Technik_analityk_311[02]_Z2.01

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Komórka - podstawowy element morfologiczny i czynnościowy organizmu

4.1.1.

Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Znaczenie enzymów i kwasów nukleinowych

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Rola i znaczenie biologiczne węglowodanów, białek i lipidów

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Znaczenie badań bioanalitycznych w biochemii

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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, umoŜliwiający
samodzielne przygotowanie się do wykonywanych ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianu,

−

pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczenia,

−

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  Ŝywa  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  takŜe  opisuje  znaczenie  badań  bioanalitycznych  w  biochemii.  W  czasie  zajęć  nauczyciel
pomoŜe Ci przyswoić wiedzę a takŜe wskaŜe treści kluczowe w procesie Twojego kształcenia.

KaŜdy rozdział materiału nauczania określa wymagania, które są niezbędne do

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

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

utrwalić wiedzę. Ćwiczenia przedstawione w poradniku mają za zadanie umoŜliwić
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”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

przestrzegać przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej 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 uŜywek,

−

stosować obowiązujące jednostki układu SI,

−

sporządzać wykresy interpretować wyniki,

−

sporządzać roztwory o określonym stęŜeniu,

−

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”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

posłuŜyć 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 spoŜywczym,
biotechnologii i bioanalityce,

−

scharakteryzować waŜniejsze 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 Ŝywności, 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”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Komórka - podstawowy element morfologiczny
i czynnościowy organizmu

4.1.1.

Materiał nauczania

Wszystkie organizmy Ŝywe zbudowane są z komórek, których liczba jest

charakterystyczna  dla  danego  gatunku.  Rozmiary  komórek  i  ich  kształty  są  wyraźnie
zróŜnicowane tak w świecie roślinnym jak i zwierzęcym a róŜnorodność ta dotyczy takŜe 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  moŜemy
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 róŜnice w budowie komórek pozwala na

wyróŜnienie 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

równieŜ

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 odŜywcze

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”

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 ułoŜone są
równolegle do powierzchni komórki,

−

warstwa środkowa to fosfolipidy ułoŜone prostopadle do powierzchni komórki,

−

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

Błona o budowie opisanej powyŜej 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”

i błony  mitochondriów  (a  w  komórce  roślinnej  plastydów)  są  podwójnymi  błonami
elementarnymi.  Z  podobnego  schematu  budowy  nie  wynika  bynajmniej,  iŜ  wszystkie
cytomembrany  mają  jednakowe  właściwości,  poniewaŜ  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 złoŜony układ błon

i szczelin  w  cytoplazmie  zorganizowanych  w  taki  sposób,  aby  zaistniała  moŜliwość
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  zaleŜy  od
stanu  czynnościowego  komórki.  Siatka  śródplazmatyczna  szorstka  bierze  udział  w  procesie
biosyntezy  białka  w  komórce.  Przyjmuje  się,  Ŝe  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,

–

duŜych wakuoli.

Funkcja układu Golgiego wiąŜe 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  zaleŜy  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  pomnaŜania  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  Ŝyciowych,  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”

cytoplazmy błoną lizosomalną i trawiony materiał musi przedostać się do ich wnętrza. MoŜe
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.

RozróŜniamy 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  zaangaŜowane  uprzednio.  Ze  względu  na  rodzaj  trawionego  materiału
wyróŜniamy  fagosomy  czyli  lizosomy  trawiące  materiał  egzogenny,  oraz  cytolizosomy  lub
autolizosomy trawiące materiał endogenny.

Centrum komórkowe (centrosom) – występuje w większości komórek przewaŜnie

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

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

w komórkach Ŝywych. 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  równieŜ  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 Ŝółtkowych, 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  zróŜnicowania.
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 takŜe migawki rzęski i witki.

