1. Budowa i właściwości aminokwasów, amfoteryczność, punkt izoelektryczny.

Aminokwasy składają się z grupy: aminowej i karboksylowej:

NH₂-CH-COOH

|

R

Wszystkie aminokwasy pochodzenia naturalnego są w normalnej temperaturze krystalicznymi ciałami stałymi, w większości łatwo rozpuszczalnymi w wodzie i źle rozpuszczalnymi w alkoholu. Ze względu na zawartość grup kwasowej i zasadowej aminokwasy zachowują się w roztworach wodnych jak słabe kwasy i słabe zasady. Tego rodzaju związki nazywamy amfoterami lub amfolitami.

Forma amfoteryczna (jon obojnaczy):

NH₃⁺-CH-COOH

|

R

Jeśli przy odpowiednio dobranym pH roztworu spowodujemy, że liczba grup dodatnich cząsteczki aminokwasu będzie odpowiadać tej samej liczbie grup ujemnych, cząsteczka nie będzie wędrować w polu elektrycznym. pH, przy którym zachodzi taki stan cząsteczki nazywamy punktem izoelektrycznym

Punkt izojonowy: jest to punkt odpowiadający takiemu pH, przy którym aminokwas odszczepia tyle protonów od grup karboksylowych ile przyłącza do grup aminowych. Dla czystych roztworów aminokwasów punkty są identyczne. Dla roztworów białek i w obecności innych jonów absorbujących się na wielkich cząsteczkach białkowych punkty te nie są identyczne.

Aminokwasy:

• Aminokwasy mają właściwości amfoteryczne i tworzą sole z kwasami oraz z zasadami.

• Substancje krystaliczne, które posiadają wysokie temperatury topnienia

• Aminokwasy dosyć dobrze rozpuszczają się w wodzie i innych rozpuszczalnikach polarnych

• Nie ulegają rozpuszczeniu w rozpuszczalnikach niepolarnych, (czyli benzenie, eterze, węglowodorach, na przykład heksenie).

• W aminokwasach występuje zjawisko izomerii optycznej i strukturalnej

2-4. Różne kryteria podziału aminokwasów:

1. Kwaśne: aminokwasy z łańcuchem bocznym zawierającym grupę karboksylową np. kwas glutaminowy

2. Zasadowe: z łańcuchem bocznym zawierającym grupę lub grupy aminowe np. lizyna, arginina, histydyna - (ma bardzo słabe właściwości zasadowe, często występuje w centrach aktywnych wielu enzymów związanych z odwodornieniem, gdyż może łatwo odłączać lub przyłączać protony).

3. Egzogenne: aminokwasy, które nie są syntezowane w organizmie ludzkim, a ich obecność w białkach spożywczych decyduje o wartości odżywczej. Histydyna jest niezbędna dla dzieci do 12 roku życia, ale nie jest niezbędna dla dorosłych. Inne: lizyna, metionina, leucyna.

4. Endogenne: aminokwasy, które są syntezowane w organizmie ludzkim np. alanina, Gliczyna, seryna, glutamina, cysteina

5. Alifatyczne: ich podstawnikiem jest łańcuch węglowodorowy. Najprostszym przedstawicielem jest Gliczyna, która za łańcuch boczny ma atom wodoru. Alanina ma łańcuch boczny utworzony z grupy metylowej. Walina, leucyna i izoleucyna mają rozgałęzione łańcuchy węglowodorowe. Nietypowym aminokwasem jest prolina zawierająca układ heterocykliczny z drugorzędową resztą aminową. Jej pochodna hydroksyprolina jest przykładem aminokwasu rzadkiego.

6. Aromatyczne: posiadają w łańcuchu podstawnika pierścienie sześciowęglowe. Należą do nich fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan. Obecność pierścienia aromatycznego powoduje, że fenyloalanina i tryptofan nie są syntezowane przez zwierzęta. Ich pochodne wykazują właściwości m.in. regulatorowe np. hormony T₃ i T₄

7. Hydroksyaminokwasy: zawierające grupy hydroksylowe

8. Iminokwasy: mają rozpuszczalność względnie dużą. Np. prolina, hydroksyprolina. Prolina jest również dobrze rozpuszczalna w alkoholu

9. Tioaminokwasy: alanina, metyloalaniana

10. Heterocykliczne: fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan, prolina

11. Polarne: arginina, lizyna, asparagina, glicyna, cysteina, glutamina, tyrozyna, treonina, seryna…. kwas asparaginowy i glutaminowy. Polarność charakteryzuje się nierównomiernym rozłożeniem w ich objętości cząstkowych ładunków elektrycznych np. seryna.

