background image

Chemia Bionieorganiczna

• Przedmiotem badań chemii bionieorganicznej są 

pierwiastki nieorganiczne występujące w 
układach biologicznych oraz wprowadzanych do 
tych układów metali jako sondy i leków.

• W układach biologicznych metale występują 

zwykle jako naturalne składniki białek.

• Metaloproteiny wykazujące działanie katalityczne 

nazywamy metaloenzymami.

• Toksyczne działanie pierwiastków.
• Rola pierwiastków w żywieniu.
• Transport i magazynowanie metali

background image
background image

Biologiczne funkcje wybranych 

metali

background image

A M I N O K W A S Y

Aminokwasy są podstawową jednostką strukturalną : peptydów ( do 100 aa ) i białek ( >100 aa ).
Budowa  aminokwasów:
- Centralnie  ułożony  jest  Cα
-  Kowalencyjnie  związane  są  z  węglem  α  grupa  COOH , grupa  NH

, atom H  oraz  charakte-

rystyczna  dla  aminokwasów  grupa  R  stanowiąca  łańcuch  boczny  aminokwasów.
-  Tetraedrycznie  ułożone  4  różne  podstawniki  wokół  węgla  α  nadają  aminokwasom  charakter
związków  optycznie  czynnych. C α   jest  węglem  chiralnym - daje   izomery  optyczne  L  i  D.
  

Białka  zbudowane  są  wyłącznie  z  L  aminokwasów !!

Wyjątek - GLICYNA - bo  nie  posiada  węgla  chiralnego
Wyjątek - THREONINA  i  IZOLEUCYNA - 2  węgle  asymetryczne , 2  centra  chiralne
C α   jest  asymetryczny  co  powoduje, że  aminokwasy  są  optycznie  czynne  a  więc  skręcają
płaszczyznę  światła  spolaryzowanego.

Jest  20  podstawowych  aminokwasów  budujących  białka. Różnią  się  one  między  sobą :
-  wielkością  cząsteczki
-  kształtem
-  ładunkiem  elektrycznym
-  zdolnością  do  tworzenia  wiązań  wodorowych
-  reaktywnością  chemiczną

background image

               Podział  aminokwasów

1

.  

W   zależności   od   budowy   łańcucha   bocznego   aminokwasu :

    -  aa  z  alifatycznym  łańcuchem  bocznym : Gly , Ala , Val , Leu , Ile
    -  aa  z  łańcuchem  bocznym  zawierającym  grupę  hydroksylową : Ser , Thr , Tyr
    -  aa  z  łańcuchem  bocznym  zawierającym  atom  siarki : Cys , Met 
    -  aa  z  łańcuchem  bocznym  zawierającym  grupy  kwaśne  lub  ich  amidy : Asp , Asn , Gln , Glu
    -  aa  z  łańcuchem  bocznym  zawierającym  grupy  zasadowe : Arg , Lys , His
    -  aa  z łańcuchem  bocznym  zawierającym  pierścień  aromatyczny : His , Tyr , Phe , Trp
    -  iminokwas : Pro 

     

 2.  

W   zależności   od   właściwości   łańcucha   bocznego :

     -  łańcuch  boczny  niepolarny  ( hydrofobowy ): Ala , Val , Leu , Pro , Ile , Met , Trp , Phe
     -  łańcuch  boczny  polarny , aa  obojętne : Gly , Ser , Gln , Asn , Thr , Tyr , Cys
     -  łańcuch  boczny  polarny , aa  kwaśne ( w pH=7  łańcuch  boczny  ma ładunek  ujemny ) :
                                                                                 aa  monoaminodikarboksylowe :  Asp , Glu
     -  łańcuch  boczny  polarny , aa  zasadowe ( w pH=7  łańcuch  boczny  ma ładunek  dodatni ) :
                                                                                aa  diaminomonokarboksylowe :  His , Lys , Arg

background image
background image
background image

Cystyna

background image
background image
background image
background image

3.  

Podział   pod   względem   polarności  :

     -  aa  niepolarne ( hydrofobowe - awersja  do  wody , skłonność  do  grupowania  się

 - 

bardzo

        ważna  cecha  slużąca  stabilizacji  struktury  bialka  zbudowanego  z  aa  o  przeważającym
        hydrofobowym  charakterze

 ) :   

Ala , Val , Leu , Ile , Met , Phe , Trp , Pro

     

-  

aa  polarne

  :  

Gly , Asp , Asn , Glu , Gln , Arg , Lys , His , Cys , Ser , Thr , Tyr

4.

  

Podział   pod   względem   pochodzenia

  :

     

-  

aa  egzogenne ( aa NIEZBĘDNE - dostarczane  tylko  z  pokarmem, organizm  nie  potrafi  ich

        syntetyzować) :

 

 

Arg , His - tylko  u  dzieci !!

                                   Val , Leu , Ile , Lys , Thr , Met , Phe , Trp

   

  -  

aa  endogenne ( aa NIENIEZBĘDNE - syntetyzowane  przez  organizm):

 

Ala , Gly , Asp , Asn ,

                                    Glu , Gln , Cys , Pro , Ser , Tyr  oraz  hydroksyprolina  i  hydroksylizyna

background image

Właściwości  chemiczne  aminokwasów

1.  Zmiana  stanu  jonizacji  aa  w  zależności  od  pH

R

C

NH

3

H

COOH

R

C

NH

3

H

COO-

R

C

NH

2

H

COO-

+

+

pH = 1

pH = 7

pH = 11

Forma  przeważająca                 jon  obojnaczy                forma  przeważająca
                                                   jon  dwubiegunowy

Równoczesna  obecność  w  cząsteczkach  aa  grup  - COOH  i  - NH

2   

sprawia , że  aa  są  
związkami  amfoterycznymi , których  charakter  uzależniony  jest  od  
stężenia  jonów  H

+  

w  roztworze.  W  roztworze  wodnym  aa  tylko  w  

znikomej  ilości  ( 0,1% )  występują  jako  cząsteczki  elektrycznie  
nienaładowane , w  ogromnej  większości  są  jonami. Jony  w  
zależności  od  oddziaływania  środowiska  mogą  mieć  charakter  
kwaśny  lub  zasadowy.
W  środowisku  kwaśnym  aa  przyłącza  H

 stając  się  kationem,  w  

polu  elektrycznym  wędruje  do  katody  i  zachowuje  się  jak  kwas  
bo  grupa  - COOH  i  NH

3

+

 mogą  oddysocjować  proton. W  

środowisku  zasadowym  aa  oddysocjowuje  H

i  staje  się  anionem , 

w polu  elektrycznym  wędruje  do  anody  i  zachowuje  się  jak  zasada 
 bo  grupa 
- COO

 i  NH

 może  przyjmować  proton.

background image

Należy  pamiętać , że  w  przypadku  Asp , Glu , Lys , His , Arg , Tyr , Cys  jonizacji  ulega  również
łańcuch  boczny  aa.
Jon  obojnaczy  jest  amfoteryczny  ponieważ  może  zarówno  przyłączyć  proton  do  grupy - COO 

jak  i  go  oddysocjować  od  grupy  NH

.