Twory paraplazmatyczne – zaliczamy do nich ziarenka wydzieliny i endogenne ziarenka

barwnika,  Ziarenka  wydzieliny  mają  róŜny  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  duŜego  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 zuŜycia pojawiają się w starzejących się komórkach,

−

barwniki siatkówki oka – fuscyna i rodopsyna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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 moŜe przez pewien

czas Ŝyć, lecz z powodu zahamowania metabolizmu wkrótce ginie. Jądro w Ŝywej 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  teŜ  przez  zlanie  się  kilku  komórek  w  jedną  całość  (zespójnia  lub
syncytium).  Kształt  jądra  jest  z  reguły  dostosowany  do  wymiaru  i  kształtu  komórki, stąd teŜ
moŜe  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  równieŜ  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, róŜnica

sprowadza się do tego, Ŝe spolaryzowana jest dodatnio, co powoduje, Ŝe w razie uszkodzenia
regeneruje  powoli  lub  wcale.  Błona  jądrowa  jest  podwójna  i  jej  zewnętrzna  powierzchnia
pokryta  moŜe  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 takŜe z RNA i białek niehistonowych.

WyróŜniamy 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 męŜczyzn XY.

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

z reguły  kulisty  lub  owalny, a jago wielkość zaleŜna jest od stanu czynnościowego komórki.
Zwiększa  się  w  komórkach  o  wzmoŜonej  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  Ŝadnej  błony  odgraniczającej  je  od  karioplazmy.  Jest  ono  miejscem  syntezy  rRNA
i tRNA w komórce.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 1. Porównanie budowy komórki prokariotycznej, zwierzęcej i roślinnej

Prokaryota

Komórka zwierzęca

Komórka roślinna

Błona komórkowa

występuje

Jądro komórkowe

brak

występuje

Rybosomy

występuje

Retikulum

brak

występuje

Aparat Golgiego

brak

występuje

Lizosomy

brak

występuje

brak

Wodniczki

brak

występuje

Mitochondrium

brak

występuje

Plastydy

brak

występuje

Peroksysomy

brak

występuje

Analizując budowę komórki roślinnej napotykać moŜna 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 takŜe 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 róŜnorodne 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

, H

Produkty

, H

Glukoza, tlen

ródło ATP

Fosforylacja oksydacyjna

Fosforylacja fotosyntetyczna

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

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

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

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

KaŜda 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”

Pirogronian + NADH + H

→ Mleczan + NAD

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

+ 6 O

→6 CO

+ 6 H

O + 288 kcal (38 ATP)

Związkiem w którym komórki magazynują energię jest adenozynotrójfosforan (ATP),
zawierający trzy reszty kwasu fosforowego. Powstaje on w reakcji fosforylacji. WyróŜniamy
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. NaleŜą do nich światło,
słoneczne, CO

oraz temperatura. MoŜemy ją podzielić na dwie fazy:

−

jasną, której przebieg zaleŜy 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 niezaleŜna od światła a zachodzi w niej przyswajanie CO

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.

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

Jaka jest zasadnicza róŜnica pomiędzy komórką prokariotyczną a komórką eukariotyczną?

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

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

Jak nazywa się produkt glikolizy przebiegającej bez udziału tlenu?

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

Na jakie dwie fazy moŜemy podzielić fotosyntezę?

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

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:

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

acetonu, który został

wstępnie ochłodzony do 0°C w lodowce,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

przesączyć tak otrzymany roztwór przez lejek Schotta G-2,

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

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

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

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

zastosować 80% wodny roztwór acetonu jako odnośnik,

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

= 12,7 A

663

– 2,7 A

645

Zawartość chlorofilu b

= 22,9 A

645

– 4,7 A

663

Zawartość chlorofilu a + b

+ C

= 20,2 A

645

+ 8,0 A

663

= A

652

podać wyniki zawartości chlorofilów w [mg/dm

] roztworu.

WyposaŜenie 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:

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

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

chronić przed światłem otrzymany ekstrakt,

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,

wysuszyć pasek bibuły po naniesieniu kaŜdej kropli,

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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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

wyjąć po 30 minutach chromatogram,

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.

