11

3.3. Białka (proteiny)

Białka,  w  zasadzie,  są  olbrzymimi  polipeptydami  (makropeptydami).  Jako  kryterium  podziału 

pomiędzy polipeptydami a białkami umownie przyjmuje się ilość aminokwasów wchodzących w ich 
skład. Związki zbudowane z ponad 100 aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi zalicza 
się  do  białek.  Poprawniejsze  jest  jednak  założenie,  że  masa  cząsteczkowa  białek  jest  większa  od 
10 kDa.  Jednakże,  w  kilku  przypadkach,  o  przynależności  do  klasy  białek  decydują  właściwości 
polipeptydu  i  jego  biologiczna  funkcja.  Ta  koncepcja  podziału  ma  coraz  więcej  zwolenników. 
Rozwiązuje  wiele  sprzecznych  i  problematycznych  przypadków.  Na  przykład,  wspomniane  w 
poprzednim  rozdziale  protaminy,  pomimo  masy  cząsteczkowej  od  1000Da  do  6000Da,  wygodnie  i 
rozsądniej jest rozpatrywać w kategorii białek. 

Składnikami większości białek zwykle jest 21 różnych aminokwasów w rozmaitych kombinacjach 

(a  ściślej  permutacjach),  plus  Pro(OH)  oraz  Liz(OH)  w  kolagenie.  Charakterystyczne  jest,  że 
wszystkie  aminokwasy  występujące  w  białkach  mają  konfigurację  L.  Warto  zauważyć,  że  już  z  4 
różnych  aminokwasów  można  otrzymać  24  różne  peptydy.  Różną  kolejnością  wiązania  się 
poszczególnych  aminokwasów  (tzw.  sekwencją  aminokwasów),  tłumaczy  się  zjawisko  ogromnej 
różnorodności białek, zarówno pod względem właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych. 
Struktura  przestrzenna  białek  zdeterminowana  jest  właśnie  sekwencją  aminokwasów  (a  tak  na 
marginesie, ta z kolei zdeterminowana jest sekwencją nukleotydów w DNA). 

Białka można podzielić na dwie zasadnicze grupy: pr o t e i n y  i   pr ot e i d y.

P r ot ei n y to białka właściwe (inaczej, białka proste), wśród których można wyróżnić: 
 albumi ny  – białka rozpuszczalne w wodzie i w rozcieńczonych roztworach soli; występują w 

białku jaj ptasich oraz w nasionach roślin strączkowych,

 gl obul iny - występują w surowicy krwi, w nasionach roślinnych oraz tkance mięśni, 

 pr ol ami ny i  gl ut eli ny – to są białka wyłącznie roślinne,

 skl er opr ot ei ny –z kolei białka wyłącznie zwierzęce; wśród których dalej można wyróżnić: 

 kol agen – zasadniczy składnik białkowy tkanki kostnej,

 ker at yna – główny składnik substancji rogowatych (włosy, paznokcie, skóra),

 elast yna –  główny składnik komórek w tkankach elastycznych. 

P r ot ei d y  to białka złożone, zawierające oprócz aminokwasów składniki chemiczne niebiałkowe 
(tzw. grupy prostetyczne). Do proteidów zalicza się m.in.: 

 nukl eoprotei dy –  główny składnik białkowy jąder żywych komórek, 

 gl i koprotei dy –  związki białek właściwych z węglowodorami,

 l ipopr oteidy – połączenia białek z tłuszczami,

 chromopr ot ei dy – połączenia białek z barwnymi związkami (np. flawoproteidy). 

 met aloprot ei dy – połączenie białka z jonami metali.

Wiele  białek  będących  enzymami  należy  do  proteidów.  W  skład  ich  centrum  katalitycznego 

wchodzą witaminy lub atom metalu. Enzymy, z uwagi na ich rolę i specyficzne właściwości zostaną 
omówione oddzielnie w dalszej części podręcznika.

W  zależności  od  b ud o wy  p r ze s t r zen n ej   cząsteczki  białka  dzieli  się  na  dwie  podstawowe 

grupy: 

1) b i a ł ka  f i br yl ar n e (włókienkowe), 
2) b i a ł ka   gl o b ul ar ne  (kuliste). 

Umownym kryterium tego podziału jest stosunek liczbowy osi dłuższej (l) cząsteczki białka do osi 

krótszej (d). Białka, dla których ten stosunek osiowy ma wartość nie większą niż 20 (l/d<20), zalicza 
się  do  b i ał e k  gl o bu l a r n yc h .  Ich  rozmiary  są  rzędu  kilku  do  kilkunastu  tysięcy  nm.  Ich  kształt 
przypomina  elipsoidy  obrotowe.  Kuliste  cząsteczki  spotyka  się  rzadko,  głównie  w  przypadku 
lipoproteidów. 

Białka o stosunku osiowym większym od 20 (l/d>20) zalicza się do f i br yl ar nyc h . Długość ich 

cząsteczek przekracza nierzadko sto tysięcy nm, przy średnicy włókna nie większej niż kilkaset nm. 

12

3.3.1. Zasady organizacji strukturalnej cząsteczek białek

Cząsteczka  białka  stanowi  trójwymiarowe  ułożenie  jednego  lub  kilku  łańcuchów 

polipeptydowych.  Jej  przestrzenna  struktura  jest  hierarchicznie  uporządkowana  i  można  w  niej 
wyróżnić  cztery  poziomy  uporządkowania,  z  których  każdy  wykazuje  odmienność  i  zależność  od 
różnych typów wiązań między atomami. W latach pięćdziesiątych Lindestrom Lang badając budowę 
białek  wprowadził  pojęcie  ich  struktury  pierwszo-,  drugo-  i  trzeciorzędowej  później  uzupełnione  o 
strukturę czwartorzędową. 

Poziom  I  (czyli  struktura  pierwszorzędowa)  w  hierarchicznym  skonstruowaniu  cząsteczki 

białkowej determinuje poziomy następne (tzw. strukturę wtórną), czyli strukturę przestrzenną danego 
białka zwaną też konformacją łańcuchową, która z kolei decyduje o jego funkcji biologicznej. 

Struktura  I-rzędową  mówi  o  kolejności,  czyli  s ekw e n cj i   a mi n o kw a s ów   w  łańcuchu 

polipeptydowym.  Ta  struktura  uwarunkowana  jest  wiązaniami  peptydowymi.  W  strukturze 
pierwszorzędowej uwzględnia się również położenie wszystkich innych wiązań kowalencyjnych. Są to 
głównie wiązania disiarczkowe między resztami cysteiny, sąsiadującymi ze sobą w przestrzeni. 

Struktura  II-rzędowa  białka  określa  p r zes t r zen ne   w zaj e mn e   uł o że ni e  p ł a s zc zyzn  

w i ą za ń  p ep t yd o w ych  (ściśle biorąc, atomów tworzących te wiązania). 

Uwarunkowana  jest  przede  wszystkim  wiązaniami  wodorowymi  głównie  między  grupami 

karbonylowymi  i  aminowymi  łańcucha  polipeptydowego  oraz  planarnością  wiązania  peptydowego. 
Można  rozpatrywać  tę  strukturę  jako  lokalne  uporządkowanie  w  przestrzeni  fragmentów  łańcucha 
peptydowego o identycznej konformacji. Elementami tej konfiguracji w białkach globularnych mogą 
być:  α -  h e l i s ,   s t r u kt ur a   β -f a ł d o w a   oraz  za kr ę t y.  W  kolagenie  indywidualnie  występuje 
s t r u kt u r a   ko l a ge n u .