Cząsteczka  takiego  jonu  obojnaczego  zachowuje  się  tak  jak  gdyby  nie była  naładowana , a  więc
nie  wędruje  w  polu  elektrycznym  gdyż  sumaryczny  ładunek  takiej  cząsteczki  jest  równy  zero.

2/.  pH , w  którym  cząsteczka  aa  występuje  w  postaci  jonu  obojnaczego   ( sumaryczny  ładunek  
cząsteczki = 0 )  nosi  nazwę  PUNKTU  IZOELEKTRYCZNEGO   pI
Każdy  aa  ma  charakterystyczny  dla  siebie  pI  np. :
                                        - alanina =  6,02
                                        - lizyna = 9,7
                                        - arginina = 10,8
                                        - kwas  asparaginowy = 2,98
W  przypadku  aa ( tylko aa )  pI jest  równy  punktowi  izojonowemu  tj  takiemu  pH , przy  którym
cząsteczka  ma  jednakową  liczbe  protonów  uwolnionych  z  grupy - COOH  i  protonów
związanych  z  grupą - NH

 2 

.

3/.  Aa  mają  właściwości  buforowe

4/.  Reakcje  jakim  ulegają  aa : 

      a)  reakcje  polimeryzacji :  aa  +  aa  < <-  ->>  dipeptyd  +  H

2

O

background image

Wiązanie  peptydowe ,  ( zaznaczono  kolorem  czerwonym ) jest  wiązaniem  
kowalencyjnym

b)  Tworzenie  kompleksów  chelatowych  z  jonami  metali  ciężkich  np.  Cu

2+ 

 ,  

Ni

2+

 

  

background image

P E P T Y D Y

  

-  Są  związkami  złożonymi  z  2  lub  więcej  aa  ( do 100 aa )  połączonymi  wiązaniami  peptydowymi

     tworząc  łańcuch  peptydowy.
  -  Aa  w  łańcuchu  peptydowym  nazywamy  resztami  aminokwasowymi.
  -  Wiązanie  peptydowe :
  

 d i p e p t y 

Wiązanie  amidowe  jest  wiązaniem  sztywnym. Brak  jest  rotacji  wzdłuż  wiązania 
 peptydowego  gdyż
wiązanie  to  wykazuje  częściowo  charakter  wiązania  podwójnego.

Możliwość  rotacji  wzdłuż  wiązania  Cα - C

karboksylowy

  i  N - Cα .

Wiązanie  peptydowe  jest  częściowo  spolaryzowane  N

δ+

- C

δ-

Atom  H  rupy  -NH-  jest  zawsze  w  pozycji  trans  w stosunku  do  atomu  O  
grupy  =C=O  ( jest  to
korzystne  energetycznie ).

background image

 

Nomenklatura   peptydów :                                                                                                                             

                                            - dipeptyd
                                            - tripeptyd
                                            - tetrapeptyd
                                            - oktapeptyd  itd..
2 - 10  aa  to  oligopeptydy
do  100  aa - polipeptydy
> 100  aa - makropeptydy  ( białka )

Nomenklatura  peptydów  polega  na  podaniu  kolejności  reszt  aa  wchodzących  w  skład  peptydu  lub
białka  ( sekwencji  w  łańcuchu )  od  N  końca  do C  końca.
  N - koniec - to ten  gdzie  występuje  reszta  aa  z  wolną  grupą  -NH

 - początek  łańcucha

  C - koniec - to ten  gdzie  występuje  reszta  aa  z  wolną  grupą  -COOH  -  koniec  łańcucha

Nomenklaturę  peptydów  tworzy  się  w  ten  sposób , że  aa , którego  grupa -COOH  wchodzi  w  reakcję
z  grupą  NH

2

  kolejnego  aa  (lub  innaczej , którego  grupa -COOH  tworzy  wiązanie  peptydowe )

otrzymuje  końcówkę  -ylo  lub  -ilo   
Przykład:
                  Gly-Ala  
                   

glicyloalani
na

Ala-Leu-Tyr

alanyloleucylotyrozyna

Zasada  oznaczania  reszt  aa  trzema  
pierwszymi  literami  pochodzącymi  od 
 nazwy  danego  aa  

!!! 

 

Sekwencja  aa  w  peptydzie  lub  białku  jest  zgodna  z  sekwencją  nukleotydów  

      w  DNA  kodującym  dane  białko  lub  peptyd.

background image

  

Właściwości  peptydów :

     

- Peptydy  mają  tylko  strukturę  I  rzędową . Brak  struktury  II , III  czy IV  
rzędowej - charakterysty-
  cznej  dla  białek.
- Nie  ulegają  sedymentacji  w  czasie  ultrawirowania.
- Nie  występują  w  postaci  koloidów
- Nie  dają  efektu  Tyndala
- Nie  ulegają  denaturacji  bo  brak  jest  struktury  II , III  czy  IV  rzędowej
- Nie  wywierają  ciśnienia  osmotycznego
- Nie  ulegają  wysalaniu  i  wsalaniu
- Dializują
- Wędrują  w  polu  elektrycznym  dzięki  cząstkowemu  ładunkowi  elektrycznemu
- Z  powodu  obecności  wiązania  peptydowego, peptydy  pochłaniają  światło  
nadfioletowe  przy
  max  λ=230 nm  a  z  powodu  obecności  Tyr  i  Trp  przy  λ=280 nm
- Peptydy  są  związkami  amfoterycznymi
- Każdy  peptyd  ma  charakterystyczny  dla  siebie  punkt  izoelektryczny
- mają  właściwości  buforowe  w  odpowiednim  przedziale  pH

Reakcje , którym  ulegają  peptydy - patrz  białka !! 
                                                                                                                         

background image

B I A Ł K A

-  

-  

To  związki  organiczne  o  dużej  masie  cząsteczkowej , zbudowane   głównie  z  

To  związki  organiczne  o  dużej  masie  cząsteczkowej , zbudowane   głównie  z  

aa  połączonych

aa  połączonych

    

    

wiązaniami  peptydowymi.

wiązaniami  peptydowymi.