WyposaŜenie 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

wymienić cztery organelle komórkowe?

⁪

opisać jak zbudowany jest odpowiednik jądra u prokariontów?

⁪

określić co to są permeazy?

⁪

opisać budowę błony wewnętrznej mitochndrium?

⁪

podać trzy przykłady tworów paraplazmatycznych?

⁪

wymienić rodzaje chromatyny i określić ich aktywność?

⁪

podać cztery przykłady barwników występujących w chromatoforach?

⁪

wymienić róŜnice pomiędzy komórką roślinna a zwierzęcą?

⁪

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.

Znaczenie enzymów i kwasów nukleinowych

4.2.1. Materiał nauczania

Reakcje biochemiczne zachodzące w organizmach Ŝywych 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,  iŜ  ich  przebieg  jest  sprawniejszy  a  szybkość  większa.
Bardzo istotną cechą enzymów ujawniającą się w czasie przebiegu katalizowanej reakcji jest
fakt,  iŜ  się  w  niej  nie  zuŜywają.  Dla  właściwego  i  efektywnego  przebiegu  reakcji  konieczne
jest zaistnienie odpowiednich warunków takich jak temperatura, pH oraz stęŜenie reagujących
ze sobą substancji. Ze względu na rodzaj reakcji jaką katalizują enzymu moŜemy podzielić na
6 klas.

Tabela 3. Główne klasy enzymów.

Klasa główna enzymów

WaŜniejsze 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 złoŜone substancje białkowe, których ogólna budowa chemiczna wskazuje

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

KOENZYM + APOENZYM = HOLOENZYM

KaŜda 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”

dzięki  koenzymom  moŜliwa  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.  KaŜdy  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, Ŝe zarówno stęŜenie substratu, temperatura jak i pH środowiska oraz
obecność aktywatorów i inhibitorów znajduje się na odpowiednim poziomie, czynnikiem
mającym wpływ na szybkość przebiegającej reakcji jest stęŜenie 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 zbliŜanie się substratów do siebie,

−

deformowanie się cząsteczek substratów,

−

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

komórki czy zewnątrz komórkowo jej kinetyka zaleŜy od róŜnych czynników. NajwaŜniejsze
z  nich  to  stęŜenie  substratu  oraz  stęŜenie  enzymu.  Zjawisko  to  opisuje  teoria  Michaelisa-
Mentena,  która  mówi,  Ŝe  miarą  powinowactwa  enzymu  do  substratu  jest  stała  Michaelisa
wyraŜająca  takie  stęŜenie  substratu  dla  którego  prędkość  reakcji  jest  równa  połowie
maksymalnej prędkości reakcji.

Teoria ta wyraŜa się następującym wzorem:

E + S ↔ ES → E + P

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

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

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

badaniach

biochemicznych

szczególności

biotechnologicznych,

mikrobiologicznych  oraz  inŜynierii  chemicznej  wykorzystuje  się  zjawisko  immobilizacji
enzymów.  Polega  ono  na  swoistym  unieruchomieniu  cząsteczek  enzymów  bądź  poprzez
osadzanie  na  powierzchni  nośnika  lub  teŜ  w  jego  wnętrzu.  Zjawisko  to  przeprowadza  się
metodami chemicznymi a korzyści z niego płynące polegają głównie na otrzymaniu wyŜszego
stęŜenia biokatalizatora jakim jest enzym oraz na moŜliwości 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,  Ŝe  kaŜdy  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  takŜe  enzymów  z  racji  ich  budowy  chemicznej.  RóŜnice

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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

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

enzymatycznej [1, s. 92]

StęŜenie jonów wodorowych jest czynnikiem niezwykle waŜnym dla osiągnięcia

optimum  aktywności  danego  enzymu.  KaŜdy  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 moŜe 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 takŜe 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 naleŜący 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”