12. Niepolarne: alanina, leucyna, izoleucyna, metionina, fenyloalanina, prolina, walina. Nie wykazuje powinowactwa do wody. Posiada niepolarny rodnik węglowodorowy.

13. Białkowe:

• Glicyna: występuje w większości białek, szczególnie obficie w białkach tkanki łącznej. Uczestniczy w wielu przemianach wewnątrzcząsteczkowych.

• Alanina: wchodzi w małych ilościach 2-10% w skład prawie wszystkich białek roślinnych i zwierzęcych

• Walina, leucyna, izoleucyna: grupa aminokwasów niezbędnych dla organizmów zwierzęcych

• Prolina, hydroksyprolina: występują w pewnych ilościach we wszystkich białkach. Szczególnie dużo hydroksyproliny jest w białku zwierzęcym kolagenie (15%) oraz w glikoproteinach ścian komórek roślinnych 30%

• Fenyloalanina, tryptofan, tyrozyna: aminokwasy egzogenne dla ustroju zwierzęcego, gdyż organizm zwierzęcy nie może syntezować pierścienia aromatycznego wchodzącego w skład tych aminokwasów. Tyorzyna może być syntezowana w organizmie zwierzęcym z fenyloalaniny

• Seryna i treonina: aminokwasy polarne

• Cysteina, cystyna, metionina: aminokwasy siarkowe

• Kw.asparaginowy i glutaminowy: nadają charakter kwaśny białkom

• Lizyna, arginina i histydyna: aminokwasy zasadowe

14. Niebiałkowe: występujące pza cząsteczkami białek

• Kwas α-aminomasłowy CH₃CH₂CHNH₂-COOH

• Homoseryna OHCH₂ CH₂ CHNH₂-COOH metabolit w syntezie izoleucyny

• Ornityna: istotne metabolity w cyklu mocznikowym

3. Wzory aminokwasów białkowych, równowagi protonowe aminokwasów

Aminokwasy zawierają, co najmniej 2 słabo kwaśne grupy: -COOH, -NH₃

W roztworze obie formy występują w równowadze protonowej

R-COOH R-COO^- + H⁺

R-NH₃⁺ R-NH₂ + H⁺

5. Aminokwasy niebiałkowe stanowią liczną i różnorodną grupę związków, które nigdy nie występują w białkach, natomiast pełnią inne ważne biologiczne funkcje. Wszystkie aminokwasy, które nie są α-aminokwasami należą do aminokwasów niebiałkowych jak np. β-alanina i kwas γ-aminomasłowy (GABA)

-alanina w organizmie ssaków powstaje podczas przemian zasad pirymidynowych.

Rola biologiczna -alaniny wynika z jej udziału w strukturze kwasu pantotenowego, koenzymu A (CoA) oraz karnozyny.

Kwas γ-aminomasłowy (GABA) powstaje z glutaminianu w mózgu. Pełni

rolę hamującego neuroprzekaźnika w synapsach, który stymuluje otwieranie kanałów

chlorkowych w błonie postsynaptycznej. W ten sposób utrzymuje wysoką

ujemną wartość potencjału błonowego komórki postsynaptycznej, utrudniając wytworzenie

potencjału czynnościowego.

Aminokwasy niebiałkowe mogą pełnić rolę metabolitów pośrednich w przemianach

biologicznie ważnych dla organizmu.

Takimi metabolitami są ornityna(kwas 2,5-diaminowalerianowy) i cytrulina (kwas 2-amino-5-ureidowalerianowy), które uczestniczą w biosyntezie mocznika, lub kwas δ-aminolewulinowy, kluczowy metabolit pośredni w syntezie porfiryn.

Homoseryna: Homoseryna jest związkiem pośrednim podczas biosyntezy trzech aminokwasów egzogennych: metioniny, izoleucyny i treoniny (izomeru homoseryny).

Powstaje w wyniku dwuetapowej redukcji grupy karboksylowej łańcucha bocznego kwasu asparaginowego

Hydroksyprolina: Hydroksyprolina jest składnikiem wielu białek, jednakże nie należy do aminokwasów egzogennych

Hydroksylizyna: hydroksylowa pochodna lizyny.

.