-  

-  

Białka  zbudowane  są  z  1  lub  kilku  łańcuchów  peptydowych :

Białka  zbudowane  są  z  1  lub  kilku  łańcuchów  peptydowych :

    

    

1 łańcuch 

1 łańcuch 

 białko  monomeryczne  ( cytochrom C , mioglobina , rybonukleaza )

 białko  monomeryczne  ( cytochrom C , mioglobina , rybonukleaza )

    

    

- kilka  łańcuchów 

- kilka  łańcuchów 

 białko  polimeryczne:

 białko  polimeryczne:

                                        

                                        

homopolimeryczne ( takie same łańcuchy ) np. 

homopolimeryczne ( takie same łańcuchy ) np. 

heksokinaza ( α

heksokinaza ( α

4

4

 )

 )

                                        

                                        

- heteropolimeryczne ( różne łańcuchy ) np. Hb ( α

- heteropolimeryczne ( różne łańcuchy ) np. Hb ( α

2

2

 β

 β

2

2

 )

 )

                                                              

                                                              

--- Podział  białek ---

--- Podział  białek ---

 

 

 

 

1/. Na  podstawie  kształtu  cząsteczki  białka (stosunek  osiowy - czyli stosunek 

1/. Na  podstawie  kształtu  cząsteczki  białka (stosunek  osiowy - czyli stosunek 

długości do szerokości)

długości do szerokości)

      

      

białka  globularne

białka  globularne

 - stosunek  osiowy < 10  ( 3 - 4 ), łańcuchy  polipeptydowe  

 - stosunek  osiowy < 10  ( 3 - 4 ), łańcuchy  polipeptydowe  

ściśle  pofałdowane i

ściśle  pofałdowane i

        

        

zwinięte np. insulina , albuminy  i  globuliny  osocza , większość  enzymów 

zwinięte np. insulina , albuminy  i  globuliny  osocza , większość  enzymów 

      

      

białka  włókienkowe  ( fibrylarne )

białka  włókienkowe  ( fibrylarne )

 - stosunek  osiowy > 10 , łańcuchy  

 - stosunek  osiowy > 10 , łańcuchy  

polipeptydowe  zwinięte

polipeptydowe  zwinięte

        

        

śrubowo  lub  w  helisy , połączone  krzyżowo wiązaniami  kowalencyjnymi  lub 

śrubowo  lub  w  helisy , połączone  krzyżowo wiązaniami  kowalencyjnymi  lub 

 wodorowymi np.

 wodorowymi np.

                                                          

                                                          

- β-keratyna

- β-keratyna

                                                          

                                                          

- α-keratyna

- α-keratyna

                                                          

                                                          

- kolagen

- kolagen

background image

2/.  

2/.  

Klasyfikacja  białek  na  podstawie  ich  rozpuszczalności                                                                  

Klasyfikacja  białek  na  podstawie  ich  rozpuszczalności                                                                  

    

    

Albuminy - R  w  H

Albuminy - R  w  H

2

2

O  i  roztworach  soli

O  i  roztworach  soli

    

    

- Globuliny - słabo  R  w H

- Globuliny - słabo  R  w H

2

2

O  ale  dobrze  w  roztworach  soli

O  ale  dobrze  w  roztworach  soli

    

    

- Prolaminy - R  w  70 - 80%  etanolu.  NR  w H

- Prolaminy - R  w  70 - 80%  etanolu.  NR  w H

2

2

O  i  etanolu  absolutnym.  Bogate  w  Arg

O  i  etanolu  absolutnym.  Bogate  w  Arg

    

    

- Histony - R  w  roztworach  soli  i  kwasów  nieorganicznych

- Histony - R  w  roztworach  soli  i  kwasów  nieorganicznych

    

    

- Skleroproteiny - NR  w H

- Skleroproteiny - NR  w H

2

2

O  ani  w  roztworach  soli.  Bogate  w  Gly , Ala , Pro

O  ani  w  roztworach  soli.  Bogate  w  Gly , Ala , Pro

3/.  

3/.  

Klasyfikacja  białek  na  podstawie  budowy  chemicznej

Klasyfikacja  białek  na  podstawie  budowy  chemicznej

    

    

białka  proste ( holoproteiny ) składają  się  niemal  wyłącznie   z  aa

białka  proste ( holoproteiny ) składają  się  niemal  wyłącznie   z  aa

    

    

- białka  złożone (heteroproteiny) zawierają  integralną  część  niebiałkową -

- białka  złożone (heteroproteiny) zawierają  integralną  część  niebiałkową -

 

 

grupę  prostetyczną

grupę  prostetyczną

 

 

-

-

      

      

mocniej  lub słabiej  związaną  z  częścią  białkową np. :

mocniej  lub słabiej  związaną  z  częścią  białkową np. :

      

      

- glikoproteiny - fibronektyna , IgG

- glikoproteiny - fibronektyna , IgG

      

      

- fosfoproteiny - ufosforylowana  Ser , Thr , Tyr - kazeina , fosforylaza  glikogenowa 

- fosfoproteiny - ufosforylowana  Ser , Thr , Tyr - kazeina , fosforylaza  glikogenowa 

      

      

- lipoproteiny - LDL , HDL

- lipoproteiny - LDL , HDL

      

      

- nukleoproteiny - chromosom , rybosom

- nukleoproteiny - chromosom , rybosom

      

      

- metaloproteiny - ferrytyna ( Fe

- metaloproteiny - ferrytyna ( Fe

3+

3+

) , transferyna ( Fe

) , transferyna ( Fe

2+

2+

), dehydrogenaza  alkoholowa ( Zn

), dehydrogenaza  alkoholowa ( Zn

2+

2+

),

),

                                      

                                      

oksydaza  cytochromowa  ( Cu  i  Fe ) 

oksydaza  cytochromowa  ( Cu  i  Fe ) 

      

      

- chromoproteiny ( hem ) -  Hb , cytochrom C , katalaza , mioglobina

- chromoproteiny ( hem ) -  Hb , cytochrom C , katalaza , mioglobina

      

      

- flawoproteiny ( FAD , FMN ) - dehydrogenaza  bursztynianowa

- flawoproteiny ( FAD , FMN ) - dehydrogenaza  bursztynianowa

4/.