Struktury  α-helis,  β-fałdowa  i  kolagenu  zostaną  szczegółowo  przedstawione  w  dalszej  części 

podręcznika  przy  okazji  omawiania  białek  fibrylarnych.  Za kr ę t   bet a   ( β-zakręt)  jest  to  element 
struktury drugorzędowej łańcucha polipeptydowego zapewniający zmianę - odwrócenie - kierunku w 
jego przebiegu. Ma postać ciasnej pętli, w której tlen z grupy karbonylowej jednego aminokwasu jest 
połączony  wiązaniem  wodorowym  z  wodorem  grupy  aminowej  czwartego  z  kolei  aminokwasu. 
Regiony  łańcucha  polipeptydowego  pozbawione  regularnej  struktury  drugorzędowej  chętnie 
przyjmują  postać  zakrętu  beta.  Taką  postać  może  przyjąć  nawet  połowa  łańcucha  polipeptydowego 
typowego białka. 

Struktura  III-rzędowa  cząsteczki  białka  lub  jej  podjednostki  określa  u ł o żen i e   w 

p r ze s t r ze ni   ł a ńc uc h a  p o l i pe pt yd o w e go   (a  ściślej,  rozlokowanie  w  przestrzeni  wszystkich 
jego  atomów).  To  przestrzenne  upakowanie  łańcucha  polipeptydowego  wywołane  jest  wewnątrz 
cząsteczkowymi wzajemnymi oddziaływaniami łańcuchów bocznych aminokwasów oraz miedzy tymi 
łańcuchami  a  cząsteczkami  wody.  Czynnikami  warunkującymi  powstawanie  i  utrzymywanie  w 
białkach  struktury  III–rzędowej  są  wiązania  chemiczne  wszystkich  typów,  w  tym  wspomniane 
wcześniej  wiązanie disiarczkowe i  wodorowe, a ponadto  oddziaływania jonowe, hydrofobowe i  siły 
van der Waalsa. 

Struktura drugorzędowa tripeptydu

Kąt ψ odpowiada rotacji wokół wiązania C

α

-C,

Kąt φ odpowiada rotacji wokół wiązania C

α

-N

13

Struktura  IV-rzędowa  jest  to  s p o s ó b   u ł o że ni a  w   pr ze s t r zen i   ki l ku  ł ań cu c hó w 

p o l i pe pt yd o w yc h   stanowiących  podjednostki  cząsteczki  białka  oraz  zespół  oddziaływań  między 
nimi 

Czynniki strukturotwórcze białek
Rola  wiązań  peptydowych  w  budowie  białek  jest  oczywista.  Omówione  teraz  zostaną  krótko 

wszystkie  pozostałe  wiązania  i  oddziaływania  chemiczne  ogrywające  rolę  w  powstawaniu  i 
utrzymaniu  właściwej  konformacji  łańcucha  polipeptydowego  cząsteczki  białka.  Kolejność  ich 
omawiania wynika z roli i znaczenia, jakie pełnią. 

Oddziaływania  hydrofobowe  (e f e kt   h ydr of o bow y).  Cząsteczki  niepolarne  nie  zawierają 

spolaryzowanych  wiązań  ani  atomów  -  powoduje  to,  że  są  one  nierozpuszczalne  w  wodzie. 
Właściwość tą nazywa się h yd r of o bo w o ś ci ą . W środowisku wodnym oddziaływanie z polarnymi 
cząsteczkami H

2

O doprowadzi do takiego układu, w którym fragmenty hydrofobowe będą "unikały" 

kontaktu z wodą grupując się razem, natomiast części hydrofilowe "chętnie" będą z nią oddziaływać. 
Źródłem  energii  oddziaływań  hydrofobowych  jest  niechęć  cząsteczek  wody  zwiększenia  stopnia 
organizacji. 

Efekt  tych  oddziaływań  sprawia,  że  syntetyzowany  wewnątrz  komórki  w  środowisku  wodnym 

łańcuch  polipeptydowy  fałduje  się  spontanicznie  w  ten  sposób,  że  większość  jego  hydrofobowych 
rodników  bocznych  (przede  wszystkim  w a l i n y,   l e uc yn y,   i zo l e uc yn y,   a l a ni n y  i  
f e n yl o al an i n y) zostaje skierowana do wnętrza powstającej struktury, a większość jego polarnych, 
obdarzonych ładunkiem bocznych łańcuchów znajduje się na powierzchni. 

Wiązania disiarczkowe (m o s t k i   d i s i a r c z k o w e ). Najsilniejszym wiązaniem (pomijając 

peptydowe)  jest  kowalencyjne w i ą z a n i e d i s i a r c z k o w e ( S S )   powstające  pomiędzy 
dwoma  grupami  —SH  sąsiadujących  ze  sobą  w  przestrzeni  dwóch  reszt  cysteiny  w  tym  samym 
łańcuchu lub łącząc dwa różne łańcuchy. 

Energia wiązania disiarczkowego wynosi 300 kJ/mol, a odległość między atomami siarki  S—S 

jest nie większa niż 0,15nm. 

Wiązanie to odgrywa znaczną rolę jako czynnik strukturotwórczy ke r a t yn , łącząc między sobą 

sąsiadujące  łańcuchy  polipeptydowe,  jednocześnie  uodparniając  te  białka  na  działanie  czynników 
chemicznych. W cząsteczce β-keratyny ilość tych wiązań może sięgać nawet kilkudziesięciu. 

Natomiast w białkach globularnych mostek disiarczkowy odgrywa jedynie rolę strukturotwórczą 

w odniesieniu do pewnych fragmentów łańcucha polipeptydowego. Bez wątpienia usztywnia jednak 
kształt tych białek i zwiększa ich termostabilność. W wielu enzymach reszty cysteiny tworzące mostki 
disiarczkowe pełnią rolę aminokwasów pomocniczych (patrz: budowa centrum aktywnego enzymów). 
Ilość wiązań disiarczkowych w cząsteczce białka globularnego jest rzędu kilku. Znanych jest ponadto 
wiele białek (zwłaszcza pozakomórkowych enzymów), które nie posiadają mostków disiarczkowych. 
Ta cecha czyni cząsteczki tych białek bardziej plastycznymi, co ma niewątpliwie znaczenie przy ich 
sekrecji (wydzielaniu poza komórkę). Do takich enzymów należą rybonukleaza czy subtilizyna 

Wiązania  jonowe.  Wiązania  te  są  wywołane  elektrostatycznym  przyciąganiem  się  jonów  o 

przeciwnych  znakach.  W  białkach  wiązania  jonowe  tworzone  są  pomiędzy  dodatnio  naładowanymi 
grupami amoniowymi łańcuchów bocznych lizyny i argininy oraz naładowanymi ujemnie grupami 
karboksylanowymi kwasu glutaminowego i asparaginowego (—NH

3

+

....-

OOC—). Ponadto udział w 

powstaniu tego wiązania w pewnym stopniu może mieć dodatnio naładowany rodnik histydyny. 

Energia tych wiązań waha się w granicach 14-29 kJ/mol, ich  zasięg wynosi ponad 1 nm, a siła 

oddziaływania jest odwrotnie proporcjonalne do r

2

. Tak więc, wiązania te są względnie silne. Ich ilość 

14

w  cząsteczce  białka  może  dochodzić  nawet  do  kilkudziesięciu.  Na  przykład  we  wspomnianej 
subtilizynie  (pozakomórkowej  proteinazie  serynowej  z  Bacillus  subtilis)  na  powierzchni  cząstki 
enzymu  występuje  16  krzyżowych  wiązań  jonowych  stabilizujących  skutecznie  trzeciorzędową 
strukturę białka. U enzymów tych brak jest mostków disiarczkowych, a mimo to są one odporne na 
działanie wielu czynników denaturujących.