6. Reakcje ogólne aminokwasów: reakcje grupy karboksylowej i aminowej:

1. Reakcje grupy karboksylowej:

Aminokwasy tworzą z metalami ciężkimi sole karboksylowe, szczególnie trudno rozpuszczalna jest sól miedzi. Takie sole odznaczają się pięknym ciemnoniebieskim lub fioletowym zabarwieniem

Estryfikacja grup karboksylowych w aminokwasach prowadzi do powstania związków o odczynie zasadowym

2. Reakcje grupy aminowej:

Aminokwasy dają sole z kwasami mineralnymi np.z kwasem solnym powstaje sól typu:

COOH-CH-NH₂*Cl

|

R

W obecności kwasu azotowego aminokwasy przechodzą w hydroksykwasy, przy czym wydziela się wolny azot

Aminokwas + kw.azotowy => hydroksykwas + H₂O

Reakcja ta znalazła zastosowanie w metodzie opracowanej przez Van Slyke'a ilościowego oznaczenia grup α-aminowych aminokwasów

Reakcja grup aminowych aminokwasów z aldehydem mrówkowym:

CH₂OH

COOH-CH-NH₂ + 2 HCHO => COOH-CH-N

| | CH₂OH

R R

Tu grupa aminowa zostaje zablokowana dwiema grupami hydroksymetylowymi (aminokwas traci grupę alkaiczną)

Grupy aminowe można również zablokować przy użyciu 2,4-dwunitrofluorobenzenu

7.Reakcje charakterystyczne aminokwasów:

1. Reakcja ksantoproteinowa: Reakcja białek zawierających aminokwasy z pierścieniem aromatycznym np.tryptofan ze stężonym kwasem azotowym V. W wyniku nitrowania aromatycznych ugrupowań powstaje trwałe żółte zabarwienie

2. Reakcja millona: Reakcja służąca do wykrywania białek zawierających grupę tyrozyny (lub innych substancji z grupą fenylową). Białko ogrzewane z odczynnikiem Millona daje ceglastoczerwone zabarwienie

3. Reakcja cystynowa: 1cm³ cystyny (cysteiny) + 2cm³ NaOH ogrzewamy do wrzenia. Następnie wprowadzamy kilka kropel Pb(CH₃COO)₂ i ponownie ogrzewamy. Z roztworu wydziala się brunatno-czarny osad siarczku ołowiu (II) PbS

4. Reakcja nihydrynowa: 1 cm³ glicyny + 0,5 cm³ nihydryny i ogrzać. Pojawia się niebiesko-fiołkowe zabarwienie

5. Reakcja na tryptofan: Reakcja Adamkiewicza: 1 cm³ tryptofanu + kilka kropel kwasu glioksalowego i podwarstwić stężonym H₂SO₄. Na granicy zetknięcia obu płynów powstaje fiołkowy pierścień.

8.Aminy biogenne (powstawanie, podział i charakterystyka)

Aminy biogenne, to pochodne aminokwasów, które są związkami o różnych funkcjach biologicznych, wśród nich są przede wszystkim substancje o charakterze hormonalnym, ale również o własnościach toksycznych. Aminy biogenne powstają w reakcji dekarboksylacji aminokwasów obojętnych lub zasadowych. Monoaminy pierwszorzędowe powstają z aminokwasów obojętnych, natomiast z aminokwasów zasadowych diaminy pierwszorzędowe. Aminy biogenne dzieli się na: alifatyczne, fenolowe i heterocykliczne.

Aminy alifatyczne dzieli się na monoaminy, diaminy i poliaminy. Monoaminą alifatyczną jest etanoloamina (kolamina), która występuje jako składnik kefalin kolaminowych, powstaje z seryny.

Inną monoaminą jest cysteamina, powstająca w wyniku reakcji dekarboksylacji cysteiny, ważny składnik pantoteiny koenzymu A (CoA) i ACP (białka przenoszącego acyle kompleksu syntezy kwasów tłuszczowych).

Do diamin alifatycznych należą: 1,3-diaminopropan, kadaweryna (1,5-diaminopentan) i putrescyna (1,4-diaminobutan), które są związkami o właściwościach trujących. Stanowią powszechne produkty działania bakterii gnilnych i mają bardzo nieprzyjemny zapach. Cząsteczki te powstają również w tkankach ssaków, gdzie występują, jako składniki naturalnych poliamin.