4/.

  Podział  ze  względu  na  rolę  białka  w  organizmie

  Podział  ze  względu  na  rolę  białka  w  organizmie

5/.  

5/.  

Podział  ze  względu  na  pochodzenie  białka : 

Podział  ze  względu  na  pochodzenie  białka : 

roślinne , zwierzęce , bakteryjne , wirusowe 

roślinne , zwierzęce , bakteryjne , wirusowe 

background image

6/.  Podział  białek  ze  względu  na  wartość  odżywczą  :

6/.  Podział  białek  ze  względu  na  wartość  odżywczą  :

      

      

białko  pełnowartościowe - zawiera  wszystkie  aa  niezbędne

białko  pełnowartościowe - zawiera  wszystkie  aa  niezbędne

      

      

- białko  niepełnowartościowe - brak  przynajmniej  jednego  aa  niezbędnego

- białko  niepełnowartościowe - brak  przynajmniej  jednego  aa  niezbędnego

W  budowie  białka  wyróżnia  się  4  zasadnicze  poziomy  organizacji  łańcucha  polipeptydowego:

W  budowie  białka  wyróżnia  się  4  zasadnicze  poziomy  organizacji  łańcucha  polipeptydowego:

      

      

struktura  I rzędowa  

struktura  I rzędowa  

  sekwencja  aa  w  łańcuchu  polipeptydowym.

  sekwencja  aa  w  łańcuchu  polipeptydowym.

      

      

- struktura  II rzędowa  

- struktura  II rzędowa  

  przestrzenne  ułożenie  reszt  aa  sąsiadujących  ze  sobą  w  sekwencji

  przestrzenne  ułożenie  reszt  aa  sąsiadujących  ze  sobą  w  sekwencji

                                           

                                           

liniowej ( wiązania  wodorowe).

liniowej ( wiązania  wodorowe).

      

      

- struktura  III  rzędowa  

- struktura  III  rzędowa  

  określa  powiązania  przestrzenne  i  wzajemne  ułożenie  reszt  aa  

  określa  powiązania  przestrzenne  i  wzajemne  ułożenie  reszt  aa  

                                           

                                           

oddalonych  od  siebie  w  sekwencji  liniowej  oraz  lokalizację  mostków

oddalonych  od  siebie  w  sekwencji  liniowej  oraz  lokalizację  mostków

                                           

                                           

disiarczkowych. Określa  przestrzenne  ułożenie  łancucha  polipeptydowego. 

disiarczkowych. Określa  przestrzenne  ułożenie  łancucha  polipeptydowego. 

Wiązania  wodorowe , jonowe , disiarczkowe , oddziaływania

Wiązania  wodorowe , jonowe , disiarczkowe , oddziaływania

                                           

                                           

hydrofobowe , wiązania  van  der  Walsa , estrowe , O , N – glikozydowe.

hydrofobowe , wiązania  van  der  Walsa , estrowe , O , N – glikozydowe.

      

      

- struktura  IV  rzędowa  

- struktura  IV  rzędowa  

  w  białkach  zbudowanych  z  więcej  niż  jednego  łańcucha  

  w  białkach  zbudowanych  z  więcej  niż  jednego  łańcucha  

                                            

                                            

polipeptydowego.  Określa  wzajemne  ułożenie  przestrzenne  podjednostek

polipeptydowego.  Określa  wzajemne  ułożenie  przestrzenne  podjednostek

                                            

                                            

i  rodzaj  ich  kontaktu ( Hb , kolagen , wirus  polio , Rynowirus 14 ).

i  rodzaj  ich  kontaktu ( Hb , kolagen , wirus  polio , Rynowirus 14 ).

Rola  białek , funkcje :

Rola  białek , funkcje :

          

          

enzymatyczna -

enzymatyczna - 

 

prawie  wszystkie  enzymy  są  białkami , zwiększają  szybkość  reakcji o około

prawie  wszystkie  enzymy  są  białkami , zwiększają  szybkość  reakcji o około

                                        

                                        

1 mln  razy . Istnieje  kilka  tysięcy  enzymów, z  których  każdy  katalizuje

1 mln  razy . Istnieje  kilka  tysięcy  enzymów, z  których  każdy  katalizuje

                                         

                                         

swoistą  dla  siebie  reakcję  chemiczną  np.: trypsyna , pepsyna , rybonukleaza , 

swoistą  dla  siebie  reakcję  chemiczną  np.: trypsyna , pepsyna , rybonukleaza , 

                                         

                                         

dehydrogenaza  alkoholowa , katalaza , fosfofruktokinaza.

dehydrogenaza  alkoholowa , katalaza , fosfofruktokinaza.

background image

budulcowa :

budulcowa :                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                 

                       

                       

α - keratyna  -  włosy , rogi , paznokcie

α - keratyna  -  włosy , rogi , paznokcie

                       

                       

kolagen

kolagen

                       

                       

elastyna - białko  tkanki  łącznej , odpowiedzialnym  za  zdolność  tkanek  do  

elastyna - białko  tkanki  łącznej , odpowiedzialnym  za  zdolność  tkanek  do  

                                         

                                         

rozciągania  i  powrotu  do  uprzedniego  kształtu. Nie  jest  tak  

rozciągania  i  powrotu  do  uprzedniego  kształtu. Nie  jest  tak  

                                         

                                         

rozpowszechniona  jak  kolagen , ale  występujje  w  dużych  ilościach  w  

rozpowszechniona  jak  kolagen , ale  występujje  w  dużych  ilościach  w  

                                         

                                         

tkankach , które  wymagają  takich  właściwości  fizycznych , a  więc  np.:

tkankach , które  wymagają  takich  właściwości  fizycznych , a  więc  np.:

                                         