Wiązania wodorowe.  Tworzą  się  one  pomiędzy  atomem  wodoru  związanym  kowalencyjnie  z 

atomem  o  dużej  elektroujemności  a  atomem  z  wolnymi  parami  elektronowymi  (np.  w  białkach 
najczęściej:  >C=O.....H—N<  lub  —O—H...O=C<).  Wiązanie  to  symbolizowane  we  wzorach  jest 
kropkowaną linią, jak to widać w prezentowanych układach. Wiązanie wodorowe wykazuje wyraźne 
ukierunkowanie. Jest ono tym silniejsze, im bardziej linearnie są ułożone wszystkie trzy tworzące je 
atomy. Dla struktury białek, istotne  wiązania wodorowe mają zasięg oddziaływania rzędu 0,26-0,31 
nm, a energia pojedynczego wiązania waha się w granicach od 12 do 29 kJ/mol – a więc są to słabe 
oddziaływania. Wiązania wodorowe mogą powstawać zarówno między atomami tej samej cząsteczki 
jak i atomami różnych cząsteczek. 

Pomimo,  że  wiązania  wodorowego  należą  do  słabych  oddziaływań,  są  one  chyba 

najważniejszymi  siłami,  które  utrzymują  przestrzenną  konformację  cząsteczki  białka.  Wynika  to  z 
faktu,  iż  w  cząsteczce  białka  występują  tysiące  wiązań  wodorowych,  w  sumie  mają  więc  one  dużą 
wartość energetyczną.

Ogólnie  należy  stwierdzić,  że  wiązania  wodorowe  są  niezmiernie  ważnym  elementem 

strukturalnym  układów  biologicznych.  Biorą  one  udział  w  tworzeniu  struktur  cząsteczek  białek, 
kwasów  nukleinowych  i  polisacharydów.  Powstawanie  wiązań  wodorowych  między  cząsteczkami 
wody  i  cząsteczkami  substancji  rozpuszczonej  jest  warunkiem  rozpuszczania  w  wodzie  wielu 
związków  organicznych.  Nadto  tworzenie  się  i  rozpad  wiązań  wodorowych  warunkuje  szereg  tak 
ważnych biologicznie funkcji, jak np. działanie enzymów. 

Siły van der Waalsa są wynikiem wzajemnego oddziaływania elektronów i jąder w cząsteczkach, 

są  więc  przykładem  oddziaływań  elektrostatycznych.  Ogólnie  biorąc  energia  wiązań  powstałych  na 
bazie  sił  van der Waalsa  jest  bardzo  mała,  rzędu  4-8 kJ/mol.  Mechanizm  powstawania  tych 
oddziaływań  może  być  różny.  Rozróżnia  się  m.in.  efekt  dyspersyjny,  efekt  indukcyjny  czy  efekt 
kierunkowy. 

E f e kt   d ys p er s yj n y  (siły dyspersyjne) pojawia się jedynie wtedy, gdy cząsteczki znajdują się 

bardzo  blisko  siebie,  tak  że  prawie  się  stykają.  W  wyniku  ruchu  elektronów  walencyjnych  gęstość 
ładunku ujemnego na zewnętrznej powłoce atomów ulega szybkim fluktuacjom wzbudzając podobną 
fluktuację  w  powłoce  walencyjnej  sąsiednich  atomów.  Powstają  szybkozmienne  dipole,  które 
wzajemnie  przyciągają  się  zwiększając,  w  miarę  zbliżania  się,  wzajemną  polaryzację  elektronową. 
Siły te występują przez bardzo krótki czas (rzędu 10

-9

 s) i są bardzo słabe (ok. 4 kJ/mol). 

E f e kt   i nd u kc yj n y  polega  na  oddziaływaniu  indukowanych  dipoli  (jego  znaczenie  jest 

niewielkie). 

E f e kt   ki e r un ko w y   związany  jest  z  asymetrią  elektryczną  cząsteczek  (dipole)  powodującą 

oddziaływanie orientacyjne i przyciąganie odpowiednio utrwalających się dipoli. 

S i ł y va n d er W aal s a  maleją odwrotnie proporcjonalnie z siódmą potęgą odległości (r

7

) i są 

one bardzo małe w porównaniu do innych omówionych wiązań. Tym niemniej, sumując się wywołują 
efekty o dużym znaczeniu dla stabilizacji niektórych struktur białka.

Do  czynników  strukturotwórczych,  w e d ł u g  a ut o r a ,  można  też  zaliczyć  białka  zwane 

molekularnymi opiekunkami. 

15

Molekularne opiekunki (chaperones). Nawet cząsteczki białka, którym udało się uzyskać prawidłowy kształt 

w fazie  posttranslacyjnej  (po  zakończeniu  biosyntezy), mogą  w każdej  chwili  ulec  deformacji  wskutek działania 
różnych czynników denaturujących. Od lat zadawano sobie pytania: 



Jak ludzkie komórki radzą sobie z rozpoznawaniem białek, które mają złą strukturę przestrzenną? 



Czy takie źle zwinięte białka mogą powrócić do prawidłowego kształtu? 



Co dzieje się, kiedy cząsteczka białka jest tak beznadziejnie zniekształcona, że już w żaden sposób 

nie może przybrać prawidłowej konformacji? 

W  ostatnich  latach  częściowo  znaleziono  odpowiedź  na  te  pytania.  Okazuje  się,  że  w  tych  przypadkach 

wkracza do akcji specjalna grupa białek: białka opiekuńcze, zwane też przyzwoitkami. 

Białka  opiekuńcze łączą się  z odkształconymi  białkami i pomagają im  w uzyskaniu odpowiedniej struktury 

trójwymiarowej. Często wymaga to zużycia pewnej ilości energii zmagazynowanej w 

ATP

. Następnie komórkowe 

opiekunki odłączają się od białek, które uzyskały odpowiedni kształt, i zajmują się innymi cząsteczkami białek o 
nieprawidłowej konformacji. Same białka opiekuńcze są bardzo odporne na denaturację. 

Białka  opiekuńcze  są  bardzo  wszędobylskie.  Można  je  znaleźć  w  cytoplazmie  (tam  biorą  udział  w 

nadawaniu kształtu białkom wytwarzanych w procesie  translacji oraz w naprawianiu zdeformowanych białek), w 
jądrze  komórkowym,  w  szorstkiej  siateczce  śródplazmatycznej  (gdzie  uczestniczą  w  kształtowaniu  białek 
przeznaczonych  do  wydzielenia  przez komórkę)  oraz w pobliżu  błon białkowo-lipidowych (białka  opiekuńcze są 
potrzebne  w procesie transportu innych  białek przez błony biologiczne:  z jednej strony błony jedna  przyzwoitka 
rozwija białko i wpuszcza je do kanału w błonie, a po przeciwnej stronie błony białkowo-lipidowej inna przyzwoitka 
odbiera  transportowany  łańcuch  polipeptydowy  i  nadaje  mu  odpowiednią  konformację).  Bez  udziału  białek 
opiekuńczych  wiele  procesów  metabolicznych  nie  mogłoby  przebiegać  prawidłowo,  a  naprawienie  popsutej 
cząsteczki białka przekraczałoby możliwości komórki. 

16



 H

H

H

H
N

O

C

C

N

O

C

C

C

H

2

N

COOH

R

2

H

2

C

CH

2

CH

2

H

108o

110o

3.3.2. Białka fibrylarne

Białka fibrylarne (skleroproteiny) to białka o budowie włókienkowej, nierozpuszczalne w wodzie, 

rozcieńczonych  kwasach,  alkoholu;  odporne  na  działanie  enzymów  proteolitycznych  i  czynników 
chemicznych.  Są  głównym  składnikiem  substancji  podporowych  i  strukturalnych  organizmu,  np. 
skóry i  kości (kolagen), ścięgien  i  wiązadeł  (elastyna),  paznokci,  piór,  włosów (keratyna), jedwabiu 
naturalnego (fibroina), rzęsek bakterii (flagellina), pancerzy owadów (sklerotyna). Białka te nie mają 
wartości odżywczych. 

