materiału nauczania określa wymagania, które są niezbędne do

przyswojenia wiedzy na dany temat. Jednocześnie możesz sprawdzić stan swojej wiedzy
korzystając z zamieszczonych pytań sprawdzających.

Wykonywanie ćwiczeń jest kolejnym etapem, który pozwoli Ci uzupełnić a także

utrwalić wiedzę. Ćwiczenia przedstawione w poradniku mają za zadanie umożliwić
wykorzystanie nabytej wiedzy w praktyce oraz rozwinąć Twoją kreatywność.

Sprawdzian postępów zamieszczony po ćwiczeniach, ma na celu sprawdzenie poziomu

postępów poczynionych w trakcie pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

311[02].Z2

Podstawy badań bioanalitycznych

311[02].Z2.01

Wykonywanie badań biochemicznych

311[02].Z2.02

Wykonywanie badań mikrobiologicznych

Schemat układu jednostek modułowych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

przestrzegać przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska,

−

przestrzegać zasad dobrej techniki laboratoryjnej,

−

przestrzegać zasad bezpieczeństwa podczas badania analitycznego w szczególności
w trakcie kontaktu z substancjami uznanymi za niebezpieczne oraz z truciznami,

−

posługiwać się w prawidłowy sposób nomenklaturą związków chemicznych zarówno
organicznych jak i nieorganicznych,

−

określać właściwości fizykochemiczne substancji,

−

prawidłowo oceniać na podstawie informacji zawartych na etykietach szkodliwe
i toksyczne działanie narkotyków i używek,

−

stosować obowiązujące jednostki układu SI,

−

sporządzać wykresy interpretować wyniki,

−

sporządzać roztwory o określonym stężeniu,

−

przygotowywać próbki materiału do analizy,

−

przygotowywać sprzęt laboratoryjny, aparaturę i odczynniki do analizy,

−

korzystać z norm, przepisów, procedur i dostępnych instrukcji,

−

właściwie rozpoznawać objawy zatruć substancjami niebezpiecznymi,

−

udzielać pierwszej pomocy oraz w razie konieczności organizować akcję ratowniczą.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

posłużyć się terminologią z zakresu biochemii,

−

określić skład chemiczny, strukturę oraz funkcje komórki roślinnej i zwierzęcej,

−

określić właściwości i budowę enzymów oraz wyjaśnić mechanizmy działania,

−

scharakteryzować budowę kwasów nukleinowych oraz określić ich rolę w replikacji
i transkrypcji,

−

określić znaczenie i zastosowanie enzymów i drobnoustrojów w przemyśle spożywczym,
biotechnologii i bioanalityce,

−

scharakteryzować ważniejsze metabolizmy zachodzące w przyrodzie,

−

określić rolę i znaczenie biologiczne cukrów, białek, tłuszczów, enzymów, kwasów
nukleinowych, wody,

−

scharakteryzować zaburzenia gospodarki węglowodanowej i lipidowej oraz określić
sposoby przeciwdziałania,

−

scharakteryzować oddychanie tlenowe i rolę enzymów w transporcie wodoru
i elektrolitów,

−

scharakteryzować proces fotosyntezy, fazy i czynniki wpływające na jego przebieg,

−

dokonać klasyfikacji biosensorów,

−

określić zastosowanie biosensorów w analizie żywności, ochronie środowiska, kontroli
biotechnologicznej,

−

scharakteryzować podstawowe metody badań bioanalitycznych,

−

zorganizować stanowisko pracy zgodnie z wymaganiami ergonomii,

−

dobrać sprzęt laboratoryjny i przyrządy do badań biochemicznych,

−

zastosować techniki pracy laboratoryjnej specyficzne dla analizy biochemicznej,

−

przygotować materiał biologiczny do analizy, w tym: krew, mocz, płyny ustrojowe,

−

wykonać jakościowe i ilościowe oznaczenia cukrów, białek, tłuszczów, enzymów
i kwasów nukleinowych we krwi, moczu i płynach ustrojowych,

−

zastosować metody immobilizacji enzymów,

−

dokonać oceny materiału biologicznego na podstawie badań,

−

zinterpretować wyniki badań w formie opisowej i graficznej,

−

porównać wyniki badań z obowiązującymi normami i literaturą źródłową.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

4.

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Komórka - podstawowy element morfologiczny
i czynnościowy organizmu

4.1.1.

Materiał nauczania

Wszystkie organizmy żywe zbudowane są z komórek, których liczba jest

charakterystyczna dla danego gatunku. Rozmiary komórek i ich kształty są wyraźnie
zróżnicowane tak w świecie roślinnym jak i zwierzęcym a różnorodność ta dotyczy także tego
samego gatunku i tego samego osobnika. Jej przyczyną zarówno w wymiarach i kształtach jest
czynność jaką komórka spełnia w organizmie. Pod względem kształtu komórki możemy
podzielić na:

−

kuliste,

−

owalne,

−

wieloboczne,

−

wrzecionowate,

−

gwiaździste.

Wielkość komórek waha się od bardzo małych o wielkości kilku mikrometrów do

komórek o średnicy kilkunastu czy kilkudziesięciu mikrometrów a nawet kilku centymetrów.

Podstawowy podział uwzględniający różnice w budowie komórek pozwala na

wyróżnienie komórek eukariotycznych i komórek prokariotycznych. Organizmy eukariotyczne
posiadają jądro komórkowe, które zawiera materiał genetyczny w postaci kwasów DNA
i RNA. Natomiast u prokariontów w miejscu jądra znajduje się nuleoid a u bakterii genofor.
W

komórkach

prokariontów

brak

jest

również

retikulum

endoplazmatycznego,

mitochondrium, układu Golgiego, plastydów oraz centrioli, występują jedynie rybosomy
produkujące białko na potrzeby własne komórki. Ściana komórkowa prokarionta składa się
z mureiny substancji nadającej kształt i chroniącej komórkę przed zmianą wartości
osmotycznej środowiska. Błona komórkowa zbudowana jest jak wszystkie błony, czyli jest
białkowo-lipidowa. Spełnia funkcje pobierania pokarmu ze środowiska i wydalania substancji
zbędnych. Znajdują się w niej enzymy syntetyzujące DNA i ścianę komórkową.

Do tworów charakterystycznych dla komórki prokariotycznej zaliczamy:

mezosomy – elementy błony komórkowej, które zawierają enzymy oddychania komórkowego,
tylakoidy – pęcherzykowate twory zawierające barwnik zwany chlorofilem, występują

głównie u bakterii i sinic,

permeazy – specjalne transportery przenoszące przez błonę komórkową substancje odżywcze

bez udziału energii, występujące w przestrzeni peryplazmatycznej tj. między
ś

cianą komórkową a błoną komórkową.

W komórce wyodrębnia się następujące twory zwane organellami komórkowymi:

−

błona komórkowa,

−

cytoplazma podstawowa,

−

siatka śródplazmatyczna szorstka,

−

siatka śródplazmatyczna gładka,

−

układ Golgiego,

−

mitochondria,

−

lizosomy,

−

centrum komórkowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

Rys.1. Budowa typowej komórki eukariotycznej [13]: 1 – jąderko, 2 – błona komórkowa, 3 – rybosomy,

4 – pęcherzyk, 5 – ergastoplazma, 6 – aparat Golgiego, 7 – mikrotubule, 8 – retikulum gładkie,

9 – mitochondrium, 10 – wakuole, 11 – cytoplazma, 12 – lizosom, 13 – centriola

W skład jądra komórki wchodzą:

−

błona jądrowa,

−

karioplazma,

−

chromatyna,

−

jąderko.

Błona komórkowa – nadaje ona kształt komórce i stanowi o jej integralności, a przede

wszystkim zapewnia jej homeostazę. Homeostaza stanowi stan swoistej równowagi,
zapewniający komórce fizjologiczny rozwój. Błona komórkowa ma właściwości wybiórczego
przepuszczania ze środowiska zewnętrznego do wnętrza komórki, substancji niezbędnych jej
w metabolizmie oraz usuwania substancji zbędnych. Wyjątkiem jest woda, bowiem
w stosunku do niej błona komórkowa jest całkowicie przepuszczalna w obu kierunkach.

Błona komórkowa odbiera bodźce ze środowiska zewnętrznego komórki. Obdarzona jest

ładunkiem elektrycznym ujemnym czyli spolaryzowana jest ujemnie co ma niebagatelny
wpływ na procesy regeneracyjne. Budowa błony komórkowej jest wspólna dla całego świata
zwierzęcego i roślinnego. Cechą charakterystyczną jest jej trójwarstwowość na którą składają
się następujące elementy:

−

warstwa zewnętrzna – stanowią ją glikoproteidy, których cząsteczki ułożone są
równolegle do powierzchni komórki,

−

warstwa środkowa to fosfolipidy ułożone prostopadle do powierzchni komórki,

−

warstwa wewnętrzna zaś zbudowana jest z białek ułożonych równolegle do powierzchni
komórki.

Błona o budowie opisanej powyżej nosi nazwę błony elementarnej lub jednostkowej

a wszystkie komórkowe twory błoniaste wykazują podobną strukturę lub jej wielokrotność.
Twory błoniaste komórki takie jak: błona komórkowa, siatka śródplazmatyczna, błony układu
Golgiego, lizosomów są pojedyńczymi błonami elementarnymi, natomiast błona jądrowa

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

i błony mitochondriów (a w komórce roślinnej plastydów) są podwójnymi błonami
elementarnymi. Z podobnego schematu budowy nie wynika bynajmniej, iż wszystkie
cytomembrany mają jednakowe właściwości, ponieważ wchodzące w ich skład fosfolipidy
i białka wykazują odmienne właściwości enzymatyczne.

Cytoplazma podstawowa jest roztworem o właściwościach koloidu i stanowi ją część

cytoplazmy która pozostaje w komórce po usunięciu z niej wszystkich tworów
upostaciowanych. Wykazuje ona strukturę siateczkowatą, ziarnistą lub włókienkową. Na jej
obszarze stwierdzono obecność enzymów glikolitycznych i proteolitycznych.

Siatka śródplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne) – stanowi złożony układ błon

i szczelin w cytoplazmie zorganizowanych w taki sposób, aby zaistniała możliwość
zachodzenia w bliskim sąsiedztwie przeciwstawnych reakcji biochemicznych. Błony siatki
mogą być szorstkie lub gładkie, ponadto łączą się one z błoną komórkową, jądrową oraz
z błonami układu Golgiego.

Siatka śródplazmatyczna szorstka (ergastoplazma) – składa się z wielu szczelin

otoczonych błonami. Z zewnętrzną powierzchnią tych błon związane są ziarenka
rybonukleoproteidów nazwanych rybosomami. Stopień rozwoju ergastoplazmy zależy od
stanu czynnościowego komórki. Siatka śródplazmatyczna szorstka bierze udział w procesie
biosyntezy białka w komórce. Przyjmuje się, że wolne rybosomy odpowiedzialne są za
syntezę białek na potrzeby własne komórki. Natomiast rybosomy związane z błonami
ergastoplazmy produkują białka wydzielane przez komórki. Rybosomy na błonach retikulum
układają się często w grupy zwane polirybosomami.