                                         

w  płucach , dużych  tętnicach  i  niektórych  więzadłach  sprężystych 

w  płucach , dużych  tętnicach  i  niektórych  więzadłach  sprężystych 

                       

                       

białka  błonowe  -  białka  strukturalne

białka  błonowe  -  białka  strukturalne

magazynowa :

magazynowa :

                          

                          

ceruloplazmina  -  białko  magazynujące  Cu

ceruloplazmina  -  białko  magazynujące  Cu

                          

                          

ferrytyna  -  białko  magazynujące  Fe

ferrytyna  -  białko  magazynujące  Fe

3+

3+

-  

-  

transportowa : 

transportowa : 

                            

                            

mioglobina  -  transport  O

mioglobina  -  transport  O

2

2

  w  mięśniach

  w  mięśniach

                            

                            

Hb  - transport  O

Hb  - transport  O

2

2

  we  krwi

  we  krwi

                            

                            

transferyna  -  transport  Fe

transferyna  -  transport  Fe

2+

2+

                            

                            

albumina  -  transport  np. leków

albumina  -  transport  np. leków

regulacyjna : 

regulacyjna : 

                        

                        

hormony : peptydowe (omówione wcześniej), białkowe np. GH , PRL

hormony : peptydowe (omówione wcześniej), białkowe np. GH , PRL

                        

                        

białka  represorowe  -  hamują  transkrypcję  genów

białka  represorowe  -  hamują  transkrypcję  genów

ochronna :

ochronna :

                    

                    

immunoglobuliny  -  układ  odpornościowy

immunoglobuliny  -  układ  odpornościowy

                    

                    

trombina , fibrynogen  -  ochrona  przed  utratą  krwi

trombina , fibrynogen  -  ochrona  przed  utratą  krwi

 

 

 

 

                                

                                

background image

-  

-  

ruch :

ruch :

             

             

aktyna , miozyna  -  mięśnie

aktyna , miozyna  -  mięśnie

             

             

tubulina  -   białko  mikrotubul  biorące  udział  w  podziałach  komórkowych

tubulina  -   białko  mikrotubul  biorące  udział  w  podziałach  komórkowych

- rola  buforowa :

- rola  buforowa :

                             

                             

we  krwi - albuminy

we  krwi - albuminy

wytwarzanie  i  przekazywanie  impulsów  nerwowych :

wytwarzanie  i  przekazywanie  impulsów  nerwowych :

               

               

białka  receptorowe - rodopsyna  ( białko fotoreceptorowe  występujące  w  siatkówce  oka ).

białka  receptorowe - rodopsyna  ( białko fotoreceptorowe  występujące  w  siatkówce  oka ).

*** Właściwości   białek ***

*** Właściwości   białek ***

-

-

 

 

mają  charakter  związków  wielkocząsteczkowych, co  powoduje , że  białka  nie  dializują , a

mają  charakter  związków  wielkocząsteczkowych, co  powoduje , że  białka  nie  dializują , a

  

  

roztwory  białek  wykazują  właściwości - cechy  koloidów

roztwory  białek  wykazują  właściwości - cechy  koloidów

- wywierają  ciśnienie  koloido - osmotyczne

- wywierają  ciśnienie  koloido - osmotyczne

- mają  zdolność  wiązania  jonów

- mają  zdolność  wiązania  jonów

- wędrują  w  polu  elektrycznym  dzięki  ładunkowi  elektrycznemu  cząsteczki. Szybkość  

- wędrują  w  polu  elektrycznym  dzięki  ładunkowi  elektrycznemu  cząsteczki. Szybkość  

  

  

poruszania  się  w  polu  elektrycznym  zależy  od  wielkości  ładunku  elektrycznego , oraz  od

poruszania  się  w  polu  elektrycznym  zależy  od  wielkości  ładunku  elektrycznego , oraz  od

  

  

rozmiarów  i  kształtu  cząsteczki

rozmiarów  i  kształtu  cząsteczki

- większość  białek  dobrze  rozpuszcza  się  w  H

- większość  białek  dobrze  rozpuszcza  się  w  H

2

2

O , niektóre  w rozcieńczonych  roztworach

O , niektóre  w rozcieńczonych  roztworach

  

  

soli , kwasów  i  zasad. O  rozpuszczalności  decyduje  przede  wszystkim  ich  zdolność  do  

soli , kwasów  i  zasad. O  rozpuszczalności  decyduje  przede  wszystkim  ich  zdolność  do  

  

  

hydratacji , budowa  chemiczna , obecność  soli  w  środowisku  i  pH  środowiska

hydratacji , budowa  chemiczna , obecność  soli  w  środowisku  i  pH  środowiska

- białka  ulegają  wysalaniu  pod  wpływem  silnych  elektrolitów  np. soli  Stężenie  soli  potrzebne

- białka  ulegają  wysalaniu  pod  wpływem  silnych  elektrolitów  np. soli  Stężenie  soli  potrzebne

  

  

do  wysolenia  zależy  od  właściwości  białka  i  pH  środowiska. Wysalacze : (NH

do  wysolenia  zależy  od  właściwości  białka  i  pH  środowiska. Wysalacze : (NH

4

4

)

)

2

2

SO

SO

4

4

 , MgSO

 , MgSO

4

4

 ,

 ,

  

  

aceton , etanol ( ale  działając  krótko ). Wysalanie  jest  procesem  odwracalnym  bo  nie  powoduje

aceton , etanol ( ale  działając  krótko ). Wysalanie  jest  procesem  odwracalnym  bo  nie  powoduje

  

  

denaturacji  białka.

denaturacji  białka.

background image

-  

-  

Wsalanie  jest procesem  odwrotnym  do  wysalania , którego  dokonuje  się  przez  stopniowe     

Wsalanie  jest procesem  odwrotnym  do  wysalania , którego  dokonuje  się  przez  stopniowe     

   

   

rozcieńczanie  roztworu  białek. 

rozcieńczanie  roztworu  białek. 

-  Białka  ulegają  denaturacji  .

-  Białka  ulegają  denaturacji  .