Naturalne poliaminy, spermidyna i spermina, są alifatycznymi polikationami, które asocjują odwracalnie z wewnątrzkomórkowymi polianionami, szczególnie z DNA i RNA. Wykazują działanie biologiczne, polegające na stymulacji syntezy DNA i RNA, wpływają na proliferację, wzrost i różnicowanie komórek oraz stymulują agregację rybosomów. Jednocześnie są inhibitorami niektórych enzymów, wśród nich kinaz białkowych. Farmakologiczne dawki poliamin obniżają temperaturę i ciśnienie.

Ponadto, poliaminy mogą być wbudowywane nieodwracalnie do białek w procesie modyfikacji postranslacyjnej, który prowadzi do specyficznego sieciowania białek. Modyfikacje z udziałem poliamin zmieniają właściwości i funkcje białek, np. stabilizują cytoszkielet komórki. Reakcje sieciowania białek katalizują transglutaminazy, które tworzą wiązanie γ-glutamyloaminowe między pierwszorzędową grupą aminową poliaminy, a resztą glutamylową białka.

Aminy fenolowe to katecholaminy, czyli dopamina, noradrenalina i adrenalina. Powstają w rdzeniu nadnerczy z tyrozyny, po jej hydroksylacji do dopa, czyli dihydroksyfenyloalaniny. Dekarboksylacja dopa dostarcza dopaminy, czyli hydroksytyraminy, której atom węgla w łańcuchu bocznym jest utleniany poprzez przyłączenie tlenu, w wyniku, czego powstaje noradrenalina. Metylacja noradrenaliny przekształca ją w adrenalinę. Dopamina wykazuje działanie biologiczne, jest hamującym neuroprzekaźnikiem.

Aminy heterocykliczne to aminy imidazolowe pochodne histydyny i aminy indolowe pochodne tryptofanu. Histamina powstająca z histydyny odgrywa ważną rolę w reakcjach alergicznych i stanach zapalnych. Produkują ją głównie bazofile i komórki tuczne, znajdujące się na terenie różnych narządów, szczególnie w tkankach uszkodzonych, np. skutkiem oparzenia, odmrożenia lub zmiażdżenia. Histamina powstaje również pod wpływem bodźców psychicznych. Działanie biologiczne histaminy polega na rozszerzaniu naczyń krwionośnych włosowatych i obniżaniu ciśnienia krwi.

9.Budowa wiązania peptydowego - tworzenie i nomenklatura peptydów, reakcja biuretowa

Obecność w cząsteczce aminokwasu dwóch grup karboksylowej i aminowej sugeruje powstawanie łańcucha prostego w drodze kondensacji wielu cząsteczek z wytworzeniem się wiązań typu amidów kwasowych. Wiązanie to nazwano wiązaniem peptydowym, a związki powstałe w reakcji Peptydami

Wiązanie C - N ma częściowo charakter wiązania podwójnego

O

||

NH₂CH₂C-NH-CH-COOH glicylolizyna

|

CH₂

NH₂

Aminokwas + aminokwas => dipeptyd + H₂O

Reakcja biuretowa: Jeżeli do alkaicznego roztworu białka doda się kilka kropli roztworu siarczanu miedzi, pojawia się charakterystyczne fiołkowo-niebieskie zabarwienie. Reakcję taką daje również biuret (produkt kondensacji dwóch drobin mocznika, od którego wywodzi się nazwa tej reakcji)

NH₂-CO-NH₂- NH₂-CO- NH₂ => NH₃+ NH₂-CO-NH-CO-NH₂

2 cząsteczki mocznika biuret

polega na dodaniu do analizowanej mieszaniny roztworu fosforanu miedzi (II) lub siarczanu (VI) miedzi (II) oraz NaOH lub KOH. Przy obecności odpowiednich protein roztwór zmienia barwę z jasnoniebieskiej, wskazującej na obecność solwatowanych, jonów Cu²⁺ na intensywnie fioletowy kolor na skutek powstawania złożonych związków kompleksowych, w których jon Cu²⁺ jest kompleksowany przez minimum dwie grupy peptydowe.

W przypadku występowania dimerów aminokwasów, w których występuje tylko jedno wiązanie peptydowe układ zabarwia się na różowo. Wolne aminokwasy nie zmieniają barwy roztworu.