Białka  fibrylarne  wykazują  wysoki  stopień  regularności  i  uporządkowania  struktury.  Obok 

wiązań  peptydowych  podstawowym  czynnikiem  strukturotwórczym  białek  fibrylarnych  są 
wiązania  wodorowe.  Długie  łańcuchy  polipeptydowe  tych  białek  przyjmują  najczęściej  regularną 
strukturę  drugorzędową,  w której  szkielet  skręcony  jest  wokół  własnej  osi,  tak  że  powstaje 
przestrzenna  możliwość  utworzenia  stabilizujących  układ  wiązań  wodorowych  między  atomami 
oddalonych od siebie ugrupowań peptydowych. 

Struktura  kolagenu

. 

Kolagen  jest  głównym  składnikiem  białek  skóry,  tkanki  łącznej  (m.in. 

wiązadła  i  ścięgna)  oraz  białek  wchodzących  w  skład  chrząstek  i  kości.  Kolagen  odznacza się  dużą 
wytrzymałością  na  rozciąganie.  Jego  skład  aminokwasowy  jest 
następujący:  glicyna  33%,  prolina  12%,  hydroksyprolina  9%, 
ponadto  9,5%  Ala,  3%  Wal,  l,5% Liz(OH);  przy  absolutnym 
braku Cys i Try. Ustalono, że we włókienkowych cząsteczkach 
kolagenu  trzy  podstawowe  aminokwasy  tworzą  łańcuch 
peptydowy układający się wzdłuż linii śrubowej o bardzo dużym 
skoku  (3,3  reszty  aminokwasowe  na  1  skręt),  a  trzy  takie 
łańcuchy  splatają  się  ze  sobą  na  kształt  liny  (rysunek  obok). 
Poszczególne  łańcuchy  łączą  się  między  sobą  wiązaniami 
wodorowymi  tworzonymi  przez  atomy  azotu  i  tlenu  wiązań 
peptydowych. 

O  przestrzennej  strukturze  kolagenu  decyduje  przede  wszystkim  jego  niezwykły  skład 

aminokwasowy. Periodyczna struktura pierwszorzędowa wygląda następująco: -Gly-X-Y-Gly-X-Y-. 
X często  jest  proliną  (nigdy  hydroksyproliną),  Y  jest  często  hydroksyproliną.  Należy  sobie 
uświadomić,  że  wiązania  peptydowe  utworzone  z  udziałem  proliny  i  hydroksyproliny  są 
„zdeformowane”  (patrz  rysunek  powyżej)  na  skutek  pierścieniowej  budowy  tych  aminokwasów. 
Stąd kąt rozwarcia płaszczyzn wiązań peptydowych za proliną wynosi 110

, podczas gdy normalnie 

wynosi on około 100

. 

Hydroksyprolina  (Hyp)  i  hydroksylizyna  (Lys-OH)  nie  są  wbudowywane  w  łańcuch  podczas 

syntezy. Oba te aminokwasy powstają w gotowych łańcuchach prokolagenu z proliny i lizyny pod 
działaniem  dioksygenaz  -  enzymów  wbudowujących  atomy  tlenu  z  wytworzeniem  grup 
hydroksylowych. 

Trzy  enzymy  modyfikują  prokolagen: 

4-dioksygenaza  prokolageno-prolinowa  (EC 1.14.11.2), 

3-dioksygenaza prokolageno-prolinowa (EC 1.14.11.7) i 5-dioksygenaza prokolageno-lizynowa (EC`1.14.11.4).

   - glicyna 
   - prolina 

           - hydroksyprolina         

Struktura II-rzędowa kolagenu

17

C

O

H

H

O

N

C

R

O

C

N

R

H

C

N

C N

C

H

O

C

C

H

H

C

O

H

H

O

N

C

O

C

N

H

C

N

C N

C

H

O

C

C

R

R

C

O

H

H

O

N

C

R

O

C

N

R

H

C

N

C N

C

H

O

C

C

C

O

H

H

O

N

C

C

O

C

N

H

C

N

C N

C

H

O

C

C

R

R

C

Struktura  fałdowa.  Białka  zwane  β-ke r a t yn a mi   stanowią  składniki  naskórka,  włosów, 

paznokci,  kopyt.  Podobnie  jak  kolagen  są  nierozpuszczalne  wodzie  i  cechuje  je  odporność  na 
czynniki  chemiczne.  Ich  cząsteczki  są  zbudowane  głównie  z  aminokwasów  o  hydrofobowych 
łańcuchach bocznych i aminokwasów zasadowych oraz znacznych ilości cysteiny. 

Keratyna  rozciągniętego  włosa  (β-keratyna)  charakteryzuje  się  regularną  strukturą.  Struktura  ta 

zwana  jest  fałdową,  inaczej:  strukturą pofałdowanej  kartki,  harmonijkową lub  beta fałdową. Między 
różnymi  łańcuchami  polipeptydowych  lub  różnymi  częściami  tego  samego  łańcucha  powstają 
wiązanie  wodorowe  wytworzone  głównie  w  obrębie  wiązań  peptydowych.  Płaskie  wiązanie 
peptydowe  sprawia,  że  łańcuch  przyjmuje  postać  pofałdowanej  kartki  z  łańcuchami  bocznymi 
znajdującymi się poniżej lub powyżej tej płaszczyzny. Łańcuchy boczne sterczą teraz niemal pionowo 
w górę, względnie w dół, jak widać na modelu przedstawionym poniżej. Łańcuchy sąsiadujące ze sobą 
mogą być równoległe lub antyrównoległe zależnie czy przebiegają one odpowiednio: w tym samym 
kierunku lub kierunku przeciwnym (rysunek poniżej).

 A - Struktura fałdowa, B – układ peptydów równoległy, C – układ peptydów antyrównoległy 

Struktura α-helisy.  Helisa (z  grec. heliks,  helikos  =  skręcony)  to  linia  śrubowa,  linia  leżąca  na 

powierzchni  walca  (poprawniej:  cylindra).  Strukturę  α-helisy  w  1951  roku  zaproponowali  Pauling  i 
Corey. α-He l i s a  w przypadku struktury białek to łańcuch polipeptydowy płaszczyznowo nawijający 
się  na  hipotetyczny  walec  (rysunek  poniżej).  Sposób  jego  ułożenia  umożliwia  utworzenie  się 
wewnątrz łańcuchowych wiązań wodorowych pomiędzy atomami wiązań peptydowych w kolejno po 
sobie  następujących  zwojach  helisy.  Grupa  >C=O  każdego  aminokwasu  wiąże  się  wiązaniem 
wodorowym  z  grupą  HN<  aminokwasu,  zajmującego  w  sekwencji  liniowej  pozycję  wysuniętą  do 
przodu o cztery reszty aminokwasowe. Ostatecznie wszystkie grupy >NH i >C=O łańcucha głównego 
łączą  się  wiązaniami  wodorowymi.  Każda  reszta  aminokwasowa  jest  przesunięta  w  stosunku  do 
sąsiedniej  o  0,15  nm  wzdłuż  osi  helisy  i  obrócona  o  kąt  100°  wokół  osi.  Na  jeden  obrót  helisy 
przypada  więc  3,6  reszt  aminokwasowych.  W  ten  sposób,  co  czwarte  reszty  aminokwasowe  w 
α-helisie znajdują się przestrzennie blisko siebie. Łańcuchy boczne aminokwasów wystają na zewnątrz 
cylindra  w  ułożeniu  śrubowym.  Prolina  „deformuje”  α-helisę.  Odmiana  helisy  prawoskrętna  jest 
bardziej stabilna dla łańcuchów polipeptydowych. 