   

   

Zniszczeniu  ulega IV , III , lub II  rzędowa  struktura  białka , I rzędowa  struktura  pozostaje  

Zniszczeniu  ulega IV , III , lub II  rzędowa  struktura  białka , I rzędowa  struktura  pozostaje  

   

   

niezmieniona - a więc  zmianie  ulega  konformacja  łańcucha  polipeptydowego. Białko  traci

niezmieniona - a więc  zmianie  ulega  konformacja  łańcucha  polipeptydowego. Białko  traci

   

   

swoje  właściwości.  Rozrywane  są  wiązania  wodorowe , jonowe , hydrofobowe , disiarczkowe , 

swoje  właściwości.  Rozrywane  są  wiązania  wodorowe , jonowe , hydrofobowe , disiarczkowe , 

   

   

van  der  Walsa.

van  der  Walsa.

   

   

DENATURACJĘ  POWODUJĄ :

DENATURACJĘ  POWODUJĄ :

   

   

Czynniki  fizyczne :  ogrzewanie , wysalanie , ultradźwięki , promieniowanie , wstrząsanie  

Czynniki  fizyczne :  ogrzewanie , wysalanie , ultradźwięki , promieniowanie , wstrząsanie  

                                       

                                       

wodnych  roztworów  białek  w  atmosferze  powietrza.

wodnych  roztworów  białek  w  atmosferze  powietrza.

   

   

   

   

Czynniki  chemiczne :  kwasy , zasady , jony  metali  ciężkich , chlorowodorek  guanidyny , 

Czynniki  chemiczne :  kwasy , zasady , jony  metali  ciężkich , chlorowodorek  guanidyny , 

                                           

                                           

mocznik , detergenty , fenol , chloroform , rozpuszczalniki  mieszające  się

mocznik , detergenty , fenol , chloroform , rozpuszczalniki  mieszające  się

                                           

                                           

wodą ( etanol , aceton )

wodą ( etanol , aceton )

-  

-  

Skręcają  płaszczyznę  światła  spolaryzowanego  w  lewo , ponieważ  zbudowane  są  z  L-aa.

Skręcają  płaszczyznę  światła  spolaryzowanego  w  lewo , ponieważ  zbudowane  są  z  L-aa.

-  Roztwory  białek  cechuje  duży  współczynnik  załamania  światła , który  wzrasta  liniowo  w  

-  Roztwory  białek  cechuje  duży  współczynnik  załamania  światła , który  wzrasta  liniowo  w  

   

   

miarę  wzrostu  stężenia  białka  w  roztworze , co  wykorzystuje  się  do  ilościowego  oznaczania

miarę  wzrostu  stężenia  białka  w  roztworze , co  wykorzystuje  się  do  ilościowego  oznaczania

   

   

białka  metodą  referencyjną

białka  metodą  referencyjną

background image

-  Z  powodu  obecności  wiązań  peptydowych  białka  pochłaniają  światło  nadfioletowe  z  max

-  Z  powodu  obecności  wiązań  peptydowych  białka  pochłaniają  światło  nadfioletowe  z  max

   

   

absorbancji  przy  λ = 230 nm, a  z  powodu  obecności  Tyr  i  Trp  przy  max  λ = 280 nm

absorbancji  przy  λ = 230 nm, a  z  powodu  obecności  Tyr  i  Trp  przy  max  λ = 280 nm

-  Masa  cząsteczkowa  białek  waha  się  od  10.000  do  wielokrotności  miliona.

-  Masa  cząsteczkowa  białek  waha  się  od  10.000  do  wielokrotności  miliona.

-  Białka  są  związkami  amfoterycznymi.

-  Białka  są  związkami  amfoterycznymi.

-  Każde  białko  ma  charakterystyczny  dla  siebie  punkt  izoelektryczny  pI  np.:

-  Każde  białko  ma  charakterystyczny  dla  siebie  punkt  izoelektryczny  pI  np.:

   

   

- pepsyna  1.0

- pepsyna  1.0

   

   

- kazeina  4.7

- kazeina  4.7

   

   

- mioglobina 7.0

- mioglobina 7.0

   

   

- trypsyna 10. 5

- trypsyna 10. 5

W  punkcie  izoelektrycznym  rozpuszczalność  białka  jest  najmniejsza  i  najłatwiej  jest  wtedy

W  punkcie  izoelektrycznym  rozpuszczalność  białka  jest  najmniejsza  i  najłatwiej  jest  wtedy

takie  białko  wytrącić  z  roztworu  bądź  wykrystalizować.

takie  białko  wytrącić  z  roztworu  bądź  wykrystalizować.

W  punkcie  izoelektrycznym  białko :

W  punkcie  izoelektrycznym  białko :

   

   

- wykazuje  najmniejsze  ciśnienie  osmotyczne

- wykazuje  najmniejsze  ciśnienie  osmotyczne

   

   

- ma  najmniejszą  lepkość

- ma  najmniejszą  lepkość

   

   

- najsłabiej  pęcznieje

- najsłabiej  pęcznieje

   

   

- nie  reaguje  z  anionami  ani  z  kationami

- nie  reaguje  z  anionami  ani  z  kationami

   

   

-  wykazuje  najmniejszą  ruchliwość  elektroforetyczną

-  wykazuje  najmniejszą  ruchliwość  elektroforetyczną

-   Białka  mają  właściwości  buforowe  w  odpowiednim  przedziale  pH

-   Białka  mają  właściwości  buforowe  w  odpowiednim  przedziale  pH

background image

Reakcje  chemiczne , którym  ulegają  białka

Reakcje  chemiczne , którym  ulegają  białka

-  

Reakcja  ninhydrynowa

Reakcja  ninhydrynowa  -  

aa , peptydy , białka , sole  amonowe , 

aa , peptydy , białka , sole  amonowe , 

aminocukry , amoniak

aminocukry , amoniak

-  Reakcja  z  HNO

-  Reakcja  z  HNO

2

2

 

 

-  Reakcja  biuretowa  ( Piotrowskiego )  -  peptydy  i  białka. 

-  Reakcja  biuretowa  ( Piotrowskiego )  -  peptydy  i  białka. 

Jest  to  

Jest  to  

reakcja  na  wiązania  

reakcja  na  wiązania  

   

   

peptydowe

peptydowe

.  W  środowisku  alkalicznym  2  wiązania  peptydowe  tworzą  

.  W  środowisku  alkalicznym  2  wiązania  peptydowe  tworzą  

kompleks  z  jonami

kompleks  z  jonami

   

   

Cu

Cu

2+

2+

  dając  zabarwienie  fioletowo - niebieskie. Reakcji  tej  ulegają  więc 

  dając  zabarwienie  fioletowo - niebieskie. Reakcji  tej  ulegają  więc 

 tylko  tripeptydy ,

 tylko  tripeptydy ,

   

   

tetra - , penta - ....peptydy.  Dipeptydy  powyższej  reakcji  nie  ulegają.  

tetra - , penta - ....peptydy.  Dipeptydy  powyższej  reakcji  nie  ulegają.  