Tabela 4. Budowa kwasu DNA i RNA występujących w komórkach Ŝywych [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 duŜa 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,  Ŝe  adenina  zawsze  łączy  się  z  tyminą  podwójnym
mostkiem  wodorowym,  natomiast  cytozyna  z  guaniną  mostkiem  potrójnym.  Model  budowy
DNA  zakłada,  Ŝe  dwa  łańcuchy  polinuleotydowe  wiąŜą  się  ze  sobą  za  pomocą  wiązań
występujących  pomiędzy  dwiema  zasadami.  Reguluje  to  zasada  komplementarności,  która
mówi nam, Ŝe adenina zawsze łączy się z tyminą dwoma wiązaniami wodorowymi, natomiast
cytozyna zawsze wiąŜe się z guaniną trzema wiązaniami wodorowymi.

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

w której pary zasad ułoŜone 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 moŜe zostać zsyntetyzowany.

Kwas dezoksyrybonukleinowy odgrywa poza tym niebagatelną rolę w niezwykle waŜnym

procesie biochemicznym zachodzącym w komórce Ŝywej a mianowicie w procesie biosyntezy
białka.  W  związku  z  tym,  Ŝe  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 moŜna 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”

4.2.2.

Pytania sprawdzające

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

Co rozumiesz pod pojęciem klasy enzymów i jakie klasy znasz?

Jaki jest mechanizm działania enzymów?

Jakie czynniki, wpływają na aktywność enzymów?

Na czym polega zjawisko immobilizowania enzymów?

Jakie czynniki mogą przyspieszać lub zwalniać reakcje enzymatyczne?

Jakie znasz rodzaje kwasów nukleinowych?

Jaka jest budowa strukturalna DNA?

Jakie są funkcje trzech rodzajów kwasu RNA?

Jak jest zbudowany nukleotyd?

4.2.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oznacz wpływ temperatury na aktywność amylazy ślinowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

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

rozcieńczyć ją czterokrotnie i przesączyć przez watę,

przygotować cztery próbówki w celu określenia stęŜenia amylazy ślinowej,

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

roztworu śliny a następnie dopełnić wodą

destylowaną do 2 cm

dodać do kaŜdej z nich 2 cm

buforu o pH = 6,6,

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

dodać do kaŜdej z nich 2 cm

kleiku ogrzanego do tej samej temperatury,

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

dodać 0,5 cm

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

jodu w jodku potasu,

13)

równolegle przygotować mieszaniny 2 cm

kleiku i 2 cm

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

16)

rozpocząć pomiar czasu i co minutę dodawać 0,2 cm

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 zaleŜności
szybkości od temperatury,

19)

wskazać temperaturę optymalną dla amylazy ślinowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

probówki,

−

zestaw do sączenia,

−

lejek,

−

zlewki,

−

łaźnia wodna,

−

pipety o róŜnej pojemności,

−

tryskawka,

−

odczynniki:
-

1% roztwór kleiku skrobiowego,

0,02 mol/dm

roztwór jodu w jodku potasu,

amylaza ślinowa,

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

0,2 mol/dm

roztworu fosforanu dwusodowego z 5,45 cm

0,1 mol/dm

roztworu kwasu

cytrynowego).

Ćwiczenie 2

Wykryj obecność enzymów z grupy oksydaz w ziemniaku.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

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

włoŜyć do woreczka płóciennego miazgę ziemniaczaną,

zanurzyć w zlewce z około 200 cm

wody,

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

odczekać, aŜ skrobia opadnie na dno,

zdekantować supernatant i przesączyć,

dodać kilka kropel toluenu do przesaczu,

wlać do 2 probówek po 5 cm

wyciągu ziemniaczanego,

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.

WyposaŜenie 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”

4.2.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać definicję biokatalizatora wraz z przykładami?

⁪

określić do jakiej klasy enzymów naleŜą hydrolazy?