Siatka śródplazmatyczna gładka – w niektórych komórkach występuje sieć szczelin lub

pęcherzyków otoczonych błonami gładkimi które są pozbawione rybosomów. Bierze ona
udział w wytwarzaniu substancji niebiałkowych np. cholesterolu lub związków sterydowych.

Układ Golgiego – układ ten składa się z trzech struktur morfotycznych:

–

podwójnych błon tworzących swoiste cysterny,

–

drobnych pęcherzyków,

–

dużych wakuoli.

Funkcja układu Golgiego wiąże się z funkcją wydzielniczą komórki a zwłaszcza

z wydzielaniem substancji białkowych. Błony tego układu łączą się z ergastoplazmą i oba te
organoidy powiązane są czynnościowo. Układ Golgiego uczestniczy w syntezie
węglowodanów.

Mitochondrium – występuje w cytoplazmie w postaci drobnych struktur ziarnistych,

pałeczkowatych lub nitkowatych. Liczba mitochondriów jest zmienna i zależy od rodzaju
komórki i jej stanu czynnościowego np. w hepatocytach znajduje się około 2000 tych struktur.
Mitochondria otoczone są dwoma błonami przy czym błona wewnętrzna wpukla się do
wnętrza mitochndriów tworząc liczne fałdy zwane: grzebieniami lub kanalikami. Takie
pofałdowanie zwiększa powierzchnię czynną enzymatycznie. Wewnętrzna powierzchnia błon
pokryta jest licznymi pałeczkowatymi wypustkami zwanymi grzybkami zawierającymi
enzymy procesu fosforylacji oksydacyjnej. Wnętrze mitochondrium wypełnia substancja
zwana matriks, w której znajdują się włókienka DNA i ziarenka RNA. Jest to pozajądrowy
system genetyczny związany z syntezą białek potrzebnych do pomnażania liczby
mitochondriów (autoreplikacja). W obrębie mitochondrium znajduje się około 65% enzymów
cytoplazmy. Dzięki procesom utleniania komórkowego odbywającym się w mitochondrium
komórka otrzymuje energię konieczną do procesów życiowych, która magazynowana jest
w postaci ATP.

Lizosomy – są to struktury kuliste lub owalne otoczone pojedynczą błoną. Pełnią funkcje

trawienne dzięki zawartym w nich enzymom głównie z klasy hydrolaz, które rozkładają
większość związków organicznych. W warunkach fizjologicznych lizosomy oddzielone są od

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

cytoplazmy błoną lizosomalną i trawiony materiał musi przedostać się do ich wnętrza. Może
to być zarówno materiał egzogenny jak i materiał endogenny. Powstające w wyniku
strawienia substancje chemiczne proste, mogą być wykorzystywane przez komórkę do syntezy
innych struktur. W warunkach patologicznych, gdy błona lizosomu ulegnie uszkodzeniu
następuje uwolnienie enzymów do cytoplazmy i trawienie struktur komórkowych, co
w efekcie prowadzi do śmierci komórki w wyniku samostrawienia czyli autolizy.

Rozróżniamy lizosomy pierwotne czyli właściwe, które nie brały jeszcze udziału

w procesach trawienia i lizosomy wtórne, które aktualnie biorą udział w trawieniu lub były
w ten proces zaangażowane uprzednio. Ze względu na rodzaj trawionego materiału
wyróżniamy fagosomy czyli lizosomy trawiące materiał egzogenny, oraz cytolizosomy lub
autolizosomy trawiące materiał endogenny.

Centrum komórkowe (centrosom) – występuje w większości komórek przeważnie

w pobliżu jądra w postaci ograniczonego zagęszczenia cytoplazmy zwanego mikrocentrum.
Wewnątrz tego zagęszczenia leżą dwa ziarniste lub pałeczkowate twory, nazwane
ś

ródciałkami, centriolami lub jako całość diplosomem. Centriole są dobrze widoczne

w komórkach żywych. W komórkach dwu lub wielojądrowych istnieje z reguły jedno centrum
komórkowe zawierające diplosomy w liczbie odpowiedniej do ilości jąder. Z centrioli
w czasie podziału wysuwają się włókienka będące zawiązkiem wrzeciona kariokinetycznego.
Centriole dają również początek rzęskom, witkom i migawkom. Te wypustki komórkowe
obdarzone zdolnością ruchu u podstawy swojej posiadają struktury zwane kinetosomami lub
ciałkami podstawowymi, których budowa jest identyczna z budową centrioli. W komórkach
które utraciły zdolność podziału np.: kom. nerwowe czy kostne zazwyczaj brak jest centrum
komórkowego.

Twory euplazmatyczne – pojawiają się w komórkach tylko w czasie podziału i zaliczamy

do nich włókienka wrzeciona kariokinetycznego.

Twory deutoplazmatyczne – występują w komórce pod postacią skupień tłuszczowych,

węglowodanowych lub białkowych o kształcie kropli, ziaren, kryształów itp. W komórkach
jajowych występują w postaci płytek żółtkowych, w komórkach tłuszczowych jako krople
tłuszczu, w komórkach wątroby jako ziarna glikogenu.

Twory metaplazmatyczne – są to składniki włókienkowe cytoplazmy. Występują

w licznych komórkach ustroju i stanowią cechę ich czynnościowego zróżnicowania.
W komórkach nabłonka twory te występują w postaci włókienek nabłonkowych - tonofibryli.
Wzmacniają one komórki nabłonka, czyniąc je bardziej odpornymi na urazy mechaniczne,
najsilniej rozwinięte są w skórze. W komórkach mięśniowych twory te występują pod
postacią włókienek kurczliwych – miofibryli, a w nerwowych – neurofibryli. Jedną z form
tych tworów są także migawki rzęski i witki.

Twory paraplazmatyczne – zaliczamy do nich ziarenka wydzieliny i endogenne ziarenka

barwnika, Ziarenka wydzieliny mają różny kształt, wymiary i gęstość elektronową. Wspólną
ich cechą jest obecność pojedynczej błony odgraniczającej je od cytoplazmy. Ziarenka
barwnika są substancjami mającymi własne zabarwienie i w przypadku ich dużego ich
nagromadzenia się tkanki ustroju przybierają odpowiednią barwę. Barwniki zaliczane do
tworów paraplazmatycznych dzielimy na cztery grupy:

−

melanina, która znajduje się we włosach, skórze właściwej, błonie środkowej oka
i w niektórych komórkach układu nerwowego. Zadaniem tego barwnika jest ochrona
organizmu przed promieniowaniem UV,

−

hemoglobinę, hemosyderynę, bilirubinę i mioglobinę, których wspólną cechą jest
występujący w nich pierścień pirolowy,

−

lipofuscyny nazywane barwnikami zużycia pojawiają się w starzejących się komórkach,

−

barwniki siatkówki oka – fuscyna i rodopsyna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

Mikrociałka (peroksysomy) – są to kuliste ciałka, otoczone pojedynczą błoną zawierające

enzymy oksydacyjne.

Jądro komórkowe – jest stałym składnikiem komórek zwierzęcych i roślinnych za

wyjątkiem erytrocytów ssaków. Jądro i cytoplazma stanowią jedność biologiczną komórki.

Jądro wyjęte z komórki szybko ginie, a komórka pozbawiona jądra może przez pewien

czas żyć, lecz z powodu zahamowania metabolizmu wkrótce ginie. Jądro w żywej komórce
wykonuje dwa rodzaje ruchów:

−

rotacyjny wokół własnej osi,

−

cyrkulacyjny czyli przemieszczania się w cytoplazmie.
Komórka zawiera jedno jądro zaś te, które mają ich więcej nazywamy komórkami

polijądrowymi. Powstają one bądź przez podział jądra bez podziału cytoplazmy (plazmodium
komórkowe), bądź też przez zlanie się kilku komórek w jedną całość (zespójnia lub
syncytium). Kształt jądra jest z reguły dostosowany do wymiaru i kształtu komórki, stąd też
może by kuliste, owalne, pałeczkowate lub wielopłatowe (krwinki białe ziarniste). Objętość
większości jąder komórkowych u ssaków i człowieka jest prawie jednakowa. Wyjątek
stanowią komórki jądrowe obdarzone jądrem o objętości kilka do kilkudziesięciu razy
większej od przeciętnej. Większą objętością od przeciętnej charakteryzują się również jądra
komórek olbrzymich szpiku, jajowych i niektórych gruczołowych. Na terenie jądra występują
dwa rodzaje kwasów nukleinowych DNA i RNA, przy czym DNA występuje w chromatynie
jądrowej a RNA na obszarze jąderka.

Błona jądrowa – posiada takie same właściwości jak błona komórkowa, różnica

sprowadza się do tego, że spolaryzowana jest dodatnio, co powoduje, że w razie uszkodzenia
regeneruje powoli lub wcale. Błona jądrowa jest podwójna i jej zewnętrzna powierzchnia
pokryta może być rybosomami. Poprzerywana jest licznymi otworami zwanymi
nukleoporami, przez które wydostają się z jądra do komórki związki wielkocząsteczkowe,
np. mRNA w trakcie biosyntezy białka. Błona jądrowa łączy się z błonami siatki
ś

ródplazmatycznej i po podziale komórki jest ona odbudowywana z błon tej siatki.

Karioplazma – jest to obszar jądra w którym znajduje się chromatyna i jąderko.
Chromatyna – jest to nukleoproteid składający się w głównej części z DNA i histonów –

białek spajających, a także z RNA i białek niehistonowych.

Wyróżniamy następujące rodzaje chromatyny:

–

euchromatyna – jest rozproszoną na terenie jądra, aktywna biologicznie,

–

heterochromatyna – występuje pod postacią skupisk jest nieaktywna biologicznie.
Szczególnym przypadkiem heterochromatyny jest chromatyna płciowa, czyli nieaktywny
chromosom X.
W czasie podziału komórki dochodzi do silnej kondensacji nici DNA, czyli do jej

upakowania na niewielkiej przestrzeni. DNA uwidacznia się wówczas w postaci
chromosomów. DNA człowieka składa się z 46 chromosomów połączonych w 23 pary
z czego 22 pary to autosomy czyli chromosomy somatyczne i jedna para heterosomów czyli
chromosomów płciowych. U kobiet występuje układ XX, natomiast u mężczyzn XY.