10.Dipeptydy (karnozyna i an seryna - występowanie) i trójpeptydy

-Karnozyna: naturalny oligopeptyd, wyodrębniony z tkanek (β-alanylo-L-histydyna) składa się z 2 aminokwasów β-alaniny i histydyny. Występuje głównie w mięśniach

-Anseryna: (β-alanylo-1-metylo-L-histydyna). Obok karnozyny występuje w mięśniach kręgowców. W organizmie ssaków pełni rolę antyoksydantu

TRÓJPEPTYDY

-Glutation: składa się z kwasu glutaminowego, cystiny i glicyny połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi przy czym grupa aminowa cysteiny łączy się z grupą karboksylową kwasu glutaminowego w położeniu γ. Wzór zredukowanego glutationu GSH:

Utleniony glutation GSSG stanowi połączenie dwóch cząsteczek GSH po odejściu jednej pary wodorów

Przemiana jednej formy w drugą zachodzi pod wpływem redukcji glutationu przy udziale NADP

GSSG+NADPH₂ 2 GSH + NADP

Glutation ma właściwości oksydoredukcyjne.

11. Budowa cząsteczki białka:

1. Struktura pierwotna I-rzędowa: Kolejność ułożenia aminokwasów w łańcuchu. Stabilizowana przez wiązanie peptydowe, a determinowana przez kolejność nukleotydów w DNA. Kolejność jest specyficzna dla białek danego osobnika

Struktura wtórna

2. II rzędowa, przestrzenne ułożenie łańcucha. W łańcuchu polipeptydowym możliwy jest obrót wokół wiązań przy atomach węgla α. Wskutek tego w zależności od warunków środowiska, w którym znajduje się łańcuch polipeptydów może on przybierać różne formy od zupełnie nieuporządkowanych form bezładnie zwiniętego łańcucha do silnie skręconej formy spiral. W tej ostatniej występują liczne wiązania wodorowe pomiędzy określonymi grupami karboksylowymi i aminowymi (α-helix).

Keratyna, miozyna i fibrynogen wykazują znaczną elastyczność i ulegają rozciąganiu pod wpływem przyłożonej siły. Towarzyszy temu zjawisku przechodzenie formy α-spiralnej w formę rozciagniętą β.

Kolagen np. nie ma zdolności rozciągania się

3. III rzędowa: Mniej zwarta struktura rozciągniętych spirali sprzyja interakcji dwóch lub większej liczby łańcuchów. Łańcuchy te mogą łączyć się zarówno za pomocą wiązań wodorowych i mostków solnych, jak też za pomocą bardzo słabych sił van der Waalsa. Stopień wzajemnego oddziaływanie jest oczywiście zależny od otaczającego środowiska np. pH, temperatura, stężenie soli mineralnych. Od tych czynników zależą właściwości białek. W cząsteczkach białek fibrylarnych (włókienkowych) łańcuchy polipeptydowe przebiegają równolegle, łącząc się za pomocą wiązań wodorowych pomiędzy grupami NH i CO. Dla struktury keratyny charakterystyczne jest ułożenie równolegle łańcuchów peptydowych „scementowanych” za pomocą grup polarnych łańcuchów bocznych, a przede wszystkim za pomocą wiązań -S-S- cząsteczek cysteiny

4. IV rzędowa: Białka typu globularnego mają bardziej skomplikowaną strukturę niż białka fibrylarne. Cząsteczka takich białek może składać się z kilku lub więcej spirali polipeptydowych tworzących cząsteczkę o większej masie. Tak więc pewne białka mogą w zależności od środowiska rozpadać się na mniejsze fragmenty - Hemoglobina

12. Rodzaje wiązań utrwalających struktury białkowe

• Wiązanie krzyżowe: oprócz kowalencyjnego wiązania peptydowego istnieje możliwość występowania w aminokwasach innego jeszcze wiązania kowalencyjnego: mostka dwusiarczkowego -S-S- mostek ten mogą wytwarzać cząsteczki cysteiny. Insulina

Inne typy wiązań krzyżowych powstają w drodze przyciągania elektrostatycznego pomiędzy różnymi grupami chemicznymi polipeptydu naładowanymi różnoimiennie

• Wiązanie solne: wytwarzają się najczęściej pomiędzy dodatnio naładowanymi grupami aminowymiNH₃⁺ m.in. lizyny oraz ujemnie naładowanymi grupami COO^-. Nazywamy je często mostkami solnymi

• Wiązanie jonowe: powstają w wyniku wzajemnego przyciągania elektrostatycznego pomiędzy ujemnie naładowanymi grupami COO^- a dodatnio naładowanymi NH₃

Tego rodzaju wiązania są jednak znacznie słabsze od kowalencyjnych wiązań dwusiarczkowych