⁪

wyjaśnić pojęcie apoenzymu, koenzymu i holoenzymu ?

⁪

wymienić czynniki, które wpływają na szybkość reakcji enzymatycznej?

⁪

określić co opisuje równanie Michaelisa?

⁪

podać z jakich części składa się typowy nukleotyd?

⁪

opisać budowę przestrzenną DNA?

⁪

określić na czym polega zjawisko komplementarności?

⁪

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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 umoŜliwia 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 złoŜone, proteidy, które zbudowane są z aminokwasów połączonych z grupą
prostetyczną, którą mogą być cząsteczki cukrów, lipidów, a takŜe niektóre metale.
Wśród białek złoŜonych wyróŜnić moŜna 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

)

oraz karboksylową (-COOH), występują zazwyczaj w postaci jonu obojnaczego, rzadziej jako
anion lub kation. Jest to zaleŜne to od pH środowiska w którym występują. Zjawisko takie
wskazuje na amfoteryczny charakter aminokwasów i białek. W przyrodzie napotkać je moŜna
w liczbie 20, zaś ze względu na to czy organizm moŜe 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”

−

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,
umoŜliwiający 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 stęŜonych kwasów, zasad i rozpuszczalników
organicznych.

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

moŜna następujący podział:
1)

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

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

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

globuliny białka bardzo słabo lub praktycznie nierozpuszczalne w H

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 moŜna podzielić na ketozy - przykładem jest
fruktoza lub aldozy przykładem jest glukoza. Są to dwa najczęściej występujące cukry proste
zwane takŜe 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”

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 odŜywczy

Disacharydy

laktoza

glukoza + galaktoza,
materiał odŜywczy

oligosacharydy

rafinoza

materiał odŜywczy

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  teŜ  mówi  się  o  nich,  Ŝe  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  róŜne
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
zaangaŜowanym  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 powyŜej oprócz cukrów prostych znajdują się takŜe oligosacharydy

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

Skrobia jest niezwykle duŜą 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 spoŜywają 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”

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

Występuje ona w nim w postaci długich rozgałęzionych łańcuchów. Gdy nasz organizm
zmuszony jest do podwyŜszenia 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  zróŜnicowaną  a  jest  to związane z obecnością
w cząsteczce lipidów złoŜonych innych związków chemicznych. Tak powstają fosfolipidy czy
glikolipidy. Dlatego teŜ wprowadzono podział uwzględniający tą róŜnorodność:

−

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

−

tłuszcze złoŜone 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 niŜszą temperaturą topnienia.
Znaczenie tłuszczów w organizmie człowieka nie sprowadza się tylko do traktowania ich

jako źródła energii. Lipidy obecne są w błonie komórkowej kaŜdej 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 złoŜonych niezwykle liczną i waŜną 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 naleŜy 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.

Jakie funkcje pełnią białka w komórce?

Co to są histony i jaka jest ich funkcja?

Jak nazywają się monomery białek i jakie grupy funkcyjne posiadają?

Co to są aminokwasy egzogenne?

Co to jest denaturacja i co ją wywołuje?

Jakie węglowodany zaliczamy do monosacharydów?

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

Jakie znaczenie dla organizmu mają fosfolipidy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oznacz średnią masę cząsteczkową kwasów tłuszczowych w tłuszczach. Określ liczbę

zmydlania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

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

dodać do obu kolb po 20 cm

alkoholowego roztworu KOH o stęŜeniu 0,5 mol/dm

i zatkać korkiem,

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

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

pobrać z kolby miarowej 20 cm

roztworu i przenieść do zlewek,

miareczkować roztworem HCl wobec fenoloftaleiny,

obliczyć ilość mmoli KOH w 20 cm

alkoholowego roztworu, na podstawie ilości HCl

uŜytego do miareczkowania próby ślepej,

obliczyć ilość mmoli KOH pozostającego po zhydrolizowaniu całej ilości tłuszczu,

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

10)