Jąderko – znajduje się w jądrze komórkowym, najczęściej pojedynczo. Kształt jest

z reguły kulisty lub owalny, a jago wielkość zależna jest od stanu czynnościowego komórki.
Zwiększa się w komórkach o wzmożonej produkcji białka oraz w komórkach zarodkowych.
Jąderko barwi się silnie zasadochłonnie co związane jest z zawartością RNA. W obrazie
elektronowym ma ono nieregularny kształt, a budową swoją przypomina sieć lub gąbkę. Nie
wykryto żadnej błony odgraniczającej je od karioplazmy. Jest ono miejscem syntezy rRNA
i tRNA w komórce.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

Tabela 1. Porównanie budowy komórki prokariotycznej, zwierzęcej i roślinnej

Prokaryota

Komórka zwierzęca

Komórka roślinna

Błona komórkowa

występuje

występuje

występuje

Jądro komórkowe

brak

występuje

występuje

Rybosomy

występuje

występuje

występuje

Retikulum

brak

występuje

występuje

Aparat Golgiego

brak

występuje

występuje

Lizosomy

brak

występuje

brak

Wodniczki

brak

występuje

występuje

Mitochondrium

brak

występuje

występuje

Plastydy

brak

brak

występuje

Peroksysomy

brak

występuje

występuje

Analizując budowę komórki roślinnej napotykać można dodatkowo ścianę komórkową,

plastydy i wakuole. Ściana komórkowa zbudowana jest z celulozy i jest całkowicie
przepuszczalna zarówno dla wody jak i substancji chemicznych.

Plastydy zwane także chloroplastami są to organella komórkowe które posiadają

podwójną błonę, przy czym błona wewnętrzna występuje pod postacią stosów zwanych
granami. Wnętrze plastydów wypełnia substancja nazywana stromą. Chloroplasty pełnią
podobnie jak mitochondria w komórce zwierzęcej organelli przetwarzających energię.

Plastydy zawierające różnorodne barwniki zwane są chromatoforami. Większość z nich

bierze czynny udział w procesie fotosyntezy i są to:
–

chloroplasty zawierające zielony barwnik chlorofil,

–

rodoplasty zawierające czerwone barwniki np. karotenowce, fikoerytrynę i fikocjanin,

–

feoplasty zawierające fukoksantynę występującą u glonów morskich i brunatnic.

Tabela 2. Porównanie cech funkcjonalnych mitochondriów i chloroplastów [10, s. 48]

Cecha

Mitochondria

Chloroplasty

Typ przemian

kataboliczne

Anaboliczne

Główny szlak biochemiczny

Oddychanie komórkowe

Fotosynteza

Substraty

Glukoza, tlen, kwasy tłuszczowe

CO

2

, H

2

O

Produkty

CO

2

, H

2

O

Glukoza, tlen

Ź

ródło ATP

Fosforylacja oksydacyjna

Fosforylacja fotosyntetyczna

Chlorofil jest to główny barwnik fotosyntetyczny barwy zielonej. Tkanki roślin wyższych

zawierają dwa rodzaje chlorofilu tzw. chlorofil „a” i chlorofil „b”, które różnią się pomiędzy
sobą barwą. Pierwszy z nich ma odcień niebieskozielony natomiast drugi żółtozielony.

Istnieją ponadto dwie grupy chromatoforów, które nie uczestniczą aktywnie w procesie

fotosyntezy a główną ich funkcją jest zabarwianie różnych częściach roślin i są to
chromoplasty lub magazynowanie np. skrobi leukoplasty.

Każda komórka jest miejscem w którym zachodzi szereg skomplikowanych przemian

metabolicznych i bioenergetycznych.

Do przewodu pokarmowego człowieka dostarczana jest znaczna ilość polisacharydów. Są

one następnie rozkładane przy udziale enzymów amylolitycznych do wolnej glukozy. Jest ona
podstawowym substratem energetycznym naszego organizmu. Powstaje w podstawowym
katabolicznym szlaku energetycznym – glikolizie, który jest ciągiem wielu reakcji
enzymatycznych odbywających się w cytoplazmie komórek. Końcowym produktem glikolizy
w obecności tlenu jest pirogronian, zaś niedobór tlenu w przebiegu glikolizy powoduje
powstanie mleczanu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

Pirogronian + NADH + H

+

→ Mleczan + NAD

Sumarycznie przebieg reakcji glikolizy do produktów końcowych można przedstawić
w następujący sposób:

C

6

H

12

O

6

+ 6 O

2

→6 CO

2

+ 6 H

2

O + 288 kcal (38 ATP)

Związkiem w którym komórki magazynują energię jest adenozynotrójfosforan (ATP),
zawierający trzy reszty kwasu fosforowego. Powstaje on w reakcji fosforylacji. Wyróżniamy
fosforylację:

−

substratową – jest ona wynikiem oddychania beztlenowego, zachodzi w cytoplazmie,

−

oksydacyjną – zachodzi na grzebieniach mitochondrialnych, stanowi ostatni etap
oddychania wewnątrzkomórkowego.

Fotosynteza stanowi ciąg reakcji biochemicznych zachodzących w plastydach

fotoautotroficznych organizmów roślinnych w obecności barwnika chlorofilu. Istnieje wiele
czynników wpływających ograniczająco na proces fotosyntezy. Należą do nich światło,
słoneczne, CO

2

oraz temperatura. Możemy ją podzielić na dwie fazy:

−

jasną, której przebieg zależy od obecności światła. Zachodzi ona w plastydach na błonach
tylakoidów. Powstają w niej dwa produkty ATP – związek wysokoenergetyczny
i NADPH (zredukowana forma fosforanu dinukleotydu nikotynamidoadeninowego,

−

ciemną – jest niezależna od światła a zachodzi w niej przyswajanie CO

2

i tworzenie

produktów w postaci związków organicznych.

Proste organizmy jednokomórkowe, takie jak bakterie, w celu syntezy związków

wysokoenergetycznych i samej energii przeprowadzają proces chemosyntezy. Polega on na
rozkładzie związków chemicznych co pozwala na uzyskiwanie energii oraz na syntetyzowaniu
cukrów sześciowęglowych i trójwęglowych.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Co to jest komórka i jakie organella wchodzą w jej skład?

2.

Jaka jest zasadnicza różnica pomiędzy komórką prokariotyczną a komórką eukariotyczną?

3.

Jak jest zbudowana błona komórkowa i jakie są jej funkcje w życiu komórki?

4.

Czym różni się w swej budowie siatka śródplazmatyczna szorstka od gładkiej?

5.

Jak nazywa się produkt glikolizy przebiegającej bez udziału tlenu?

6.

Co to są lizosomy i jak można je podzielić ze względu na rodzaj trawionego materiału?

7.

Na jakie dwie fazy możemy podzielić fotosyntezę?

8.

Co to są twory paraplazmatyczne i jakie są ich funkcje w komórce?

9.

Jak nazywa się substancja w której komórka magazynuje energię?

10.

Jakie znasz rodzaje chlorofilu występujące w komórkach roślin?

4.1.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oznacz zawartość chlorofilu w ekstraktach z liści roślin zielonych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

odważyć 1,0 g liści lub igieł i homogenizować je w moździerzu porcelanowym do
otrzymania zawiesiny rozmiażdżonej tkanki roślinnej z 50 cm

3

acetonu, który został

wstępnie ochłodzony do 0°C w lodowce,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

2)

przesączyć tak otrzymany roztwór przez lejek Schotta G-2,

3)

przemyć osad małymi porcjami oziębionego acetonu do momentu, aż nie będzie
obserwowana zmiana barwy co oznacza, że chlorofil został wyekstrahowany,

4)

odmierzyć ilość otrzymanego ekstraktu i wprowadzać do niego wodę w celu otrzymania
roztworu o stężeniu 80%,

5)

przeprowadzić wszystkie czynności w pomieszczeniu zaciemnionym i w temperaturze
około 4°C,

6)

odczytać absorbancję otrzymanego ekstraktu przy długościach fal 645 nm, 652 nm
i 663 nm,

7)

zastosować 80% wodny roztwór acetonu jako odnośnik,

8)

obliczyć zawartości chlorofilów a i b oraz a + b z zastosowaniem następujących wzorów:
Zawartość chlorofilu a

C

a

= 12,7 A

663

– 2,7 A

645

Zawartość chlorofilu b

C

b

= 22,9 A

645

– 4,7 A

663

Zawartość chlorofilu a + b

C

a

+ C

b

= 20,2 A

645

+ 8,0 A

663

= A

652

9)

podać wyniki zawartości chlorofilów w [mg/dm

3

] roztworu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

spekol,

−

zlewka,

−

cylinder miarowy,

−

statyw do sączenia,

−

moździerz porcelanowy,

−

kalkulator elektroniczny,

−

liście lub igły roślin zielonych,

−

odczynniki:
-

aceton cz.d.a.,

-

woda destylowana.

Ćwiczenie 2

Przeprowadź chromatograficzny rozdział barwników asymilacyjnych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

rozetrzeć liście dowolnie zebranej rośliny w moździerzu porcelanowym dodając alkohol
etylowy w celu uzyskania półpłynnej konsystencji,

2)

dodać kilka kropel acetonu i po wymieszaniu przesączyć przez bibułę filtracyjną,

3)

chronić przed światłem otrzymany ekstrakt,

4)

wyciąć z bibuły filtracyjnej pasek o wymiarach 2 x 20 cm, na który za pomocą
mikropipety kroplami nanieść otrzymany wcześniej ekstrakt uzyskując plamkę o średnicy
około 0,5 cm,

5)

wysuszyć pasek bibuły po naniesieniu każdej kropli,

6)

przygotować mieszaninę rozpuszczalników organicznych składającą się z benzenu, eteru
i acetonu w proporcjach 10 : 2,5 : 2,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

7)

umieścić pasek bibuły w komorze chromatograficznej i zanurzyć w roztworze
rozpuszczalników,

8)

wyjąć po 30 minutach chromatogram,

9)

wysuszyć suszarką,

10)

zaznaczyć czoło chromatogramu,

11)

opisać co jest fazą ruchomą a co stacjonarną,

12)

zidentyfikować chlorofil b, chlorofil a, ksantofile i karotenoidy,

13)

sformułować i zanotować wniosek.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

moździerz porcelanowy,

−

szklana bagietka,

−

liście dowolnej rośliny,

−

bibuła filtracyjna,

−

statyw do sączenia,

−

zlewka,

−

mikropipeta,

−

suszarka do włosów,

−

komora chromatograficzna,

−

odczynniki:

-

aceton,

-

alkohol etylowy 96%,

-

benzen,

-

eter.

4.1.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

wymienić cztery organelle komórkowe?





2)

opisać jak zbudowany jest odpowiednik jądra u prokariontów?





3)

określić co to są permeazy?





4)

opisać budowę błony wewnętrznej mitochndrium?





5)

podać trzy przykłady tworów paraplazmatycznych?





6)

wymienić rodzaje chromatyny i określić ich aktywność?





7)

podać cztery przykłady barwników występujących w chromatoforach?





8)

wymienić różnice pomiędzy komórką roślinna a zwierzęcą?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

4.2.