• Wiązania dwusiarczkowe: silnie kowalencyjne wiązania. Powstają pomiędzy dwoma resztami cysteiny. Gł. W białkach strukturalnych, ale także w takim białku jak fibrynogen

• Wiązanie wodorowe: tworzą się tam gdzie istnieją silne elektroujemne atomy oraz luźno związany wodór. W białkach wiązania wodorowe tworzą się pomiędzy grupami NH i CO sąsiadujących łańcuchów lub w obrębie łańcuchów. Rzadziej występuje pomiędzy grupami CO i OH. Jest to najsłabsze wiązanie. Ze względu na wielką ich liczbę stanowią w sumie znaczną siłę „cementową” w strukturze białek.

• Wiązanie hydrofobowe: najsłabsze wiązanie w cząsteczkach białkowych. W ich tworzeniu uczestniczą głównie polarne reszty aminokwasowe alaniny, waliny, leucyny, izoleucyny, fenyloalaniny i metioniny

13. Konformacje białek fibrylarnych:

• Keratyna może występować w 2 odmianach:

• Naturalna odmiana -α-keratyna: wiązania wodorowe w α-keratynie powstają między wiązaniami peptydowymi tego samego łańcucha aminoacylowego. Płaszczyzny wiązań peptydowych w α-keratynie układają się wzdłuż linii śrubowej tworzą tzw. α-helisę. Bardziej uprzywilejowana jest helisa prawoskrętna dla łańcucha peptydowego zbudowanego z L-aminokwasów. Wiązania łączące łańcuchy boczne aminokwasów (R) z ich α-atomami posiadają swobodę rotacji. Wiązania wodorowe łączące atomy N i O nadają α-helisie dużą trwałość

• β-keratyna: wiązania wodorowe łączą wiązania peptydowe należące do różnych łańcuchów aminoacylowych. W β-keratynie pomiędzy atomami O i N tego samego łańcucha nie występują wiązania wodorowe. Mogą one natomiast łączyć ze sobą równolegle ułożone w przestrzeni łańcuchy sąsiadujące ze sobą. Tego typu struktura, w której wiązania peptydowe układają się w równoległe fałdy nosi nazwę struktury fałdowej

• Kolagen i elastyna: białka tkanki łącznej Tj. kolagenu i elastyny są zbudowane głównie z glicyny, proliny, hydroksyproliny. Taki skład wyklucza możliwość tworzenia α-helisy. W fibrylarnych cząsteczkach kolagenu trzy wspomniane aminokwasy tworzą łańcuch peptydowy układający się wzdłuż linii śrubowej o bardzo dużym skoku, a takie 3 łańcuchy splatają się ze sobą na kształt liny.

15. Hemoglobina i mioglobina - porównanie budowy i funkcji.

• Mioglobina: zbudowana jest z pojedynczego łańcucha peptydowego składającego się z 153 aminokwasów, połączonego z zawierającym atom żelaza hemem. Pojedynczy łańcuch polipeptydowy fałduje się w 8 α-helis. Struktura przestrzenna mioglobiny polega na tworzeniu w jej wnętrzu hydrofobowego zagłębienia natomiast zewnętrzna powierzchnia jest polarna. Podobnie jak hemoglobina uczestniczy w procesie oddychania, z tym, że mioglobina jest białkiem wiążącym i magazynującym tlen.

• Hemoglobina: składa się z kilku podjednostek. Przyjmuje strukturę IV rzędową. W każdej cząsteczce występują 2 pary jednakowych łańcuchów peptydowych: dwóch α złożonych ze 141 aminokwasów i dwóch β złożonych ze 146 aminokwasów. Każda z podjednostek tworzy 8 α-helis i zawiera swoją własną prostetyczną grupę hemową, zatem może wiązać do 4 cząsteczek tlenu. Hemoglobina potrafi prowadzić „inteligentną” wymianę gazową. Jest przenośnikiem tlenu i znajduje się w czerwonych krwinkach - erytrocytach

16. Właściwości białek:

• Roztwory koloidalne białek: w większości są dobrze rozpuszczalne w wodzie i ulegają hydratacji. Cząsteczki wody wiążą się wówczas z białkiem wiązaniem o małej energii. Częściej hydratacji ulegają nawet białka nierozpuszczalne w wodzie. Białka te zanurzone w niewielkich jej ilościach przechodzą w żel zwiększając jednocześnie objętość…

To zjawisko nazwano pęcznieniem.