R

H

CH

C O

HN

C R

C

O

NH

NH

O C

R

C

HN

O

C

CH

R

H

CH

C O

HN

C R

C

O

NH

NH

O C

R

C

HN

O

C

CH

R

H

R

H

C

N

C

N

C

N

R

H

R

H

H

R

H

R

C

C

NH

O

C R

HN

CH

C

O

CH

C O

HN

C R

C

O

NH

R

C

NH

O

HN

CH

C

O

NH

O C

R

C

HN

O

C

CH

C

N

A

B

C

18

  - Rodniki hydrofobowe

  - Rodniki hydrofilowe

                                                  3,6Å 

                                                                             5,4Å

Struktura α-helisy charakterystyczna jest dla niezbyt długich łańcuchów polipeptydowych takich, 

jakie występują w α-ke r at yn i e  (białko fibrylarne) lub mi o gl o bi ni e  (białko globularne).  

Włókienka α - ke r at yn y  zbudowane są z dwóch typów łańcuchów polipeptydowych. Oba mają 

budowę  α-helisy,  ale  oś  jednego  (I)  jest  prosta,  drugiego  (II)  zaś  tworzy  linię  śrubową  o  znacznie 
większym  skoku  aniżeli  w  α-helisie.  Łańcuch  typu  I  stanowi  trzon,  wokół  którego  oplata  się  6 
śrubowych łańcuchów typu II.

3.3.3. Białka globularne

Omawiane poprzednio białka fibrylarne stanowią agregaty wielocząsteczkowe o uporządkowanej 

budowie. W przeciwieństwie do nich białka globularne w stanie naturalnym to pojedyncze, niezależne 
od  siebie  cząsteczki,  przypominające  „kłębuszki  poplątanej  wełny”.  Łańcuch  polipeptydowy  białek 
globularnych jest z reguły nieregularne poskręcany i pofałdowany. Brak w strukturze trzeciorzędowej 
tych białek wyraźnej regularności i uporządkowania. Na rysunku przedstawiono schematyczny model 
cząsteczki białka globularnego. Wewnątrz „kłębuszka” znajduje się strefa hydrofobowa, a na zewnątrz 
strefa hydrofilowa, co decydująco wpływa na właściwości tych białek. 

19

Schematyczny model cząsteczki białka globularnego.

W  białkach  globularnych  występują  jedynie  dwa  typy  struktur  drugorzędowych:  α-helisa  i 

β-fałdowa. W wielu białkach globularnych fragmenty łańcucha polipeptydowego o strukturze α-helisy 
są  poprzedzielane  strukturą β-fałdową.  Ponadto  obie te  struktury mogą  oddziaływać  pomiędzy sobą
tworząc  bardziej  złożone  struktury  „ponad”  drugorzędowe  zwane  motywami.  Motywy  strukturalne, 
powstają  wskutek  asocjacji  α-helisy  lub  struktury  β-fałdowej.  Powszechnie  występującym 
motywem β, czyli powstałym jedynie na bazie struktury β-fałdowej jest motyw „szpilki do włosów”. 
Ten  motyw  zbudowany  jest  z  jednego  łańcucha  polipeptydowego,  przyjmującego  antyrównoległą
strukturę typu harmonijki. Innym przykładem bardziej złożonej struktury opierającej się na strukturze 
β-fałdowej jest motyw „klucza greckiego”. Jest to bardziej rozbudowany motyw „szpilki do włosów”, 
gdzie  jeden  łańcuch  polipeptydowy  tworzy  ze  sobą  cztery  struktury  β-fałdowe  ułożone  względem 
siebie  antyrównoległe.  Struktura  α-helisy  podobnie  jak  harmonijkowa  tworzy  własne  motywy 
strukturalne.  Najczęściej  jest  to  motyw  „helisa-pętla-helisa".  Innym  przykładem  motywów  α,  są
struktury  tzw.  „suwaków  leucynowych”,  zbudowanych  z  dwóch  oplecionych  ze  sobą  α-helis, 
bogatych w leucynę. Oprócz motywów β lub α, występują struktury mieszane typu α / β. Za przykład 
może posłużyć motyw βαβ, w którym pomiędzy dwoma ułożonymi równolegle łańcuchami struktury 
β-fałdowej znajduje się α-helisa. Hydrofobowa strona łańcuchów β jest ciasno upakowana i kontaktuje 
się z hydrofobową stroną α-helisy. 

Wszystkie  omówione  motywy  dotyczą  białek  globularnych  zbudowanych  jedynie  z  jednego 

łańcucha  polipeptydowego.  Jednakże  wiele  białek  zbudowanych  jest  z  kilku  łańcuchów 
polipeptydowych,  fałdujących  się  niezależnie  od  siebie  i  pomiędzy  którymi  również  formują  się
swego rodzaju motywy, zwane domenami. Domeny można zdefiniować, jako precyzyjnie splecione ze 
sobą fragmenty łańcuchów polipeptydowych, tworzących w przestrzeni szczególnie regularne rejony. 
Zbudowane  są  one  ze  100  do  400  reszt  aminokwasowych.  Można  za  przykład  podać  domenę 
składającą  się  z  czterech  α-helis  tworzących  złożony  motyw  „helisa-pętla-helisa",  ułożonych 
wzajemnie równolegle, w ten sposób, że reszty aminokwasowe poszczególnych łańcuchów zazębiają
się między sobą tworząc przestrzeń hydrofobową w centralnej części domeny. Inną, bardzo podobną
strukturą,  charakterystyczną  dla  białek  globularnych  jest  domena  „globinowa”.  Powstaje  ona  w 
wyniku  dopasowania  grzbietów  jednej  α-helisy  w  grzbiet  drugiej.  Domeny  często  są  składnikami 
części funkcjonalnych białek.

20

Niektóre białka mają niezwykle skomplikowaną strukturę trzeciorzędową, nawet z kilkunastoma 

motywami i kilkoma domenami, jak np. dystrofina.

Dystrofina  jest  białkiem  kodowanym  przez  gen  leżący  na  chromosomie  X.  Mutacje  tego  genu  wywołują 

choroby  zwane  dystrofiami  mięśniowymi  Duchenne’a  i  Becker’a.  D y s t r o f i n a   zbudowana  jest  z  3685 
aminokwasów  (M

cz

  =  427  kDa).  Podzielona  jest  na  cztery  domeny  -  pierwsza  domena  na  N-końcu  o  masie 

cząsteczkowej 30 kDa jest homologiem α-aktyniny, domena centralna zbudowana z 25 powtórzonych motywów 
potrójnych  helis  podobnych  do  występujących  w  spektrynie,  domena  bogata  w  cysteiny  (280  reszt)  oraz  C-
końcowa  domena.  C-końcowa  domena  zawiera  kilka  charakterystycznych  motywów  –  domenę  WW  (posiadają 
dwie konserwatywne reszty tryptofanu), motyw „EF hands”, domenę ZZ (motyw wiążący cynk) oraz dwie α-helisy. 

Allosteria  (z  grec.  allos  =  obcy,  inny;  stereos  =  stanowiący  bryłę)  to  innokształtność 

przestrzenna,  czyli  zmiana  konformacji  łańcuchowej.  Cząsteczki  większości  białek  globularnych 
odznaczają  się  względnie  dużą  elastycznością.  Trzeciorzędowa  struktura  wielu  z  nich  może  ulegać 
odwracalnym  „odkształceniom”  na  skutek  niekowalencyjnego  przyłączenia  jakiejś  innej  cząsteczki 
(tzw. l i ga nd u ). Takie białka nazywa się bi ał ka mi   a l l o s t e r yc zn ymi . E f ekt   a l l o s t e r yc zn y
polega  na  odwracalnej  zmianie  konformacji  białka  w  pewnym  ściśle  określonym  obszarze  jego 
cząsteczki  na  skutek  przyłączenia  ligandu  (efektora  allosterycznego)  w  innym  miejscu.  Ta  zmiana 
konformacji pociąga za sobą zaburzenia aktywności biologicznej białka. Najlepiej poznanym białkiem 
allosterycznym jest hemoglobina. Wiele enzymów również jest białkami allosterycznymi. Na zasadzie 
allosterii działają aktywatory i inhibitory niektórych enzymów. 