Znaczenie enzymów i kwasów nukleinowych

4.2.1. Materiał nauczania

Reakcje biochemiczne zachodzące w organizmach żywych wraz z występującymi wraz

z nimi przemianami energetycznymi noszą nazwę metabolizmu. W jego skład wchodzą
reakcje prowadzące do rozpadu substratów, które nazywane są katabolicznymi, natomiast
w przypadku kiedy dochodzi do syntezy nowych związków mówimy o reakcjach
anabolicznych. Ogromna większość tych reakcji odbywa się przy współudziale związków
chemicznych jakimi są enzymy. Pełnią one rolę swoistych biokatalizatorów, które
uczestnicząc w reakcjach powodują, iż ich przebieg jest sprawniejszy a szybkość większa.
Bardzo istotną cechą enzymów ujawniającą się w czasie przebiegu katalizowanej reakcji jest
fakt, iż się w niej nie zużywają. Dla właściwego i efektywnego przebiegu reakcji konieczne
jest zaistnienie odpowiednich warunków takich jak temperatura, pH oraz stężenie reagujących
ze sobą substancji. Ze względu na rodzaj reakcji jaką katalizują enzymu możemy podzielić na
6 klas.

Tabela 3. Główne klasy enzymów.

Klasa główna enzymów

Ważniejsze enzymy

Mechanizm działania

oksydoreduktazy

dehydrogenazy
reduktazy
oksydazy
oksygenazy
hydroksylazy
peroksydazy

katalizują reakcje
oksydoredukcyjne czyli reakcje
związane z przeniesieniem
protonów, elektronów i tlenu

transferazy

aminotransferazy, fosfotransferazy,
glikozylotransferazy

katalizują

przenoszenie

grup

pomiędzy związkami przy udziale
koenzymów

hydrolazy

esterazy
glikozydazy
peptydazy
amidazy

powodują

rozkład

wiązań

z udziałem

cząsteczki

wody,

zazwyczaj

nie

wymagają

współuczestnictwa koenzymów

Liazy

deaminazy, dekarboksylazy

powodują odłączenie grup od
substratu w sposób odwracalny lub
nieodwracalny bez udziału wody

izomerazy

izomerazy cis-trans

katalizują reakcje izomeryzacji

Ligazy

karboksylazy, syntetazy

wpływają na wytwarzanie wiązań
pomiędzy cząsteczkami substratów

Większość enzymów syntetyzowanych jest wewnątrz komórek i pełnią funkcje

metaboliczne. Mechanizm działania enzymów sprowadza się do zmniejszenia energii
aktywacji uczestniczących w niej substratów. Jest to warunek niezbędny dla prawidłowego
przebiegu reakcji .

Enzymy są to złożone substancje białkowe, których ogólna budowa chemiczna wskazuje

na niezwykle ważny aspekt istnienia części białkowej zwanej apoenzymem i części
niebiałkowej tzw. koenzymu. Połączenie obu tych części powoduje powstanie aktywnej
cząsteczki nazywanej holoenzymem.

KOENZYM + APOENZYM = HOLOENZYM

Każda z części enzymu pełni określone funkcje.
Nazwa koenzym stosowana jest często w odniesieniu do kosubstratu. Koenzymy

pośredniczą w reakcjach enzymatycznych, stanowiąc często swoiste ogniwa łączące. To

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

dzięki koenzymom możliwa jest wymiana cząsteczek, grup będących podstawnikami, np.:
wodoru czy kwasu fosforowego. Bardzo często koenzymy wykazują podobieństwo do
niektórych nukleotydów (NAD, NADP) czy witamin (fosforan pirydoksalu, biotyna).

Apoenzym decyduje o rodzaju wiązanej substancji, natomiast koenzym decyduje

o rodzaju katalizowanej przez enzym reakcji. Integralną cechą enzymów jest ich wybitna
specjalizacja w stosunku do określonego substratu. Skutkuje to zdolnością do katalizowania
tylko i wyłącznie jednej reakcji chemicznej. Zjawisko to nazywane jest specyficznością
działania enzymu. Każdy enzym posiada w swojej budowie tzw. centrum katalityczne,
posiadające szczególne powinowactwo do substratu wchodzącego w reakcję.

Mechanizm działania enzymów jest ściśle związany z pojęciem szybkości reakcji

chemicznej. Zakładając, że zarówno stężenie substratu, temperatura jak i pH środowiska oraz
obecność aktywatorów i inhibitorów znajduje się na odpowiednim poziomie, czynnikiem
mającym wpływ na szybkość przebiegającej reakcji jest stężenie enzymu.

Enzymy nie wpływają na stałą równowagi reakcji chemicznej. Ich zadaniem jest wpływ

na szybsze jej ustalenie. Czynniki mogące mieć wpływ na szybkość reakcji, która jest
katalizowana prze określony enzym to:

−

wzajemne zbliżanie się substratów do siebie,

−

deformowanie się cząsteczek substratów,

−

oddziaływanie grup funkcyjnych, szczególnie tych , które wykazują dużą polarność.
W zależności od tego czy reakcja enzymatyczna przebiega w środowisku wewnętrznym

komórki czy zewnątrz komórkowo jej kinetyka zależy od różnych czynników. Najważniejsze
z nich to stężenie substratu oraz stężenie enzymu. Zjawisko to opisuje teoria Michaelisa-
Mentena, która mówi, że miarą powinowactwa enzymu do substratu jest stała Michaelisa
wyrażająca takie stężenie substratu dla którego prędkość reakcji jest równa połowie
maksymalnej prędkości reakcji.

Teoria ta wyraża się następującym wzorem:

E + S ↔ ES → E + P

gdzie:
E – enzym
S – substrat
ES – kompleks enzym – substrat
P – produkt

Teoria ta zakłada, iż katalityczna rola enzymu związana jest przede wszystkim

z powstaniem odwracalnego kompleksu enzym – substrat. Określa ona także powinowactwo
do substratu biorącego udział w reakcji.

W

badaniach

biochemicznych

a

w

szczególności

biotechnologicznych,

mikrobiologicznych oraz inżynierii chemicznej wykorzystuje się zjawisko immobilizacji
enzymów. Polega ono na swoistym unieruchomieniu cząsteczek enzymów bądź poprzez
osadzanie na powierzchni nośnika lub też w jego wnętrzu. Zjawisko to przeprowadza się
metodami chemicznymi a korzyści z niego płynące polegają głównie na otrzymaniu wyższego
stężenia biokatalizatora jakim jest enzym oraz na możliwości kontrolowania mikrośrodowiska
reakcji.

Aktywność enzymu jest największa w warunkach uznanych za optymalne. Czynnikami

mającymi wpływ na aktywność enzymów są: temperatura, pH potencjał oksydoredukcyjny
oraz wpływ koenzymów. Wzrost pierwszego z tych czynników powoduje wzrost szybkości
reakcji enzymatycznej. Warto jednak nadmienić, że każdy enzym posiada punkt inaktywacji
enzymu po przekroczeniu którego szybkość reakcji katalizowanej prze dany enzym szybko
maleje. W temperaturze maksymalnej rzędu 50 ° C dochodzi bardzo często do wystąpienia
zjawiska denaturacji, które dotyczy także enzymów z racji ich budowy chemicznej. Różnice

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

pomiędzy wpływem temperatury optymalnej jak i maksymalnej na szybkość katalizowanej
reakcji pokazuje rysunek 2.

Rys 2. Zależność wpływu temperatury optymalnej (2) i temperatury maksymalnej (1) na szybkość reakcji

enzymatycznej [1, s. 92]

Stężenie jonów wodorowych jest czynnikiem niezwykle ważnym dla osiągnięcia

optimum aktywności danego enzymu. Każdy enzym posiada charakterystyczną i sobie tylko
przypisaną wartość optimum pH. Większość z nich osiąga je w środowisku obojętnym
ewentualnie lekko kwaśnym.

Z kolei potencjał redoks może w sposób aktywujący lub dezaktywujący wpływać na

enzymy znajdujące się w określonym środowisku reakcji. Dotyczy to nie tylko tych enzymów,
które są biokatalizatorami reakcji utleniania czy redukcji ale także enzymów innych klas.

Rys 3. Wpływ optimum pH na maksymalną aktywność enzymu [7, s.45]

Komórki zwierzęce i roślinne zawierają materiał genetyczny występujący w postaci

kwasów nukleinowych. Przekazywane z ich pomocą informacje genetyczne zawierają się
w kwasie dezoksyrybonukleinowym DNA w składzie którego znajduje się cukier
dezoksyryboza oraz w kwasie rybonukleinowym RNA zawierającym rybozę. Kwasy
nukleinowe są polimerami zbudowanymi z monomerów jakimi są nukleotydy. Typowy
nukleotyd składa się z trzech elementów:

−

cukier należący do pentoz, jest to ryboza lub deoksyryboza,

−

zasada azotowa, puryna (adenina, guanina) lub pirymidyna (cytozyna, uracyl, tymina),

−

kwasu ortofosforowego (V).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

Tabela 4. Budowa kwasu DNA i RNA występujących w komórkach żywych [10, s. 20]

DNA

RNA

Rodzaj pentozy

deoksyryboza

ryboza

Rodzaj zasad azotowych

Adenina, guanina, cytozyna, tymina

adenina, guanina, cytozyna, uracyl

Struktura przestrzenna

Struktura przestrzenna w postaci

podwójnej α-helisy

struktura przestrzenna jako pojedyncza

nić nukleotydów

Wielkość cząsteczki

Bardzo duża cząsteczka składająca się

z kilkuset tysięcy nukleotydów

cząsteczka mniejsza składająca się

z kilku tysięcy nukleotydów

Rodzaj kodowanej

informacji

Zawiera informacje na temat budowy

białek

mRNA – kopia informacji genetycznej

zawartej w DNA,

tRNA – transport aminokwasów

w procesie biosyntezy białka,

rRNA – tworzy rybosomy

Miejsce występowania

występuje w jądrze, mitochondrium oraz

w chloroplastach

występuje w jądrze komórkowym,

cytoplazmie, rybosomach oraz

w mitochondriach

Pentoza połączona jest z zasadą azotową a połączenie takie nazywamy nukleozydem.

W momencie, kiedy do nukleozydu przyłącza się kwas ortofosforowy(V) za pomocą wiązania
fosforowo-estrowego powstaje nukleotyd. Nukleotydy układają się w charakterystyczną
sekwencję w której zapisywane są za pomocą pierwszej litery zawartej w nich zasady. DNA,
którego cząsteczka zbudowana jest z podwójnego łańcucha polinukleotydowego zwiniętego
w prawoskrętną spiralę zawiera zasady współwystępujące w łańcuchu w myśl
tzw. komplementarności. Oznacza to, że adenina zawsze łączy się z tyminą podwójnym
mostkiem wodorowym, natomiast cytozyna z guaniną mostkiem potrójnym. Model budowy
DNA zakłada, że dwa łańcuchy polinuleotydowe wiążą się ze sobą za pomocą wiązań
występujących pomiędzy dwiema zasadami. Reguluje to zasada komplementarności, która
mówi nam, że adenina zawsze łączy się z tyminą dwoma wiązaniami wodorowymi, natomiast
cytozyna zawsze wiąże się z guaniną trzema wiązaniami wodorowymi.

Łańcuchy polinukleotydowe są skręcone przestrzennie w prawoskrętną spiralę α-heliks,

w której pary zasad ułożone są prostopadle do osi nici. Przyczynia się to do zwiększenia
trwałości konformacji.