obliczyć liczbę zmydlania, czyli ilość KOH zuŜytą 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, Ŝe w reszcie kwasowej moŜe
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.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

kolby stoŜkowe 2 sztuki o pojemności 100 cm

−

łaźnia wodna,

−

chłodnica powietrzna 2 sztuki,

−

kolby miarowe o pojemności 100 cm

2 sztuki,

−

biureta szklana,

−

kalkulator elektroniczny,

−

odczynniki:

tłuszcz,

alkoholowy roztwór KOH o stęŜeniu 0,5 mol/dm

alkohol etylowy,

roztwór HCl o stęŜeniu 0,1 mol/ dm

0,1% alkoholowy roztwór fenoloftaleiny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Porównaj właściwości skrobi nierozłoŜonej i produktów jej hydrolizy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

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

zimnej wody,

umieścić w zlewce około 75 cm

wody i zagotować,

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

dodać 4 cm

stęŜonego HCl do 25 cm

2% kleiku skrobiowego (roztwór A),

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

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

dodać 5% roztwór CH

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

sposób otrzymać zobojętniony hydrolizat skrobi (roztwór B),

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

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

roztwór moŜe przyjmować zabarwienie od pomarańczowego do zielonego,

wykonać próbę jodową uŜywając 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.

WyposaŜenie 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 stęŜony,

30% roztwór NaOH,

5% roztwór CH

COOH,

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

gorącej wodzie,

następnie przesącz roztwór a do przesączu dodaj 100 cm

17,3% roztworu

CuSO

·5 H

O, uzupełnij wodą do 100 cm

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

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać róŜnicę pomiędzy budową dipeptydu, oligopeptydu i polipeptydu? ⁪

⁪

określić postać chemiczną występowania aminokwasów w organizmie?

⁪

wyjaśnić róŜnicę pomiędzy budową protein i proteidów?

⁪

wymienić czynniki pod wpływem których zachodzi denaturacja?

⁪

określić do jakiej grupy białek zaliczamy przeciwciała?

⁪

podać co to jest węgiel asymetryczny w cząsteczce węglowodanów?

⁪

opisać budowę skrobi?

⁪

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

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 takŜe 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  takŜe
w ochronie  środowiska  czujników  biologicznych  nazywanych  takŜe  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  duŜe
zastosowanie  w  sytuacji  gdy  oznaczenia  muszą  być  wykonane  niezwykle  szybko  lub  gdy
pomiary  muszą  być  systematycznie  monitorowane.  Najczęściej  biosensory  są  stosowane
w przemyśle  spoŜywczym,  ochronie  środowiska  oraz  w  kontroli  biotechnologicznej.
W przemyśle  spoŜywczym  najczęściej  za  pomocą  biosensorów  oznaczać  moŜna
węglowodany,  głównie  glukozę  z  uŜyciem  specjalnej  elektrody  glukozowej.  Ponadto
biosensory  znalazły  zastosowanie  w  monitorowaniu  terapii  chorych  na  cukrzycę.
Toksykologia  i  szeroko  pojęta  ochrona  środowiska  takŜe  stwarza  moŜliwości  zastosowania
biosensorów.  Mogą  być  one  uŜywane  do  wykrywania  i  identyfikowania  substancji
toksycznych  w  środowisku  naturalnym.  Biosensory  są  cennym  narzędziem  w  rękach
biotechnologa  głównie  ze  względu  na  duŜą  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.  JeŜeli  analityk  ma  do  czynienia  z  materiałem  biologicznym  powinien
niejako z urzędu potraktować go jako materiał zakaźny. WiąŜe się z tym bardzo rygorystyczne
przestrzeganie kilku zasad bhp pracy w laboratorium:

−

uŜywanie najczęściej jak tylko to moŜliwe sprzętu jednorazowego,

−

częste mycie rąk,

−

uŜywanie 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 duŜo 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, stęŜeń np. glukozy, niektórych lipidów
i hormonów czy produktów przemian azotowych.