Hemoglobina zawarta w erytrocytach działa jako przenośnik tlenu we krwi oraz odgrywa decydującą rolę w 

transporcie  dwutlenku  węgla  i  jonów  wodorowych  (pokrewnym  białkiem  jest  mioglobina,  odpowiedzialna  za 
transport  tlenu  w  mięśniach).  Kształt  cząsteczki  hemoglobiny  jest  zbliżony  do  kuli  o  średnicy  5,5  nm. 
Hemoglobina jest białkiem złożonym. Składa się z dwóch łańcuchów α (po 141 aminokwasów) i dwóch łańcuchów 
β  (po  146  aminokwasów).  Łańcuchy  te  są  upakowane  w  formę  czworościanu.  Oddziałują  ze  sobą  za 
pośrednictwem wiązań niekowalencyjnych tworząc charakterystyczny tetramer oznaczany jako α-β-α-β lub α

2

β

2

. 

Oba  typy  łańcuchów  mają  bardzo  zbliżoną  strukturę  trzeciorzędowa  i  zawierają  taką  samą  niebiałkową  grupę 
prostetyczną  —  cząsteczkę  hemu.  Grupy  hemowe  są  umiejscowione,  pojedynczo  w  każdej  podjednostce,  w 
zagłębieniach na ich powierzchni. Hem jest związkiem kompleksowym, w którym atom żelaza dwuwartościowego 
(Fe

2+

) znajdujący się w środku układu porfirynowego tworzy wiązania koordynacyjne z czterema atomami azotu 

porfiryny.  Atom  żelaza  może  przyłączyć  cząsteczkę  O

2

  bez  zmiany  swojej  wartościowości,  tworząc  tzw. 

utlenowaną  formę  hemoglobiny  (zwaną  też  oksyhemoglobiną)  o  jasnoczerwonym  kolorze.  Cztery  miejsca 
wiązania  tlenu  są  znacznie od  siebie  oddalone;  odległość między  dwoma  najbliżej  położonymi  atomami  żelaza 
wynosi 2,5 nm. Przyłączanie tlenu jest odwracalne i zależy od ciśnienia cząstkowego tlenu w narządach. 

Przyłączenie  tlenu  (będącego  w  stosunku  do  hemoglobiny  ligandem)  do  jednego  z  protomerów  zwiększa 

zdolność  przyłączania  O

2

  przez  pozostałe  protomery.  W  miarę  postępującego  utlenowania  hemoglobiny  jej 

protomery  łączą  się  coraz  łatwiej  z  tlenem  na  skutek  zmian  konformacyjnych  wywołanych  efektem 
allosterycznym.  Utlenowana  cząsteczka  hemoglobiny  jest  bardziej  upakowana.  Na  przykład,  w  wyniku 
utlenowania odległość między atomami żelaza zmniejsza się z 4,0 do 3,3 nm. Reszty aminokwasów C-terminalne 
wszystkich  czterech  łańcuchów  mają  prawie  całkowitą  swobodę  rotacji.  Terminalne  grupy  karboksylowe  i 

21

łańcuchy  boczne  aminokwasów na  końcach  C  tworzą  wiązania  jonowe,  które  krępują  tetramer.  Ze  względu  na 
obecność ośmiu wiązań jonowych cząsteczka nieutlenowanej hemoglobiny jest bardziej napięta i skrępowana niż 
hemoglobiny utlenowanej. 

Właściwości białek globularnych
Białka, które posiadają określone właściwości biologiczne (tzn. wypełniają określone funkcje w 

komórce),  i  te  właściwości  nadal  zachowują  niezależnie  od  tego,  czy  są  wewnątrz  komórki  czy  też 
zostały z niej wyizolowane określa się nazwą bi a ł ka  n at yw n e  (rodzime). Białka natywne wykazują 
kilka charakterystycznych właściwości. 

Punkt  izoelektryczny.  Cechą  charakterystyczną  każdego  białka  jest  jego  p u n kt  

i zo el e kt r yc zn y . Jest to takie pH, w którym ilość ładunków dodatnich i ujemnych cząsteczki białka 
jest jednakowa. Taka cząsteczka, oczywiście, nie wędruje w polu elektrycznym. 

Denaturacja.  Część  białek  natywnych  należy  do  grupy  związków  bardzo  delikatnych.  Pod 

wpływem  wielu  czynników  zarówno  fizycznych,  jak  i  chemicznych,  np.  wysokiej  temperatury, 
znacznych zmian pH, promieni ultrafioletowych, rozpuszczalników organicznych itp., struktura białek 
ulega trudno odwracalnym lub całkowicie nieodwracalnym zmianom połączonym z utratą natywnych 
właściwości  biologicznych  (m.in.  białka  będące  enzymami  tracą  swoje  właściwości  katalityczne). 
Proces ten nazywa się de na t u r a cj ą . 

D e n at ur acj ę   bi ał ka  można  więc  zdefiniować  jako  utratę  natywnych  właściwości 

biologicznych  lub  innej  indywidualnej  cechy  charakterystycznej  tego  białka  spowodowaną 
zniszczeniem  jego  struktury  wtórnej  (przy  zachowaniu  struktury  pierwszorzędowej).  W  wyniku 
denaturacji  białka  mogą  wystąpić  zmiany  rozpuszczalności  i  przesunięcie  punktu  izoelektrycznego. 
Rozwinięcie łańcucha peptydowego może prowadzić do wzrostu lepkości, a także zmian absorpcji w 
nadfiolecie.  Obserwuje  się  również  często  procesy  agregacji  i  wytrącania,  co  jest  związane  ze 
zmianami stopnia hydratacji i rozpuszczalności zdenaturowanych białek. 

Ogólnie  biorąc,  mechanizm  denaturacji  związany  jest  ze  zniesieniem  oddziaływań  czynników 

strukturotwórczych, które odpowiedzialne są za stabilizację struktury przestrzennej cząsteczki białka. 
Podczas  denaturacji  rozrywane  mogą  być  wiązania  wodorowe,  jonowe,  disulfidowe  oraz  niszczone 
oddziaływania elektrostatyczne van der Waalsa. I tak:



działanie p od w yżs zo n ej   t e mp e r a t u r y doprowadza do zerwania wiązań wodorowych oraz 
zniesienia oddziaływań van der Waalsa, co w konsekwencji skutkuje zniszczeniem struktur II-, 
III- i IV-rzędowej białka,



pod wpływem roztworu m o c zn i ka  (6-8 mol/dm

3

) lub c h l or ku   gu a ni d yn y (4 mol/dm

3 

) i 

innych związków chemicznych silnie polarnych zerwaniu ulegają wiązania wodorowe,



j o n y  me t a l i   ci ę żki c h   (Hg

2+

,  Pb

2+

,  Cu

2+

,  itp.)  powodują  zerwanie  mostków 

disiarczkowych,  a  ponadto  częściowo  wiązań  jonowych,  co  w  niektórych  przypadkach  może 
prowadzić do wbudowania się tych jonów w cząsteczkę białka,



na  skutek  działania  kw a s ó w   l ub   za s ad   (wartość  pH  poniżej  3  lub  powyżej  9)  zerwaniu 
ulegają  wiązania  jonowe  i  w  pewnym  stopniu  wodorowe,  co  przede  wszystkim  skutkuje 
zniszczeniem III-rzędowej struktury białka, 



p r o mi en i o w a ni e   ( nadfioletowe, rentgenowskie  i  radioaktywne) w  skrajnych przypadkach 
może nawet prowadzić do rozrywania wiązań kowalencyjnych, 

22

+
+

+
+

-
-

-
-

+

-

+

+



innymi  czynnikami  mogącymi  wywoływać  denaturację  białek  są:  intensywne  mi e s za n i e , 
w yt r zą s a ni e  l ub   d zi ał a ni e  u l t r a d źwi ę ka mi .