Kluczem do informacji zakodowana w kwasach nukleinowych jest znajomość tzw. trójek

lub kodonów. Typowy kodon zbudowany jest z trzech sąsiadujących ze sobą nukleotydów a to
z kolei determinuje kolejność uszeregowania aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym,
który może zostać zsyntetyzowany.

Kwas dezoksyrybonukleinowy odgrywa poza tym niebagatelną rolę w niezwykle ważnym

procesie biochemicznym zachodzącym w komórce żywej a mianowicie w procesie biosyntezy
białka. W związku z tym, że kształtowanie się cząsteczki białka odbywa się na rybosomach
w cytoplazmie, DNA nie bierze bezpośredniego udziału w biosyntezie białka. Jest ona jednak
swoistym wzorcem dla wytworzenia tzw. kopii roboczej genu czyli mRNA. Odbywa się to
w procesie zwanym transkrypcją. Kolejny etap translacja polega na formowaniu cząsteczki
białka w cytoplazmie z aminokwasów dostarczanych przez kompleks aminoacylo-tRNA,
którego głównym składnikiem jest tRNA. W komórkach można napotkać trzy rodzaje kwasu
RNA:

−

mRNA – matrycowy, syntetyzowany w jądrze komórkowym, jest kopią robocza DNA na
czas biosyntezy białka,

−

tRNA – transportujący, pełni funkcje transportera aminokwasów w trakcie biosyntezy
białka,

−

rRNA – rybosomalny, syntetyzowany jest w jądrze wraz z białkami buduje cząsteczki
rybosomów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

4.2.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Co rozumiesz pod pojęciem klasy enzymów i jakie klasy znasz?

2.

Jaki jest mechanizm działania enzymów?

3.

Jakie czynniki, wpływają na aktywność enzymów?

4.

Na czym polega zjawisko immobilizowania enzymów?

5.

Jakie czynniki mogą przyspieszać lub zwalniać reakcje enzymatyczne?

6.

Jakie znasz rodzaje kwasów nukleinowych?

7.

Jaka jest budowa strukturalna DNA?

8.

Jakie są funkcje trzech rodzajów kwasu RNA?

9.

Jak jest zbudowany nukleotyd?

4.2.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oznacz wpływ temperatury na aktywność amylazy ślinowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

dokonać wstępnego oznaczenia stężenia amylazy w ślinie. W tym celu przepłukać usta
wodą i zebrać ślinę do probówki,

2)

rozcieńczyć ją czterokrotnie i przesączyć przez watę,

3)

przygotować cztery próbówki w celu określenia stężenia amylazy ślinowej,

4)

odmierzyć do nich kolejno: 2; 1; 0,5 i 0,2 cm

3

roztworu śliny a następnie dopełnić wodą

destylowaną do 2 cm

3

,

5)

dodać do każdej z nich 2 cm

3

buforu o pH = 6,6,

6)

wstawić probówki do łaźni i ogrzewać w temperaturze 37°C przez 5 minut,

7)

dodać do każdej z nich 2 cm

3

kleiku ogrzanego do tej samej temperatury,

8)

ogrzewać probówki przez kolejne 5 minut na łaźni w tej samej temperaturze,

9)

dodać 0,5 cm

3

jodku potasu i obserwować zmianę zabarwienia na wskutek reakcji

z jodkiem potasu,

10)

wybrać tę probówkę, która zawiera jak najmniejszą ilość roztworu śliny powodującą
reakcję hydrolizy skrobi,

11)

oznaczyć czasu potrzebny do zhydrolizowania skrobi do achrodekstryn w temp. 20°C,
40°C, 60°C i 80°C,

12)

przygotować statyw z probówkami w których znajduje się 1 cm

3

jodu w jodku potasu,

13)

równolegle przygotować mieszaniny 2 cm

3

kleiku i 2 cm

3

buforu o pH = 6,6,

14)

ogrzać przygotowaną mieszaninę kleiku i buforu na łaźni,

15)

dodać ogrzaną ślinę, w objętości wybranej w etapie wstępnym, do tak przygotowanej
mieszaniny i dopełnić wodą do 2 cm

3

,

16)

rozpocząć pomiar czasu i co minutę dodawać 0,2 cm

3

mieszaniny kleiku i buforu do

przygotowanych uprzednio probówek,

17)

przerwać inkubację w chwili utworzenia achrodekstryn, które nie barwią się z jodem,
notując czas jaki upłynął,

18)

sporządzić po wykonaniu prób we wszystkich temperaturach, wykres zależności
szybkości od temperatury,

19)

wskazać temperaturę optymalną dla amylazy ślinowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

probówki,

−

zestaw do sączenia,

−

lejek,

−

zlewki,

−

łaźnia wodna,

−

pipety o różnej pojemności,

−

tryskawka,

−

odczynniki:
-

1% roztwór kleiku skrobiowego,

-

0,02 mol/dm

3

roztwór jodu w jodku potasu,

-

amylaza ślinowa,

-

bufor cytrynianowo-fosforanowy o pH = 6,6 (zmieszać 14,55 cm

3

0,2 mol/dm

3

roztworu fosforanu dwusodowego z 5,45 cm

3

0,1 mol/dm

3

roztworu kwasu

cytrynowego).

Ćwiczenie 2

Wykryj obecność enzymów z grupy oksydaz w ziemniaku.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

sporządzić wyciąg ziemniaczany, umyć i obrać ziemniak a następnie utrzeć go na tarce,

2)

włożyć do woreczka płóciennego miazgę ziemniaczaną,

3)

zanurzyć w zlewce z około 200 cm

3

wody,

4)

wymieszać łagodnie zawartość zlewki, uzyskany w ten sposób wodny ekstrakt zawiera
enzymy i skrobię,

5)

odczekać, aż skrobia opadnie na dno,

6)

zdekantować supernatant i przesączyć,

7)

dodać kilka kropel toluenu do przesaczu,

8)

wlać do 2 probówek po 5 cm

3

wyciągu ziemniaczanego,

9)

dodać do pierwszej 10 kropli 1% roztworu fenolu, do drugiej 10 kropli 1% roztworu
pirokatechiny,

10)

wymieszać zawartość probówek,

11)

obserwować zmianę zabarwienia, zachodzi reakcja barwna analogiczna do ciemnienia
obranego ziemniaka lub do ciemnienia skórek uzyskanych z obranego jabłka.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

surowy ziemniak,

−

tarka do ziemniaków,

−

woreczek płócienny,

−

zlewka szklana,

−

lejek szklany,

−

sączki papierowe,

−

odczynniki:
-

cz.d.a. toluen,

-

1% roztwór wodny fenolu,

-

1% roztwór wodny pirokatechiny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

4.2.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

podać definicję biokatalizatora wraz z przykładami?





2)

określić do jakiej klasy enzymów należą hydrolazy?





3)

wyjaśnić pojęcie apoenzymu, koenzymu i holoenzymu ?





4)

wymienić czynniki, które wpływają na szybkość reakcji enzymatycznej?





5)

określić co opisuje równanie Michaelisa?





6)

podać z jakich części składa się typowy nukleotyd?





7)

opisać budowę przestrzenną DNA?





8)

określić na czym polega zjawisko komplementarności?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

4.3.

Rola i znaczenie biologiczne węglowodanów, białek i lipidów

4.3.1.

Materiał nauczania

Podstawowymi makrocząsteczkami, które współtworzą komórki i tkanki są białka.

Najprostszy podział uwzględnia obecność w cząsteczce białka grupy prostetycznej
i umożliwia wyodrębnienie dwóch rodzajów tych związków:

−

białka proste, proteiny, które zbudowane są tylko i wyłącznie z monomerów zwanych
aminokwasami połączonych ze sobą za pomocą wiązań peptydowych,

−

białka złożone, proteidy, które zbudowane są z aminokwasów połączonych z grupą
prostetyczną, którą mogą być cząsteczki cukrów, lipidów, a także niektóre metale.
Wśród białek złożonych wyróżnić można glikoproteidy zawierające w swej cząsteczce

węglowodany, lipoproteidy zawierające tłuszczowce, chromoproteidy zawierające barwniki
fosfoproteidy zawierające reszty kwasy fosforowego oraz nukleoproteidy zawierające kwasy
nukleinowe.

Funkcje białek w organizmie są następujące:

−

budulcowa – budują struktury komórkowe,

−

transportowa – przenoszą wiele substancji, barwników i leków w organizmie,

−

odpornościowa – stanowią przeciwciała,

−

regulacyjna – budują hormony,

−

biokatalityczna – tworzą enzymy.
Monomery białek – aminokwasy, posiadające dwie grupy funkcyjne aminową (-NH

2

)

oraz karboksylową (-COOH), występują zazwyczaj w postaci jonu obojnaczego, rzadziej jako
anion lub kation. Jest to zależne to od pH środowiska w którym występują. Zjawisko takie
wskazuje na amfoteryczny charakter aminokwasów i białek. W przyrodzie napotkać je można
w liczbie 20, zaś ze względu na to czy organizm może je samodzielnie syntetyzować dzielimy
je na aminokwasy egzogenne lub endogenne.

Do aminokwasów egzogennych zaliczamy:

−

lizynę,

−

metioninę,

−

leucynę,

−

histydynę,

−

fenyloalaninę,

−

treoninę,

−

tryptofan,

−

izoleucynę,

−

walinę.

Do aminokwasów endogennych zaliczamy:

−

alaninę,

−

asparaginę,

−

kwas asparaginowy,

−

argininę,

−

glutaminę,

−

kwas glutaminowy,

−

glicynę,

−

prolinę,

−

serynę,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

−

tyrozynę,

−

cysteinę.
Aminokwasy łączą się ze sobą za pomocą bardzo charakterystycznego wiązania

peptydowego. Tworzy się ono pomiędzy grupą karboksylową i aminową dwóch sąsiadujących
ze sobą aminokwasów.

Rys 4. Schemat tworzenia się wiązania peptydowego [1, s. 56]

Dwa dowolne aminokwasy połączone ze sobą nazywane są dipeptydem, Połączenie kilku

aminokwasów (do 10) nazywamy oligopeptydem. Większe cząsteczki nazywamy
polipeptydami i stanowią połączenie kilkunastu lub kilkudziesięciu cząstek aminokwasów.
Struktury większe od polipeptydów nazywamy białkami, zawierają one ponad 100
aminokwasów.

Cechą charakterystyczną białek jest ich budowa przestrzenna zawarta w czterech

elementach zwanych:

−

strukturą pierwszorzędową – sekwencja czyli kolejność aminokwasów w łańcuchu,

−

strukturą drugorzędową – pofałdowanie lub skręcenie cząsteczki białka w przestrzeni,

−

strukturą trzeciorzędową – charakterystyczny układ przestrzenny cząsteczki białka,
umożliwiający powstanie np. kłębuszków,

−

strukturą czwartorzędową – kompletna struktura przestrzenna cząsteczki białka
uwzględniający zarówno kłębuszki jak i obecność grupy prostetycznej.