Kolejnym często uŜywanym 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”

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  waŜną  informacją
diagnostyczną.  NaleŜą  do  nich  między  innymi  glukoza,  białka  oraz  niektóre  krwinki
np. erytrocyty.

Materiał biologiczny pobrany od pacjenta powinien być traktowany jako potencjalnie

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

Krew pobiera się jako krew Ŝylną najczęściej z Ŝyły łokciowej, oraz jako krew

włośniczkową z opuszka palca. Krwi pełnej uŜywa się głównie do badań morfologicznych lub
cytomorfologicznych a takŜe 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  moŜe
zaburzać  wyniki  niektórych  analiz,  dlatego  teŜ  dobór  czynnika  zapobiegającego  krzepnięciu
jest bardzo waŜny.

Na ostateczny wynik wpływ moŜe mieć takŜe przechowywanie materiału do badań. JeŜeli

materiał  wymaga  długotrwałego  przechowywania  najlepszym  wyjściem  jest  zamroŜenie  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 takŜe jest zamraŜanie jej.

Istnieje wiele moŜliwości popełnienia błędów w pracy analityka klinicznego. NaleŜą do

nich:

−

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

o istniejących chorobach,

−

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

z substancjami uŜytymi w trakcie diagnostyki,

−

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

dobrany środek przeciwkrzepliwy,

−

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

transport,

−

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

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

−

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.

Jakie jest znaczenie badań klinicznych w biochemii?

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

Jakie jest zastosowanie biosensorów w badaniach biochemicznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Na co naleŜy zwrócić szczególną uwagę podczas pracy w laboratorium?

Jakie są przyczyny zakaźności materiału biologicznego?

Jak prawidłowo pobiera się krew do badań klinicznych?

Jakie są zasady prawidłowego przechowywania materiału biologicznego do badań?

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:

określić na czym polega specyfika pracy w laboratorium klinicznym,

ustalić harmonogram pracy w laboratorium ze szczególnym uwzględnieniem
poszczególnych stanowisk,

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  takŜe
punkt wydawania wyników badań,

określić optymalne metody badań uwzględniające zakres pracy laboratorium,

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

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

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

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

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

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.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

literatura źródłowa,

−

arkusze papieru pakowego,

−

kolorowe pisaki,

−

magnesy,

−

tablica do prezentacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Scharakteryzuj i oceń źródła błędów w pracy laboratorium klinicznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

wskazać źródła błędów w diagnostyce klinicznej,

wybrać miejsca najczęściej popełnianych błędów w diagnostyce klinicznej,

sklasyfikować błędy uwzględniając najbardziej moŜliwe 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,

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

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

opracować projekt zapobiegania ewentualnym źródłom błędów.

WyposaŜenie 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:

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

zebrać informację na temat metody oksydazowej korzystając z literatury źródłowej,

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

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,

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

przedstawić wnioski w formie opisowej lub graficznej.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

literatura źródłowa,

−

wynik badania glukozy,

−

wartości prawidłowe do uŜytej metody,

−

kalkulator elektroniczny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać róŜnicę pomiędzy krwią Ŝylną a włośniczkową?

⁪

określić rolę biosensorów w dzisiejszej analityce klinicznej?

⁪

wymienić znane Ci przykłady substancji przeciwkrzepliwych?

⁪

wymienić zadania i obowiązki technika analityka?

⁪

określić do jakich badań uŜywana jest krew pełna?

⁪

wymienić błędy powstające przy pobieraniu materiału do badań?

⁪

opisać wpływ leków na wyniki badań diagnostycznych?

⁪

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Na rozwiązanie testu masz 45 minut

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi stawiając znak x.

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

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

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

Pamiętaj, Ŝe twoja odpowiedź powinna być samodzielna.

10.