Reakcja  służy  do

Reakcja  służy  do

   

   

oznaczeń  ilościowych  i  jakościowych.

oznaczeń  ilościowych  i  jakościowych.

-  Metoda  Lowry’ego  -  do  ilościowego  oznaczania  peptydów  i  białek.  

-  Metoda  Lowry’ego  -  do  ilościowego  oznaczania  peptydów  i  białek.  

Metoda  wykorzystuje

Metoda  wykorzystuje

   

   

czułą  reakcję  wiązań  peptydowych  i  tyrozyny  z  odczynnikiem  

czułą  reakcję  wiązań  peptydowych  i  tyrozyny  z  odczynnikiem  

wolframowo - molibdenowo - 

wolframowo - molibdenowo - 

   

   

fosforowym  ( Folina - Ciocalteu ).  Jest  to  kombinacja  reakcji  

fosforowym  ( Folina - Ciocalteu ).  Jest  to  kombinacja  reakcji  

biuretowej  oraz  reakcji  

biuretowej  oraz  reakcji  

   

   

między  resztami  tyrozyny  a  odczynnikiem  Folina , w  której  powstają  

między  resztami  tyrozyny  a  odczynnikiem  Folina , w  której  powstają  

barwne , niebieskie

barwne , niebieskie

   

   

produkty.  Metoda  pozwala  na  oznaczenie  białka  w  stężeniu  1μg / ml. 

produkty.  Metoda  pozwala  na  oznaczenie  białka  w  stężeniu  1μg / ml. 

 Jest  zatem  ok. 100  

 Jest  zatem  ok. 100  

   

   

razy  dokładniejsza  i  czulsza  niż  biuretowa.

razy  dokładniejsza  i  czulsza  niż  biuretowa.

-  Metoda  oznaczania  zawartości  białka  za  pomocą  pomiaru  

-  Metoda  oznaczania  zawartości  białka  za  pomocą  pomiaru  

absorbancji  w  nadfiolecie - 

absorbancji  w  nadfiolecie - 

   

   

peptydy  i  białka.  Większość  białek  ze  względu  na  zawartość  reszt  

peptydy  i  białka.  Większość  białek  ze  względu  na  zawartość  reszt  

Tyr  i  Trp  wykazuje

Tyr  i  Trp  wykazuje

   

   

max  absorbancji  przy  λ = 280 nm.  Związki , które  mogą  wpływać  na  

max  absorbancji  przy  λ = 280 nm.  Związki , które  mogą  wpływać  na  

absorbancję  to :

absorbancję  to :

   

   

kwasy  nukleinowe  ( wykazujące  max  absorbancji  przy  λ = 260 nm )  

kwasy  nukleinowe  ( wykazujące  max  absorbancji  przy  λ = 260 nm )  

oraz  puryny , 

oraz  puryny , 

   

   

pirymidyny  i  fenole.

pirymidyny  i  fenole.

background image

-  Metoda  Bradforda  -  peptydy  i  białka  -  metoda  służy  do  oznaczeń  

-  Metoda  Bradforda  -  peptydy  i  białka  -  metoda  służy  do  oznaczeń  

ilościowych                        

ilościowych                        

   

   

Z  błękitem  brylantowym  Coomassie’go   G-250  w  środowisku  

Z  błękitem  brylantowym  Coomassie’go   G-250  w  środowisku  

kwaśnym  białko  wiąże  się

kwaśnym  białko  wiąże  się

   

   

za  pomocą  wiązań  jonowych  i  hydrofobowych  Arg , w  mniejszym  

za  pomocą  wiązań  jonowych  i  hydrofobowych  Arg , w  mniejszym  

stopniu  His , Lys , Tyr , 

stopniu  His , Lys , Tyr , 

   

   

Trp , Phe.  W  wyniku  reakcji  powstaje  brunatne  zabarwienie  wprost  

Trp , Phe.  W  wyniku  reakcji  powstaje  brunatne  zabarwienie  wprost  

proporcjonalne  do

proporcjonalne  do

   

   

zawartości  białka  w  roztworze.

zawartości  białka  w  roztworze.

-  Metoda  Kjeldahla  -  oznaczanie  zawartości  azotu  białkowego  -  

-  Metoda  Kjeldahla  -  oznaczanie  zawartości  azotu  białkowego  -  

oznaczanie  ilościowe.

oznaczanie  ilościowe.

   

   

Azot  białka  oznacza  się  po  rozkładzie  białka  do  NH

Azot  białka  oznacza  się  po  rozkładzie  białka  do  NH

3

3

.  Białko  gotuje  

.  Białko  gotuje  

się  ze  stężonym 

się  ze  stężonym 

   

   

H

H

2

2

SO

SO

4

4

  +  katalizator  

  +  katalizator  

  następuje  zniszczenie  białka  i  powstaje  

  następuje  zniszczenie  białka  i  powstaje  

(HN

(HN

4

4

)

)

2

2

SO

SO

4  

4  

Następnie

Następnie

   

   

dodaje  się  nadmiar  alkaliów , które  powodują  uwolnienie  NH

dodaje  się  nadmiar  alkaliów , które  powodują  uwolnienie  NH

3

3

 , który  

 , który  

wyłapuje  się  w  

wyłapuje  się  w  

   

   

płuczce  z H

płuczce  z H

2

2

SO

SO

4

4

 . Następnie  oznaczenie  prowadzi  się  przez  

 . Następnie  oznaczenie  prowadzi  się  przez  

miareczkowanie.

miareczkowanie.

-  Hydroliza  wiązania  peptydowego.

-  Hydroliza  wiązania  peptydowego.

   

   

A)  hydroliza  kwaśna

A)  hydroliza  kwaśna

         

         

6 - 12N  HCl  lub  4 - 7N  H

6 - 12N  HCl  lub  4 - 7N  H

2

2

SO

SO

4  

4  

 w  temperaturze  110

 w  temperaturze  110

C  przez  24 , 

C  przez  24 , 

48  i  72  godziny

48  i  72  godziny

 

 

.  