Denaturacja – jest to proces niszczenia struktury III i IV rzędowej białek pod wpływem

promieniowania, wysokiej temperatury oraz stężonych kwasów, zasad i rozpuszczalników
organicznych.

Ze względu na funkcję jaką pełnią białka a jednocześnie na ich rozpuszczalność wyróżnić

można następujący podział:
1)

skleroproteiny – białka włókienkowe posiadające strukturę I i II rzędową, są to białka
podporowe, występujące w tkance łącznej np. kolagen lub keratyna,

2)

sferoproteidy – białka globularne (kłębuszkowe) o budowie cząsteczkowej III i IV do tej
grupy zaliczamy histony – zasadowe białka występujące w jądrze komórkowym,

3)

albuminy – białka rozpuszczalne w wodzie, występują licznie we krwi, pełnią funkcje
transportujące,

4)

globuliny białka bardzo słabo lub praktycznie nierozpuszczalne w H

2

O do tej grupy

zaliczamy między innymi γ- globuliny (przeciwciała).

Węglowodany zwane cukrami to związki organiczne, które ze względu na obecność

grupy funkcyjnej, ketonowej bądź aldehydowej można podzielić na ketozy - przykładem jest
fruktoza lub aldozy przykładem jest glukoza. Są to dwa najczęściej występujące cukry proste
zwane także monosacharydami. Do cukrów prostych zaliczamy węglowodany o liczbie
atomów węgla od 3 do 7. Triozy zawierają trzy atomy C, tetrozy – cztery, pentozy – pięć
natomiast heksozy i heptozy odpowiednio sześć i siedem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

Tabela 5. Porównanie właściwości najczęściej występujących węglowodanów [10, s. 17]

ryboza

występuje w RNA

glukoza

podstawowy substrat energetyczny w komórkach

monosacharydy

fruktoza

podstawowy substrat energetyczny w komórkach

sacharoza

glukoza + fruktoza

maltoza

glukoza + glukoza
materiał odżywczy

Disacharydy

laktoza

glukoza + galaktoza,
materiał odżywczy

oligosacharydy

rafinoza

materiał odżywczy

skrobia

cukier zapasowy u roślin

celuloza

element budulcowy komórek roślinnych

polisacharydy

glikogen

cukier zapasowy u zwierząt

Węglowodany wykazują zdolność do skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego

dlatego też mówi się o nich, że są to związki optycznie czynne. Odmiany cukrów, które
skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego w prawo oznacza się jako (+), natomiast cukry
lewoskrętne jako (-). Wzorcowym cukrem, który wykazuje takie właściwości jest aldehyd
glicerynowy. Posiada on asymetryczny atom węgla do którego przyłączone są cztery różne
podstawniki.

Dla organizmu człowieka największe znaczenie posiada glukoza, która jest

podstawowym substratem energetycznym. Stale występuje ona we krwi a jej poziom jest
monitorowany i kontrolowany przez układ nerwowy i dokrewny. Gruczołem bezpośrednio
zaangażowanym w ten proces jest trzustka i dwa produkowane przez nią hormony insulina
i glukagon. Glukoza jest substratem wielu przemian biochemicznych o charakterze
energetycznym.

W tabeli powyżej oprócz cukrów prostych znajdują się także oligosacharydy

i polisacharydy. Powstają one poprze łączenie się cząsteczek monosacharydów za pomocą
wiązań glikozydowych. Niezwykle ważne dla organizmów roślinnych i zwierzęcych są cukry
złożone tj. skrobia u roślin i glikogen u zwierząt.

Skrobia jest niezwykle dużą cząsteczką zbudowaną z monomerów jakimi są cząsteczki

glukozy. Skrobia składa się z dwóch części polisacharydowych: amylozy i amylopektyny.
Stosunek ilościowy tych polisacharydów w cząsteczce skrobi wynosi 1:3. Znaczenie skrobi
dla organizmów roślinnych jest ogromne z energetycznego punktu widzenia. Zwierzęta
i człowiek spożywają je w swojej diecie np. w ziemniakach, kaszach czy mące.

Rys 5. Uproszczony schemat budowy cząsteczki skrobi [4, s. 324]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

Glikogen czyli materiał zapasowy organizmów zwierząt także składa się z glukozy.

Występuje ona w nim w postaci długich rozgałęzionych łańcuchów. Gdy nasz organizm
zmuszony jest do podwyższenia poziomu cukru we krwi rozpoczyna się proces jego rozpadu
nazywany glikogenolizą. Główne zapasy glikogenu znajdują się w wątrobie i mięśniach
szkieletowych.

Węglowodany są łatwym do metabolizowania materiałem zapasowym. W organizmie

człowieka istnieje grupa związków, które z racji swej budowy i właściwości chemicznych
stanowią wysokoenergetyczny materiał zapasowy są to tłuszcze. Lipidy wykazują
z chemicznego punktu widzenia grupę bardzo zróżnicowaną a jest to związane z obecnością
w cząsteczce lipidów złożonych innych związków chemicznych. Tak powstają fosfolipidy czy
glikolipidy. Dlatego też wprowadzono podział uwzględniający tą różnorodność:

−

tłuszcze proste zbudowane z glicerolu i kwasów tłuszczowych. W skład tej grupy
wchodzą np. woski,

−

tłuszcze złożone w cząsteczce tych związków występują dodatkowo cząsteczki cukrów
np. glikolipidy, lub kwasu fosforowego np. fosfolipidy,

−

sterydy i karotenoidy.

W tłuszczach prostych pomiędzy glicerolem a kwasami tłuszczowymi występują

wiązania estrowe. Kwasy tłuszczowe tworzące cząsteczki tłuszczów dzielimy na dwie grupy:

−

nasycone, w których wszystkie wiązania pomiędzy atomami węgla są pojedyncze,

−

nienasycone zawierające wiązania podwójne, co skutkuje niższą temperaturą topnienia.
Znaczenie tłuszczów w organizmie człowieka nie sprowadza się tylko do traktowania ich

jako źródła energii. Lipidy obecne są w błonie komórkowej każdej komórki organizmu. Poza
tym tkanka tłuszczowa pełni często funkcje amortyzujące i ochronne np. wyściela oczodół
i otacza cienką warstwą nerki. Jednak znaczenie tłuszczów w gospodarce energetycznej
organizmu jest ogromne. Ilość energii uzyskana z cząsteczki lipidu jest wielokrotnie większa
od ilości energii uzyskanej z węglowodanów.

Wśród tłuszczy złożonych niezwykle liczną i ważną grupą są fosfolipidy, których synteza

odbywa się z udziałem glicerolu i kwasu fosforowego. Biorą one udział w budowaniu błon
komórkowych. Jednym z rodzajów fosfolipidów są lecytyny biorące udział w procesach
wybiórczego transportu przez błony oraz sfingolipidy występujące w komórkach nerwowych.

Związki sterydowe stanowiące osobną grupę lipidów są substratami reakcji syntezy steroli

do których należy cholesterol z które w organizmie powstaje grupa hormonów sterydowych
m.in. płciowe.

4.3.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jakie funkcje pełnią białka w komórce?

2.

Co to są histony i jaka jest ich funkcja?

3.

Jak nazywają się monomery białek i jakie grupy funkcyjne posiadają?

4.

Co to są aminokwasy egzogenne?

5.

Co to jest denaturacja i co ją wywołuje?

6.

Jakie węglowodany zaliczamy do monosacharydów?

7.

Co to jest glikogen i jakie jest jego znaczenie dla organizmów zwierzęcych?

8.

Jakie znaczenie dla organizmu mają fosfolipidy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

4.3.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oznacz średnią masę cząsteczkową kwasów tłuszczowych w tłuszczach. Określ liczbę

zmydlania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przygotować dwie kolby stożkowe, do jednej wprowadzić 2 g tłuszczu – próba badana,
druga kolba stanowić będzie próbę ślepą,

2)

dodać do obu kolb po 20 cm

3

alkoholowego roztworu KOH o stężeniu 0,5 mol/dm

3

i zatkać korkiem,

3)

ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej po uprzednim połączeniu z chłodnicą powietrzną,

4)

oziębić zawartość obu kolb stożkowych i przenieść ją ilościowo z użyciem wody
i etanolu do kolb miarowych o pojemności 100 cm

3

,

5)

pobrać z kolby miarowej 20 cm

3

roztworu i przenieść do zlewek,

6)

miareczkować roztworem HCl wobec fenoloftaleiny,

7)

obliczyć ilość mmoli KOH w 20 cm

3

alkoholowego roztworu, na podstawie ilości HCl

użytego do miareczkowania próby ślepej,

8)

obliczyć ilość mmoli KOH pozostającego po zhydrolizowaniu całej ilości tłuszczu,

9)

obliczyć ilość mmoli KOH zużytych do zobojętnienia kwasów tłuszczowych powstałych
z 2 g tłuszczu,

10)

obliczyć liczbę zmydlania, czyli ilość KOH zużytą do zobojętnienia 1 g tłuszczu,

11)

obliczyć ilość mg tłuszczu, która zostaje zobojętniona przez 3 mmole KOH, ilość ta
odpowiada 1 mmol oznaczonych triglicerydów, zakładając, że w reszcie kwasowej może
znajdować się tylko jedno wiązanie podwójne,

12)

obliczyć średnią masę kwasów tłuszczowych wchodzących w skład średniej masy
triglicerydów, uwzględniając masę glicerolu i wody,

13)

ocenić i podać na podstawie obliczeń wzór półstrukturalny badanego tłuszczu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

kolby stożkowe 2 sztuki o pojemności 100 cm

3

,

−

łaźnia wodna,

−

chłodnica powietrzna 2 sztuki,

−

kolby miarowe o pojemności 100 cm

3

2 sztuki,

−

biureta szklana,

−

kalkulator elektroniczny,

−

odczynniki:

-

tłuszcz,

-

alkoholowy roztwór KOH o stężeniu 0,5 mol/dm

3

,

-

alkohol etylowy,

-

roztwór HCl o stężeniu 0,1 mol/ dm

3

,

-

0,1% alkoholowy roztwór fenoloftaleiny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

Ćwiczenie 2

Porównaj właściwości skrobi nierozłożonej i produktów jej hydrolizy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

sporządzić 2% koloidalny kleik skrobiowy: zmieszać 0,2 g wysuszonej skrobi z 10 cm

3

zimnej wody,

2)

umieścić w zlewce około 75 cm

3

wody i zagotować,

3)

wlać do wrzącej wody przygotowaną zawiesinę skrobi, mieszać przez 1 minutę,

4)

dodać 4 cm

3

stężonego HCl do 25 cm

3

2% kleiku skrobiowego (roztwór A),

5)

podgrzać roztwór A do wrzenia i utrzymywać we wrzeniu 5 minut,

6)

ochłodzić roztwór i zobojętnić go dodając stopniowo NaOH, obserwując jednocześnie
zabarwienie papierka z fenoloftaleiną na różowo,