Do zadań, które sprawiają ci szczególną trudność wróć później.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Komórki w organizmach Ŝywych mogą przyjmować kształty

tylko kuliste, owalne i wieloboczne.

tylko wieloboczne, wrzecionowate i gwiaździste.

tylko kuliste, wieloboczne i gwiaździste.

kuliste, owalne, wieloboczne, wrzecionowate, gwiaździste.

Specjalne transportery przenoszące przez błonę komórkową substancje odŜywcze to
a)

mezosomy.

permeazy.

tylakoidy.

fagosomy.

Siatkę śródplazmatyczną szorstką nazywamy
a)

hialoplazmą.

ergastoplazmą.

karioplazmą.

cytoplazmą.

Tonofibryle, miofibryle i neurofibryle zaliczane są do
a)

tworów paraplazmatycznych.

tworów metaplazmatycznych.

tworów euplazmatycznych.

tworów deutoplazmatycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wybierz grupę barwników zawierających pierścień pirolowy
a)

lipofuscyny i melanina.

hemosyderyna i bilirubina.

melanina i fuscyna.

rodopsyna i melanina.

Plastydy zawierające chromatofor zwany chlorofilem nazywamy
a)

feoplastami.

chromoplastami.

rodoplastami.

chloroplastami.

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

ółtozieloną.

czerwoną.

niebieską.

niebieskozieloną.

Enzymy katalizujące reakcje oksydoredukcyjne zaliczane są do klasy
a)

transferaz.

oksydoreduktaz.

hydrolaz.

ligaz.

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

glikogen.

skrobia.

glukoza.

fruktoza.

10.

Część niebiałkową enzymu nazywamy
a)

holoenzymem.

apoenzymem.

koenzymem.

enzymem właściwym.

11.

Szybkość reakcji enzymatycznej zaleŜy bezpośrednio od
a)

tylko stęŜenia substratu.

tylko temperatury.

tylko pH.

stęŜenia substratu, temperatury, pH.

12.

W skład kwasu DNA wchodzą
a)

adenina i uracyl.

guanina i uracyl.

adenina i cytozyna.

tymina i uracyl.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13.

Kompleks aminoacylo-tRNA wraz a aminokwasami tworzy
a)

mRNA.

tRNA.

rRNA.

RNA.

14.

Znaczącą zaletą biosensorów jest
a)

tylko duŜa szybkość pomiaru.

tylko moŜliwość wykorzystania w biomonitoringu.

tylko selektywność.

duŜa szybkość pomiaru, moŜliwość wykorzystania w biomonitoringu, selektywność.

15.

Połączenie dwóch aminokwasów za pomocą wiązania peptydowego nazywamy
a)

oligopeptydem.

białkiem.

dipeptydem.

polipeptydem.

16.

Do grupy aminokwasów egzogennych dostarczanych wraz z dietą zaliczamy
a)

argininę i glutaminę.

lizynę i metioninę.

glicynę i tyrozynę.

kwas asparaginowy i kwas glutaminowy.

17.

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

tylko promieniowania jonizującego.

tylko wysokiej temperatury.

tylko stęŜonych kwasów.

promieniowania jonizującego, wysokiej temperatury, stęŜonych kwasów.

18.

Glukoza jest
a)

ketotetrozą.

ketoheksozą.

aldopentozą.

aldoheksozą.

19.

W organizmach zwierzęcych cukrem zapasowym jest
a)

skrobia.

glikogen.

celuloza.

sacharoza.

20.

Synteza fosfolipidów odbywa się przy współudziale
a)

glicerolu i kwasu siarkowego.

glicerolu i kwasu fosforowego.

glikolu i kwasu siarkowego.

glikolu i kwasu fosforowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

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

Wykonywanie badań biochemicznych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

LITERATURA

Kączkowski J.: Podstawy biochemii. WNT, Warszawa 1999

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

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

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

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

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

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

Stryer L.: Biochemia. PWN, Warszawa 1986

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