• Białka jako elektrolity: są polielektrolitami, gdyż liczne ich grupy funkcyjne ulegają w wodzie jonizacji

• Wpływ pH i soli na rozpuszczalność: Obecność jonów w roztworze pomaga w rozpuszczaniu nierozpuszczalnych białek. Jony te prawdopodobnie zobojętniają grupy polarne, wiążące łańcuchy nierozpuszczalnych białek. Nadmiar jonów (soli) powoduje wiązanie cząsteczek wody i dehydratację rozp. cząsteczek białka i ich wytrącanie (wysalanie). Rozpuszczanie zależy głównie od obecności aminokwasów polarnych w cząsteczce białka. Białko o dużej zawartości takich aminokwasów dobrze rozpuszczają się w środowisku wodnym (albuminy)

• Wysalanie: ma miejsce podczas wytrącania białka z roztworu przy zastosowaniu soli metali lekkich

• Denaturacja białek: białka są związkami nietrwałymi i bardzo wrażliwymi na działanie czynników fizykochemicznych. Np. promieniowanie nadfioletowe, podwyższona temperatura, kwasy, zasady, jony metali ciężkich i inne. Białko zmieniające się pod wpływem tych czynników nazywamy zdenaturowanym. Denaturacja jest procesem samorzutnym i przeważnie nieodwracalnym. Efektem denaturacji jest zmniejszenie uporządkowania układu, rozerwanie wiązań(rośnie entropia układu), często występuje agregacja powstałych fragmentów i wytrącenie białka.

• Dializa: Technika laboratoryjna umożliwiająca oddzielenie białka od substancji drobnocząsteczkowej. Istnieją tworzywa o właściwościach błon półprzepuszczalnych, które mają wystarczająco duże pory, aby przepuścić wodę i małe cząsteczki w niej rozpuszczone lecz stanowi barierę dla dużych cząsteczek. Roztwór białka zawarty w zamkniętym worku dializacyjnym umieszcza się w dużej objętości wody lub odpowiedniego buforu. Substancje drobnocząsteczkowe przechodzą na zewnątrz worka aż do wyrównania stężeń po obu stronach błony półprzepuszczalnej

• Renaturacja: Polega na przywracaniu II- i III-rzędowej budowy prostych białek, poprzez powolne powracanie do warunków przed denaturacją (np. ochładzania) i dotyczy wielu małych cząsteczek białek. Renaturacja stanowi dowód na to, że cała informacja o budowie białka (II- i III-rzędowa) jest zawarta w sekwencji aminokwasów, która nie ulega zmianie podczas denaturacji. Struktura IV rzędowa nie jest podczas tego procesu odtwarzana.

17.Klasyfikacja białek - proste i złożone, fibrylarne, globularne

• Proste(proteiny): w wyniku hydrolizy dają jedynie aminokwasy

• Histony: niskocząsteczkowe białka zasadowe zawierające znaczne ilości argininy i lizyny

• Albuminy: białka rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli

• Globuliny: źle rozpuszczające się w wodzie zaś dobrze w roztworach obojętnych soli

• Złożone: po hydrolizie oprócz aminokwasów dają także inne związki jak węglowodory, tłuszcze czy kwasy nukleinowe

• Lipoproteiny: różnorodne połączenia białek z tłuszczami właściwymi, fosfolipidami, kwasami tłuszczowymi i cholesterolem

• Glikoproteiny: zawierają różne reszty cukrowe i ich pochodne

• Chromoproteiny: białka zawierające barwne grupy prostetyczne:

• Żelazoporfiny

• Nukleotydy flawinowe

• Karotenoidy

• Nukleoproteiny: zbudowane z białek i kwasów nukleinowych

Inny podział:

• Fibrylarne (włókienkowe): składają się z łańcuchów polipeptydowych ułożonych obok siebie w długie włókna. Odporne i nierozpuszczalne w wodzie np. kolagen, keratyna

• Białka globularne - ich cząsteczki mają postać kłębków (globul), mają budowę bardziej złożoną niż białka fibrylarne, cząsteczki ich charakteryzują się specyficznością nie tylko struktury pierwotnej, lecz także struktur drugo- i trzeciorzędowej w roztworze i wysoką czułością struktury na zmiany własności fizykochemicznych środowiska