7)

dodać 5% roztwór CH

3

COOH tak długo aż papierek z fenoloftaleiną odbarwi się, w ten

sposób otrzymać zobojętniony hydrolizat skrobi (roztwór B),

8)

wykonać próbę redukcyjną stosując odczynnik Benedicta, używając równolegle roztwór
A i B, dodać po kilka kropli roztworu A i roztworu B do probówek zawierających
1,5 cm

3

odczynnika Benedicta, umieścić próbówki na 2 minuty we wrzącej łaźni wodnej,

roztwór może przyjmować zabarwienie od pomarańczowego do zielonego,

9)

wykonać próbę jodową używając roztwór Lugola, dodać 1 kroplę roztworu Jugola do
1 ml roztworu A i B, obecność skrobi powoduje zabarwienie roztworu na
ciemnoniebiesko,

10)

ocenić otrzymane wyniki i wyciągnąć wnioski dotyczące skrobi i produktów jej
hydrolizy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

zlewka do przygotowywania kleiku skrobiowego,

−

papierek z fenoloftaleiną,

−

probówki,

−

cylinder miarowy,

−

pipety,

−

palnik gazowy lub grzejnik elektryczny,

−

trójnóg, siatka,

−

łaźnia wodna,

−

waga techniczna lub analityczna,

−

odczynniki:
-

2% kleik skrobiowy,

-

HCl stężony,

-

30% roztwór NaOH,

-

5% roztwór CH

3

COOH,

-

odczynnik Benedicta wykonać rozpuszczając 173 g bezwodnego cytrynianu
trisodowego i 90 g bezwodnego węglanu sodowego w 600 cm

3

gorącej wodzie,

następnie przesącz roztwór a do przesączu dodaj 100 cm

3

17,3% roztworu

CuSO

4

·5 H

2

O, uzupełnij wodą do 100 cm

3

,

-

roztwór Lugola sporządzić wykonując 0,05% roztwór jodu w 2% roztworze jodku
potasowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

podać różnicę pomiędzy budową dipeptydu, oligopeptydu i polipeptydu? 



2)

określić postać chemiczną występowania aminokwasów w organizmie?





3)

wyjaśnić różnicę pomiędzy budową protein i proteidów?





4)

wymienić czynniki pod wpływem których zachodzi denaturacja?





5)

określić do jakiej grupy białek zaliczamy przeciwciała?





6)

podać co to jest węgiel asymetryczny w cząsteczce węglowodanów?





7)

opisać budowę skrobi?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

4.4.

Znaczenie badań bioanalitycznych w biochemii

4.4.1.

Materiał nauczania

Analiza kliniczna jest integralną częścią dzisiejszej biochemii i medycyny. Współczesna

diagnostyka kliniczna opiera się na metodach chemicznych, biochemicznych, izotopowych
a także fizykochemicznych i niezwykle czułych testach immunologicznych.

Niezwykły postęp w biochemii a w szczególności w biotechnologii pozwolił na

zastosowanie w badaniach stosowanych w analityce medycznej, biotechnologii a także
w ochronie środowiska czujników biologicznych nazywanych także biosensorami. Stanowią
one połączenie obiektów będących materiałem biologicznym np. enzymów oraz czujników
fizycznych np. elektrod, czujników, tranzystorów, przetwarzających efekty reakcji chemicznej
na mierzalny sygnał analityczny. Takie metody analityczne znalazły szczególne duże
zastosowanie w sytuacji gdy oznaczenia muszą być wykonane niezwykle szybko lub gdy
pomiary muszą być systematycznie monitorowane. Najczęściej biosensory są stosowane
w przemyśle spożywczym, ochronie środowiska oraz w kontroli biotechnologicznej.
W przemyśle spożywczym najczęściej za pomocą biosensorów oznaczać można
węglowodany, głównie glukozę z użyciem specjalnej elektrody glukozowej. Ponadto
biosensory znalazły zastosowanie w monitorowaniu terapii chorych na cukrzycę.
Toksykologia i szeroko pojęta ochrona środowiska także stwarza możliwości zastosowania
biosensorów. Mogą być one używane do wykrywania i identyfikowania substancji
toksycznych w środowisku naturalnym. Biosensory są cennym narzędziem w rękach
biotechnologa głównie ze względu na dużą selektywność i powtarzalność otrzymywanych
wyników.

Inną

zaletą

biosensorów

jest

wykonywanie

pomiarów

bez

etapu

przygotowawczego, który jest zwykle pracochłonny i czasochłonny.

Praca przyszłego technika analityka powinna cechować się niezwykłą starannością,

dokładnością i dbałością o stanowisko pracy. Prawidłowe pobieranie i przyjmowanie
materiału przeznaczonego do badań biochemicznych jest pierwszym zadaniem analityka.
Materiał do badań powinien być właściwie przygotowany do dalszych badań, prawidłowo
opisany i przechowywany. Najczęściej materiałem biologicznym do badań biochemicznych
jest krew lub mocz. Jeżeli analityk ma do czynienia z materiałem biologicznym powinien
niejako z urzędu potraktować go jako materiał zakaźny. Wiąże się z tym bardzo rygorystyczne
przestrzeganie kilku zasad bhp pracy w laboratorium:

−

używanie najczęściej jak tylko to możliwe sprzętu jednorazowego,

−

częste mycie rąk,

−

używanie środków dezynfekcyjnych za równo przy dezynfekcji rąk jak i sprzętu,

−

całkowity zakaz pipetowania ustami,

−

unikanie wirowania próbek krwi w otwartych wirówkach.
Badanie krwi dostarcza niezwykle dużo informacji wykorzystywanych w celach

diagnostycznych o stanie całego organizmu lub jego części. Badania elementów
morfotycznych występujących we krwi pozwalają ocenić zarówno morfologię jak i fizjologię
poszczególnych zespołów krwinek tj. białokrwinkowego, czerwonokrwinkowego oraz
płytkowego. Osocze cechuje się wysoką stałością składu chemicznego, który odzwierciedla
homeostazę organizmu. Niesie z sobą wiele szczególnych informacji dotyczących między
innymi zawartości i frakcji białek zawartych w osoczu, stężeń np. glukozy, niektórych lipidów
i hormonów czy produktów przemian azotowych.

Kolejnym często używanym materiałem biologicznym jest mocz, który jest

w przeciwieństwie do krwi wydaliną produkowaną w jednym celu – aby organizm mógł

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

usuwać substancje zbędne i regulować gospodarkę wodną. W zasadzie mocz powinien być
płynem nie zawierającym komórek, jednak w praktyce niektóre rodzaje komórek nabłonka
oraz nieliczne krwinki mogą się w nim pojawiać. W stanach patologicznych występujących
w organizmie w moczu pojawiają się substancje chemiczne, które są ważną informacją
diagnostyczną. Należą do nich między innymi glukoza, białka oraz niektóre krwinki
np. erytrocyty.

Materiał biologiczny pobrany od pacjenta powinien być traktowany jako potencjalnie

zakaźny. Istnieje ryzyko, że analityk pracując z takim materiałem może zakazić się wirusem
HIV lub wirusem zapalenia wątroby. Ponadto materiał biologiczny jest zawsze dobrą
pożywką dla bakterii i niewłaściwie przechowywany może stanowić źródło zakażeń
bakteryjnych. W związku z tym należy podkreślić dwa elementy pracy analityka
w laboratorium a mianowicie pobieranie i przechowywanie materiału biologicznego.

Krew pobiera się jako krew żylną najczęściej z żyły łokciowej, oraz jako krew

włośniczkową z opuszka palca. Krwi pełnej używa się głównie do badań morfologicznych lub
cytomorfologicznych a także do badania OB i niektórych wskaźników kwasowo-zasadowych.
W celu wykonania badań pozostałych badań stosuje się odwirowane osocze. Przed badaniem
krew jest poddawana działaniu czynnika przeciwkrzepliwego jakim zazwyczaj jest heparyna,
wersenian sodu, szczawian potasu lub cytrynian sodu. Obecność takiego czynnika może
zaburzać wyniki niektórych analiz, dlatego też dobór czynnika zapobiegającego krzepnięciu
jest bardzo ważny.

Na ostateczny wynik wpływ może mieć także przechowywanie materiału do badań. Jeżeli

materiał wymaga długotrwałego przechowywania najlepszym wyjściem jest zamrożenie go.
Krew przechowywana w ten sposób nie traci swoich właściwości nawet kilka miesięcy.
Chłodzenie krwi dopuszczalne jest tylko przez kilka godzin, po których pojawiają się
zaburzenia procesów energetycznych w komórkach czego efektem są zniekształcone wyniki
badań. W przypadku wykorzystywania do badań surowicy najlepszym sposobem
przechowywania także jest zamrażanie jej.

Istnieje wiele możliwości popełnienia błędów w pracy analityka klinicznego. Należą do

nich:

−

ź

ródła błędu związane ze stanem zdrowia osoby chorej np. zatajenie lub niewiedza

o istniejących chorobach,

−

ź

ródła wynikające z zażywania przez osobę chorą wielu leków, które dają interakcję

z substancjami użytymi w trakcie diagnostyki,

−

ź

ródła błędu w trakcie pobierania materiału do badań np. złe pobranie lub niewłaściwie

dobrany środek przeciwkrzepliwy,

−

ź

ródła występujące po pobraniu krwi do badań np. złe przechowywanie lub niewłaściwy

transport,

−

ź

ródła w trakcie analizy np. błędy w technice wykonania analizy, niedokładność,

zanieczyszczone lub nietrwałe odczynniki, źle dobrane lub źle wykonane wzorce,

−

ź

ródła związane z metodyką pracy np. dobranie metody o zbyt małej swoistości,

dokładności i precyzji.

4.4.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jakie jest znaczenie badań klinicznych w biochemii?

2.

Co to są biosensory i jakie są zalety ich stosowania w biochemii?

3.

Jakie jest zastosowanie biosensorów w badaniach biochemicznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

4.

Na co należy zwrócić szczególną uwagę podczas pracy w laboratorium?

5.

Jakie są przyczyny zakaźności materiału biologicznego?

6.

Jak prawidłowo pobiera się krew do badań klinicznych?

7.

Jakie są zasady prawidłowego przechowywania materiału biologicznego do badań?

8.

Jakie są najczęstsze źródła błędów popełnianych w trakcie diagnostyki klinicznej?