Wpływ  pH  i  stężenia  elektrolitu  na  rozpuszczalność  białek  globularnych.  Ze  względu  na 

r o zp us z c za l n o ś ć  w wodzie białka globularne dzieli się na dwie grupy: 

1) a l b u mi n y - rozpuszczalne w wodzie, 
2) gl o b ul i n y - rozpuszczalne w rozcieńczonych elektrolitach (np. w 0,1-1%-owych roztworach 

NaCl). 

Białka najmniejszą rozpuszczalność posiadają w punkcie izoelektrycznym. Im pH roztworu jest 

bardziej  oddalone  od  pI  białka,  tym  lepsza  jest  jego  rozpuszczalność.  Zjawisko  to  można  wyjaśnić 
następująco.  W  roztworach  o  pH  różnym  od  pI  cząsteczki  białka  posiadają  ładunek  (dodatni  lub 
ujemny). Dwa ładunki jednoimienne odpychają się (m.in. tym silniej im większy jest ten ładunek). Nic 
więc  dziwnego,  że  naładowane  cząsteczki  białka  też  się  odpychają,  co  ułatwia  ich  hydratację  i  w 
efekcie  zwiększa  rozpuszczalność.  Podobnie  podczas  wysalania  (o  czym  będzie  mowa  poniżej) 
jednoimiennie naładowane cząsteczki białka znacznie trudniej ulegają agregacji i trudniej wytrącić je 
w postaci osadu.

0

20

40

60

80

100

3

4

5

6

7

8

9

10

11

pH

R

o

zp

u

sz

cz

a

ln

o

ść

 [

%

]

Wpływ pH i stężenia elektrolitu na rozpuszczalność modelowego białek globularnych o pI = 6.

W wielu przypadkach niewielkie stężenie elektrolitu - np. 0,8% wodny roztwór NaCl, czyli sól 

fizjologiczna - znacznie poprawia rozpuszczalność wielu białek (tzw. pr o ce s   w s al a ni a   bi ał e k ). 
Niektóre  białka  w  ogóle  nie  rozpuszczają  się  w  wodzie  i 
wprowadzenie ich do roztworu wymaga  obecności jonów 
elektrolitu.  Mechanizm  zjawiska  polega  na  tym,  że 
niezależnie  od  ogólnego  (sumarycznego)  ładunku 
molekuły,  cząstkowe  ujemne  i  dodatnie  ładunki  nie  są 
równomiernie  rozmieszczone  na  powierzchni  cząsteczki  białka.  W  efekcie  cząsteczki  białka  są 
dipolami. W punkcie izoelektrycznym dipol taki posiada znaczny moment, kilkaset razy większy od 
mementu  dipolowego  wody.  Zjawisko  to  wpływa  na  silne,  wzajemne  przyciąganie  pomiędzy 
molekułami  białka.  Dodatek  NaCl  sprawia,  że  w  roztworze  pojawiają  się  jony  Na

+

  i  Cl

-

,  które 

neutralizując  te  cząstkowe  ładunki  na  powierzchni  białka  znoszą  efekt  przyciągania  się  cząsteczek, 
tym samym ułatwiają ich rozpuszczanie się.

Przekroczenie pewnego progowego stężenia elektrolitu powoduje wytrącanie się białka z roztworu 

w  postaci  osadu  (tzw.  p r o c es   w ys al a ni a   b i ał ek ),  co  po  oddzieleniu  od  cieczy  i  wysuszeniu 
pozwala  otrzymać  białko  w  stanie  stałym.  Dobrym  odczynnikiem 
wysalającym białka jest siarczan amonu. Okazuje się, że zarówno jony 

H

2

O

1%NaCl

40%(NH

4

)

2

SO

4

20%(NH

4

)

2

SO

4

wsalanie

wysalanie

pI

H

2

O

Molekuła 
białka

-

+

-

-

23

NH

4

+

,  jak  i  SO

4

2-

  mają  bardzo  duże  powinowactwo  do  cząsteczek  wody  i  odrywają  je  od  otoczki 

hydratacyjnej białka. 

Frakcjonowane  wysalanie  białek.  Dobierając  odpowiednio  pH  i  stężenie  elektrolitu  można  na 

drodze wysalania z grubsza rozdzielić mieszaninę białek na pojedyncze frakcje, zawierające znacznie 
podczyszczone indywidualne białka.

24

Wytrącanie  białek  globularnych  rozpuszczalnikami  organicznymi.  Niektóre  rozpuszczalniki 

organiczne  o  silnych  właściwościach  hydrofilowych,  takie  jak  np.  etanol,  aceton  mają  zdolność 
wytrącania białka z roztworu. Związki  te  mają  bardzo silne powinowactwo do wody i  wyrywają  jej 
cząsteczki  z  otoczki  hydratacyjnej  białka.  Niestety,  część  molekuł  białka  ulega  denaturacji. 
Skuteczność  procesu  wytrącania  aktywnego  biologicznie  białka,  czyli  niezdenaturowanego,  można 
poprawić  poprzez  obniżenie  temperatury  wytrącania  do  4

C,  dbania  o  względnie  niskie  stężenie 

rozpuszczalnika  wobec  cząsteczek  białka,  (co,  m.in.  zapewnia  dozowanie  rozpuszczalnika  do 
roztworu  białka!)  i  maksymalnie  możliwe  skrócenia czasu  kontaktu  rozpuszczalnika  z cząsteczkami 
białka. W ten sposób można z dużą wydajnością (sięgającą nawet 86%) skutecznie wytrącać natywne 
białko  z  roztworu.  Za  takim  sposobem  otrzymywania  białka  w  stanie  stałym,  w  porównaniu  z 
wysalaniem,  przemawia  łatwość  regeneracji  odczynnika  wytrącającego.  [Od  autora:  siarczan 
amonowy  stosowany  do  wysalania  białek  jest  trudny  do  regeneracji,  a  jego  obecność  w  ściekach 
powoduje  bardzo  groźną  korozję  wszelkich  elementów  betonowych  (umocnień  wałów 
przeciwpowodziowych, filarów mostów, itp.)]. 

Suszenie  rozpyłowe.  W  ostatnich  latach,  dzięki  zastosowaniu  ultrafiltracji,  białko  w  stanie  stałym  (m.in. 

enzymatyczne)  korzystnie  jest  otrzymywać  z  zastosowaniem  suszenia  rozpyłowego.  Wydajność  tego  procesu 
sięga nawet 94%, a otrzymane białko w stanie stałym może być jednocześnie znacznie podczyszczone. 

Odbiałczanie  roztworów.  W  niektórych  sytuacjach  nieodzowne  jest  pozbycie  się  białka  z 

roztworu  wodnego.  Można efekt  taki osiągnąć stosując odczynniki  odbiałczające,  m.in. 5%  roztwór 
kwasu trichlorooctowego lub 10% roztwór kwasu sulfosalicylowego. Oba te związki prawie ze 100% 
skutecznością wytrącają zdenaturowane białko z wodnych roztworów.