19.Wartość odżywcza białek

Białka pokarmowe mają różną wartość odżywczą, której wykładnikiem jest stopień wykorzystania ich do syntezy własnych białek ustrojowych. Te białka, których wykorzystanie na ten cel jest małe, uznawane są za białka o niskiej wartości odżywczej, inne ustrój wykorzystuje prawie całkowicie, dlatego są one białkami o wysokiej wartości odżywczej. Jakość białka pokarmowego, czyli jego wartość odżywcza, zależy od czterech czynników:

• zawartość aminokwasów egzogennych i endogennych,

• wzajemnych proporcji poszczególnych aminokwasów egzogennych, które powinny być zbliżone do proporcji występującej w białkach ustrojowych,

• wystarczającego dowozu energii niezbędnej do procesów syntezy białka ustrojowego ze źródeł pozabiałkowych,

• strawności produktów białkowych.

Skład aminokwasowy białka jaja kurzego i białka mleka kobiecego jest najbardziej zbliżony do składu białek ustrojowych i białka te są najlepiej wykorzystywane przez organizm człowieka. Proporcje pomiędzy aminokwasami tych dwóch białek uznano za optymalne, stanowiące wzorzec do porównywania jakości innych białek.

Strawnością białka określa się stopień w jakim białka ulegają strawieniu w organizmie. Wskaźnik ten wyraża stosunek strawionej i wchłoniętej masy białka do ilości przyjętej z pożywieniem, w procentach. Strawność białek pochodzenia zwierzęcego waha się w granicach od 93 do 97,5 %, natomiast białek pochodzenia roślinnego jest niższa - w granicach od 60 do 85 %. Strawność białek zależy nie tylko od ich pochodzenia, ale także od szeregu innych czynników. Do nich należą: skład chemiczny żywności, tj. zawartość błonnika pokarmowego, obecność inhibitorów enzymów trawiennych, rodzaj obróbki technologicznej stosowanej podczas przerobu, stopień granulacji produktu itp. Na strawność białek ma też wpływ stan organizmu konsumenta, m.in. jego wiek, stan uzębienia, sprawność układu pokarmowego.

20. Techniki stosowane w analizie aminokwasów i białek:

• Elektroforeza białek: cząsteczki białek znajdujące się w roztworze o pH różnym od jego punktu izoelektrycznego posiadają ładunek elektryczny. Jeżeli w roztworze będzie mieszanina białek to w zależności od stężenia jonów H⁺ i różnic pomiędzy wartościami pH białka będą miały mniejsze lub większe ładunki elektryczne. Jeżeli taką mieszaninę umieścimy w polu elektrycznym to cząsteczki białek będą przyciągane w stronę elektrod przeciwnych znaków. Po odpowiednim czasie nastąpi rozdział mieszaniny białek

• Chromatografia jonowymienna: W tej metodzie chromatografii faza stacjonarna - złoże jest obdarzona ładunkiem. Stanowi je zazwyczaj żywica jonowymienna zawierająca obdarzone ładunkiem grupy funkcyjne oddziaływujące z przeciwnie naładowanymi grupami związków, które mają zostać zatrzymane przez nośnik:

• Pozytywnie naładowany jonowymieniacz (anionit) wiąże aniony

• Negatywnie naładowany jonowymieniacz (kationit) wiąże kationy

Związki związane z jonowymieniaczem mogą być wymyte z kolumny przez stopniową Lucję, a także poprzez zmianę stężenia soli lub pH

• Chromatografia żelowa zwana również filtracją żelową stosowana jest do rozdziału białek różniących się masą cząsteczkową lub do oddzielania białek od składników niskocząsteczkowych

Kolumnę chromatograficzną wypełnia się złożem w postaci ziarenek o średnicy około 0,1 mm o zdefiniowanej wielkości porów zbudowanych z nierozpuszczalnego polimeru (typu: dekstran, agaroza) lub poliakrylamidu.Po nałożeniu na żel mieszaniny, białka o małych rozmiarach wnikają do wnętrza ziaren duże natomiast nie mogą. Droga do momentu wycieku z kolumny, którą musi pokonać każdy ze składników próbki jest więc nierówna. Cząsteczki o najmniejszym ciężarze cząsteczkowym mają do pokonania najdłuższą drogę i dlatego wypływają najpóźniej z kolumny. Białka o dużej masie cząsteczkowej i o efektywnej średnicy większej niż pory ziaren złoża mają do pokonania krótszą drogę w żelu i wędrują najszybciej. Ppojawiają się zatem jako pierwsze u wylotu kolumny.

Aminokwasy, peptydy, białka - 7 -

---