4.4.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ zadania i obowiązki związane z pracą technika analityka w laboratorium

klinicznym. Przedstaw je w formie posteru.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

określić na czym polega specyfika pracy w laboratorium klinicznym,

2)

ustalić harmonogram pracy w laboratorium ze szczególnym uwzględnieniem
poszczególnych stanowisk,

3)

określić strategiczne punkty w laboratorium ze szczególnym uwzględnieniem miejsca
poboru prób biologicznych, stanowisk diagnostycznych, miejsc w których znajdują się
pojemniki na materiał i odczynniki przeznaczone do utylizacji, punkty sanitarne a także
punkt wydawania wyników badań,

4)

określić optymalne metody badań uwzględniające zakres pracy laboratorium,

5)

dokonać dokładnego opisu zastosowanych metod, dbać aby metody te były ściśle
przestrzegane,

6)

umiejętnie dobrać sprzęt laboratoryjny niezbędny do wykonania każdej z wybranych
metod,

7)

określić zasady ergonomii w poszczególnych pracowniach laboratorium i zgodnie z nimi
zorganizować pracę w każdej pracowni,

8)

zaprojektować w laboratorium system kontroli wewnętrznej, ściśle związany z kontrolą
poszczególnych etapów wykonywanych analiz. Ma to szczególne znaczenie w pracy
analityka klinicysty, gdyż pomyłki na tym etapie diagnozowania mogą prowadzić do
zniekształcenia procesu leczenia pacjenta,

9)

dbać o prawidłową organizację pracy szczególne w punkcie pobierania materiału do
badań a także w punkcie wydawania wyników, zwrócić uwagę na kompetencję,
ż

yczliwość oraz organizację pracy prowadzącą do wykluczenia ewentualnych pomyłek na

etapie przyjmowania materiału i wydawania wyników,

10)

zaprojektować sposób przygotowania i magazynowania materiału biologicznego w tym
krwi, moczu i płynów ustrojowych w laboratorium z uwzględnieniem jego zakaźności,

11)

podsumować zadania i obowiązki technika analityka pracującego w laboratorium
analitycznym,

12)

zaprezentować projekt w formie posteru.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura źródłowa,

−

arkusze papieru pakowego,

−

kolorowe pisaki,

−

magnesy,

−

tablica do prezentacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

Ćwiczenie 2

Scharakteryzuj i oceń źródła błędów w pracy laboratorium klinicznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

wskazać źródła błędów w diagnostyce klinicznej,

2)

wybrać miejsca najczęściej popełnianych błędów w diagnostyce klinicznej,

3)

sklasyfikować błędy uwzględniając najbardziej możliwe miejsca gdzie są one popełniane,
pierwsza kategoria to błędy związane z pobieraniem i przechowywaniem materiału
biologicznego, druga kategoria to błędy popełniane w czasie procedur analitycznych,

4)

szczegółowo omówić i przedstawić w formie prezentacji źródła błędów kategorii
pierwszej,

5)

szczegółowo omówić i przedstawić w formie prezentacji źródła błędów kategorii drugiej,

6)

opracować projekt zapobiegania ewentualnym źródłom błędów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura,

−

tablica magnetyczna,

−

magnesy,

−

arkusze papieru,

−

pisaki.

Ćwiczenie 3

Zinterpretuj i opisz lub przedstaw w formie graficznej wyniki badań oznaczania glukozy

metodą oksydazową.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

dokonać analizy wyniku oznaczania glukozy metodą oksydazową u pacjenta laboratorium
przychodni, w metodzie oksydazowej, krew pobiera się z żyły łokciowej lub z opuszki
palca, odbiałcza a następnie wykonuje oznaczenie,

2)

zebrać informację na temat metody oksydazowej korzystając z literatury źródłowej,

3)

ocenić zgodność postępowania analitycznego oznaczania glukozy metodą oksydazową
z danymi literaturowymi,

4)

porównać otrzymany wynik z wartościami prawidłowymi dla zastosowanej metody,
wartości prawidłowe dla krwi: 3,33–5,27 mmol/l, dla osocza: 4,16–5,83 mmol/l,
otrzymany wynik 7,5 mmol/l,

5)

zinterpretować otrzymane wyniki i ocenić czy wynik nie wskazuje na wartości
patologiczne,

6)

przedstawić wnioski w formie opisowej lub graficznej.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura źródłowa,

−

wynik badania glukozy,

−

wartości prawidłowe do użytej metody,

−

kalkulator elektroniczny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

podać różnicę pomiędzy krwią żylną a włośniczkową?





2)

określić rolę biosensorów w dzisiejszej analityce klinicznej?





3)

wymienić znane Ci przykłady substancji przeciwkrzepliwych?





4)

wymienić zadania i obowiązki technika analityka?





5)

określić do jakich badań używana jest krew pełna?





6)

wymienić błędy powstające przy pobieraniu materiału do badań?





7)

opisać wpływ leków na wyniki badań diagnostycznych?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

5.

SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.

Przeczytaj uważnie instrukcję.

2.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

3.

Na rozwiązanie testu masz 45 minut

4.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

5.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi stawiając znak x.

6.

W przypadku pomyłki odpowiedź błędną zaznacz kółkiem i wybierz odpowiedź
poprawną.

7.

Test zawiera 20 zadań w tym 15 z poziomu podstawowego i 5 z poziomu ponadpodstawowego.

8.

Masz do wyboru cztery odpowiedzi, w tym jedna jest prawidłowa.

9.

Pamiętaj, że twoja odpowiedź powinna być samodzielna.

10.

Do zadań, które sprawiają ci szczególną trudność wróć później.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Komórki w organizmach żywych mogą przyjmować kształty

a)

tylko kuliste, owalne i wieloboczne.

b)

tylko wieloboczne, wrzecionowate i gwiaździste.

c)

tylko kuliste, wieloboczne i gwiaździste.

d)

kuliste, owalne, wieloboczne, wrzecionowate, gwiaździste.

2.

Specjalne transportery przenoszące przez błonę komórkową substancje odżywcze to
a)

mezosomy.

b)

permeazy.

c)

tylakoidy.

d)

fagosomy.

3.

Siatkę śródplazmatyczną szorstką nazywamy
a)

hialoplazmą.

b)

ergastoplazmą.

c)

karioplazmą.

d)

cytoplazmą.

4.

Tonofibryle, miofibryle i neurofibryle zaliczane są do
a)

tworów paraplazmatycznych.

b)

tworów metaplazmatycznych.

c)

tworów euplazmatycznych.

d)

tworów deutoplazmatycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

5.

Wybierz grupę barwników zawierających pierścień pirolowy
a)

lipofuscyny i melanina.

b)

hemosyderyna i bilirubina.

c)

melanina i fuscyna.

d)

rodopsyna i melanina.

6.

Plastydy zawierające chromatofor zwany chlorofilem nazywamy
a)

feoplastami.

b)

chromoplastami.

c)

rodoplastami.

d)

chloroplastami.

7.

Chlorofil jest barwnikiem barwy zielonej. Natomiast jego odmiana nazywana
„chlorofilem a” ma barwę
a)

ż

ółtozieloną.

b)

czerwoną.

c)

niebieską.

d)

niebieskozieloną.

8.

Enzymy katalizujące reakcje oksydoredukcyjne zaliczane są do klasy
a)

transferaz.

b)

oksydoreduktaz.

c)

hydrolaz.

d)

ligaz.

9.

Glikoliza jest ważnym szlakiem metabolicznym, w którym substratem jest
a)

glikogen.

b)

skrobia.

c)

glukoza.

d)

fruktoza.

10.

Część niebiałkową enzymu nazywamy
a)

holoenzymem.

b)

apoenzymem.

c)

koenzymem.

d)

enzymem właściwym.

11.

Szybkość reakcji enzymatycznej zależy bezpośrednio od
a)

tylko stężenia substratu.

b)

tylko temperatury.

c)

tylko pH.

d)

stężenia substratu, temperatury, pH.

12.

W skład kwasu DNA wchodzą
a)

adenina i uracyl.

b)

guanina i uracyl.

c)

adenina i cytozyna.

d)

tymina i uracyl.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

13.

Kompleks aminoacylo-tRNA wraz a aminokwasami tworzy
a)

mRNA.

b)

tRNA.

c)

rRNA.

d)

RNA.

14.

Znaczącą zaletą biosensorów jest
a)

tylko duża szybkość pomiaru.

b)

tylko możliwość wykorzystania w biomonitoringu.

c)

tylko selektywność.

d)

duża szybkość pomiaru, możliwość wykorzystania w biomonitoringu, selektywność.

15.

Połączenie dwóch aminokwasów za pomocą wiązania peptydowego nazywamy
a)

oligopeptydem.

b)

białkiem.

c)

dipeptydem.

d)

polipeptydem.

16.

Do grupy aminokwasów egzogennych dostarczanych wraz z dietą zaliczamy
a)

argininę i glutaminę.

b)

lizynę i metioninę.

c)

glicynę i tyrozynę.

d)

kwas asparaginowy i kwas glutaminowy.

17.

Denaturacja, czyli niszczenie struktury III i IV rzędowej białek zachodzi pod wpływem
a)

tylko promieniowania jonizującego.

b)

tylko wysokiej temperatury.

c)

tylko stężonych kwasów.

d)

promieniowania jonizującego, wysokiej temperatury, stężonych kwasów.

18.

Glukoza jest
a)

ketotetrozą.

b)

ketoheksozą.

c)

aldopentozą.

d)

aldoheksozą.

19.

W organizmach zwierzęcych cukrem zapasowym jest
a)

skrobia.

b)

glikogen.

c)

celuloza.

d)

sacharoza.

20.

Synteza fosfolipidów odbywa się przy współudziale
a)

glicerolu i kwasu siarkowego.

b)

glicerolu i kwasu fosforowego.

c)

glikolu i kwasu siarkowego.

d)

glikolu i kwasu fosforowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko..........................................................................................

Wykonywanie badań biochemicznych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1.

a

b

c

d

2.

a

b

c

d

3.

a

b

c

d

4.

a

b

c

d

5.

a

b

c

d

6.

a

b

c

d

7.

a

b

c

d

8.

a

b

c

d

9.

a

b

c

d

10.

a

b

c

d

11.

a

b

c

d

12.

a

b

c

d

13.

a

b

c

d

14.

a

b

c

d

15.

a

b

c

d

16.

a

b

c

d

17.

a

b

c

d

18.

a

b

c

d

19.

a

b

c

d

20.

a

b

c

d

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

6.

LITERATURA

1.

Kączkowski J.: Podstawy biochemii. WNT, Warszawa 1999

2.

Angielski S.: Biochemia kliniczna i analityka. PZWL, Warszawa 1990

3.

Kłyszejko-Stefanowicz L.: Ćwiczenia z biochemii. PWN, Warszawa-Poznań 1982

4.

Ostrowski W., Gumińska M., Krawczyk A.: Ćwiczenia z chemii ogólnej i fizjologicznej.
PZWL, Warszawa 1986

5.

Holak E., Lewiński W.: Biologia cz. 2. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego.
Operon, Gdynia 2005

6.

Karlson P.: Zarys biochemii część I i II. PWN, Warszawa 1987

7.

Witwicki J., Ardelt W.: Elementy enzymologii. PWN, Warszawa 1989

8.

Stryer L.: Biochemia. PWN, Warszawa 1986

9.

Trojanowski J.: Biochemia dla biologów. PWN, Warszawa 1978

10.

Holak E., Hoppe L., Lewiński W., Lipka I., Ruda-Groborz B.: Biologia. Vademecum
maturalne. Operon, Gdynia 2006

11.

http://portalwiedzy.onet.pl/80412

12.

http://biosensor.webpark.pl

13.

http://biotechnolog.pl