Roztwory  koloidalne  białek.  Roztwory  wodne  białek  globularnych  mają  charakter  ko l o i d ó w 

h yd r of i l o w yc h . I jako takie, posiadają charakterystyczne cechy koloidów hydrofilowych, o których 
naucza chemia fizyczna. M.in. obniżają napięcie powierzchniowe, wykazują znaczną lepkość, są silnie 
uwodnione, żelatynują, wykazują słabą opalescencję i mały efekt Tyndala, itp. 

Dializa. Białka są olbrzymimi molekułami i jako takie nie d i al i zuj ą , tzn. nie wykazują zdolności 

do  dyfundowania  przez  błony  półprzepuszczalne.  Zjawisko  to  wykorzystuje  się  m.in.  do  odsalania 
roztworów  białek.  Wszystkie  związki  niskocząsteczkowe  (np.  jony,  sole,  mono-  i  disacharydy, 
aminokwasy, peptydy, itp.)  ulegają  dializie, tzn. dyfundują przez błonę  półprzepuszczalną woreczka 
dializacyjnego do otaczającego go roztworu, natomiast białko pozostaje wewnątrz woreczka. 

Elektroforeza.  Cząsteczki  białka  zawieszone  w  roztworze  wodnym  o  pH  różnym  od  ich  pI 

(punktu izoelektrycznego) posiadają ładunek elektryczny. Oczywiście, ładunek ten jest tym większy, 
im  większa  różnica  pomiędzy  pH  roztworu  a  pI.  Takie  białko  umieszczone  w  polu  elektrycznym 
zacznie wędrować w kierunku elektrody o przeciwnym znaku, z prędkością tym większą, im większy 
posiada ładunek. 

Punkty  izoelektryczne  białek  są  dość  zróżnicowane.  Istnieje  duże  prawdopodobieństwo,  że  w 

mieszaninie  białek  zawieszonych  w  buforze  o  jakimś  dobranym  pH,  część  cząsteczek  naładowana 
zostanie dodatnio, część ujemnie, a nadto znajdą się i takie, które nie będą miały ładunku. Jeżeli taką 
mieszaninę  umieści  się  w  polu  elektrycznym,  to  cząsteczki  białek  zaczną  wędrować  w  kierunku 
elektrod  o  przeciwnych  znakach  (oczywiście,  te  bez  ładunku  pozostaną  w  punkcie  startowym). 
Umożliwia to na skuteczne rozdzielenie mieszaniny białek. Ogólnie rozpowszechnionymi  metodami 
elektroforezy są elektroforeza bibułowa lub płytkowa cienkowarstwowa. 

Oczyszczanie białek. W obecnej dobie istnieje wiele metod pozwalających szybko i skutecznie wyizolować 

białko z mieszaniny różnych związków (w tym, innych białek) i oczyścić je do stanu homogenności (jednolitości). 
Metody te opisywane są w fachowej literaturze dotyczącej omawianego problemu. 

20

CH

2

CH
CH

2

O
O
O

CO-R

1

CO-R

2

CO-R

3

4. Tłuszczowce (lipidy) 

Do  grupy  związków  objętych  nazwą  tłuszczowce  lub  lipidy  zalicza  się  estry  wyższych  kwasów 

tłuszczowych  z  mono-  lub  wielowodorotlenowymi  alkoholami.  Są  one  nierozpuszczalne  w  wodzie. 
Dzieli się je na dwie podstawowe grupy: 

 lipidy proste, w skład których wchodzą wyłącznie alkohole i kwasy, 

 lipidy złożone, zawierające oprócz tych podstawowych składników inne związki. 

Lipidy proste dzieli się na: 

1) tłuszcze właściwe - estry kwasów tłuszczowych z glicerolem. 

Tłuszcze  właściwe,  zwane  w  skrócie  tłuszczami,  stanowią  substancje  zapasowe  żywych 

organizmów.  Są  szeroko  rozpowszechnione  w  świecie  roślinnym,  jak  i  zwierzęcym.  Pod 
względem budowy chemicznej stanowią mieszaninę estrów glicerolu z kwasami tłuszczowymi 

                                                   

gdzie: R-CO- reszta acylowa wyższego

kwasu tłuszczowego

ogólny wzór tłuszczów właściwych

Wszystkie  kwasy  tłuszczowe,  wchodzące  w  skład  tłuszczów  występujących  w  przyrodzie, 

poza nielicznymi wyjątkami, mają parzystą ilość atomów węgla 

(co jest zrozumiałe, biorąc pod 

uwagę sposób ich syntezy).

 W zależności od budowy chemicznej kwasy tłuszczowe dzieli się na 

2 grupy: 



kwasy tłuszczowe nasycone - nie zawierające wiązań podwójnych, 



kwasy tłuszczowe nienasycone - zawierające wiązania podwójne. 

W  przyrodzie  tłuszcze  występują  przeważnie  jako  glicerydy  mieszane,  o  różnym  składzie 

kwasowym, głównie zawierające trzy różne kwasy tłuszczowe.

Przykłady wyższych kwasów tłuszczowych:

C

15

H

31

 COOH kwas palmitynowy,

C

17

H

35

 COOH kwas stearynowy,

C

17

H

33

 COOH kwas olejowy (kwas nienasycony),

rycynolowy  (hydroksylowa  pochodna  kwasu  olejowego),  a  także  inne  wielonienasycone  linolowy, 

linolenowy, arachidonowy. 

Kwasy wielonienasycone występują szczególnie obficie w olejach roślinnych. Niektóre ssaki nie posiadają 

zdolności  syntetyzowania  tych  związków  i  w  takim  przypadku  stanowią  one  nieodzowny  składnik  ich 
pożywienia (tzw. związki egzogenne) i stąd noszą nazwę witaminy F.

2) woski - estry kwasów tłuszczowych z wyższymi alkoholami jednowodorotlenowymi, głównie 

alifatycznymi, np. 

C

30

H

61

-CO-O C

16

H

33

 melisynian cetylowy

Lipidy  złożone  również  dzielą  się  na  kilka  grup  w  zależności  od  dodatkowych  składników 

nietłuszczowych,  np.  fosfolipidy,  sfingomieliny,  glikolipidy,  itp.  Do  tłuszczowców  zalicza  się,  ze 
względu  na  niektóre  podobne  cechy,  również  sterydy,  które  są  estrami  kwasów  tłuszczowych  i 
jednowodorotlenowych wielkocząsteczkowych alkoholi pierścieniowych. 

Wśród  tłuszczowców  złożonych  na  uwagę  zasługują  fosfolipidy  (zwane  też  fosfatydami). 

Głównym reprezentantem tej grupy jest lecytyna (fosfatydylocholina). Zbudowana jest ona z glicerolu, 
którego dwie grupy wodorotlenowe zestryfikowane są kwasami tłuszczowymi, zaś trzecia - kwasem 
fosforowym połączonym z choliną. 

21

CH

2

CH
CH

2

O
O
O

CO
CO

R

1

R

2

P

O CH

2

CH

2

N(CH

3

)

3

+

lecytyna

R

1

- reszta kwasu tluszczowego nasyconego

R

2

- reszta kwasu tluszczowego nienasyconego

HO CH

2

CH

2

N(CH

3

)

3

+

cholina

Z  kolei  wśród  sterydów  na  uwagę  zasługuje  cholesterol,  występujący  niemal  we  wszystkich 

komórkach ludzkiego organizmu. Jego stężenie we krwi wynosi od 140 do 250 mg%. 

* * *

Bardziej szczegółowe informacje dotyczące dotychczas omówionych związków można znaleźć w 

wielu  popularnych,  łatwo  dostępnych  podręcznikach  (np.  z  zakresu  chemii  organicznej,  biochemii, 
itp.).

HO

cholesterol

P

umownie

oznacza fosforan