.  

         

         

Używamy  5 - 10  razy  więcej  kwasu  niż  białka . Nie  wolno  używać  

Używamy  5 - 10  razy  więcej  kwasu  niż  białka . Nie  wolno  używać  

HNO

HNO

3

3

  gdyż  powoduje

  gdyż  powoduje

         

         

utlenienie  bądź  nitrowanie  pierścieni .

utlenienie  bądź  nitrowanie  pierścieni .

          

          

Wady :

Wady :

                      

                      

niszczy :  - Trp

niszczy :  - Trp

                                       

                                       

- Powoli  aa  z  grupą  -OH :  Ser , Thr  ( ale  mając  

- Powoli  aa  z  grupą  -OH :  Ser , Thr  ( ale  mając  

stężenia  tych  aa  po

stężenia  tych  aa  po

                                         

                                         

czasie  24 , 48 ,72 h  można  ekstrapolować  

czasie  24 , 48 ,72 h  można  ekstrapolować  

stężenie  wyjściowe )

stężenie  wyjściowe )

                                       

                                       

- Gln , Asn  w  środowisku  kwaśnym  są  nietrwałe 

- Gln , Asn  w  środowisku  kwaśnym  są  nietrwałe 

  Glu , Asp + NH

  Glu , Asp + NH

3

3

 

 

                                         

                                         

Na  podstawie  uwolnionego  NH

Na  podstawie  uwolnionego  NH

3  

3  

oznaczamy  

oznaczamy  

sumę  Gln + Asn  i  np.  

sumę  Gln + Asn  i  np.  

                                         

                                         

chromatograficznie  sumę  Asp + Asn  oraz  Glu + 

chromatograficznie  sumę  Asp + Asn  oraz  Glu + 

Gln 

Gln 

  

  

                                       

                                       

 

 

 

background image

•  

•  

Elektroforeza  w  gradiencie  pH  -  ogniskowanie  izoelektryczne                                                       

Elektroforeza  w  gradiencie  pH  -  ogniskowanie  izoelektryczne                                                       

   

   

Białko  będzie  wędrowalo  do  momentu  osiągnięcia  pozycji , w  której  pH  żelu  

Białko  będzie  wędrowalo  do  momentu  osiągnięcia  pozycji , w  której  pH  żelu  

   

   

zrówna  się  z  pH  białka .

zrówna  się  z  pH  białka .

•  

•  

HPLC

HPLC

-  

-  

biorąc  pod  uwagę  wielkość  cząsteczki  i  ładunek  elektryczny

biorąc  pod  uwagę  wielkość  cząsteczki  i  ładunek  elektryczny

•  

•  

Rozdzielanie  na  podstawie  rozpuszczalności .

Rozdzielanie  na  podstawie  rozpuszczalności .

   

   

Polega  na  wysalaniu  z  roztworu  wodnego  solami  obojętnymi  np.: (NH

Polega  na  wysalaniu  z  roztworu  wodnego  solami  obojętnymi  np.: (NH

4

4

)

)

2

2

SO

SO

4  

4  

lub  MgSO

lub  MgSO

4

4

   

   

Do  roztworu  białek  dodaje  się  wzrastającą  ilość  soli  każdorazowo  odwirowując  wytrącone  

Do  roztworu  białek  dodaje  się  wzrastającą  ilość  soli  każdorazowo  odwirowując  wytrącone  

   

   

białko. Przez  zmianę  pH  metodę  można  udoskonalić. Metoda  ta  stosowana  jest  tylko  do

białko. Przez  zmianę  pH  metodę  można  udoskonalić. Metoda  ta  stosowana  jest  tylko  do

   

   

oczyszczania  wstępnego .

oczyszczania  wstępnego .

Po  wyizolowaniu  białka  w  czystej  postaci  wyżej  wymienionymi  metodami  białko  należy

Po  wyizolowaniu  białka  w  czystej  postaci  wyżej  wymienionymi  metodami  białko  należy

scharakteryzować  pod  względem  chemicznym :

scharakteryzować  pod  względem  chemicznym :

  

  

-  przez  wyznaczenie  punktu  izoelektrycznego

-  przez  wyznaczenie  punktu  izoelektrycznego

  

  

-  przez  wyznaczenie  względnej  masy  cząsteczkowej

-  przez  wyznaczenie  względnej  masy  cząsteczkowej

  

  

-  przez  analityczne  oznaczenie  całkowitego  stężenia  białka

-  przez  analityczne  oznaczenie  całkowitego  stężenia  białka

  

  

-  charakterystyka  immunologiczna

-  charakterystyka  immunologiczna

Metody  wyznaczania  względnej  masy  cząsteczkowej :

Metody  wyznaczania  względnej  masy  cząsteczkowej :

•  

•  

ultrawirowanie  przez  wyznaczenie  stałej  sedymentacji  Svedberga 

ultrawirowanie  przez  wyznaczenie  stałej  sedymentacji  Svedberga 

•  

•  

na  podstawie  składu  białka  ( oznaczamy  ilość  O , C , N , S 

na  podstawie  składu  białka  ( oznaczamy  ilość  O , C , N , S 

 masa  białka )

 masa  białka )

•  

•  

na  podstawie  ciśnienia  osmotycznego  jakie  białko  wywiera  na  błonę  półprzepuszczalną

na  podstawie  ciśnienia  osmotycznego  jakie  białko  wywiera  na  błonę  półprzepuszczalną

   

   

w  ściśle  określonym  pH  i  stężeniu  białka  w  roztworze.

w  ściśle  określonym  pH  i  stężeniu  białka  w  roztworze.

•  

•  

na  podstawie  efektu  Tyndala  ( rozpraszania  światła )

na  podstawie  efektu  Tyndala  ( rozpraszania  światła )

•  

•  

chromatografia  na  sitach  molekularnych

chromatografia  na  sitach  molekularnych

background image

•  

•  

Elektroforeza  żelowa  SDS

Elektroforeza  żelowa  SDS

•  

•  

Metoda  wirowania  w  różnych  gradientach  stężeń                                                                             

Metoda  wirowania  w  różnych  gradientach  stężeń                                                                             

   

   

60 - 20%  roztwór  sacharozy

60 - 20%  roztwór  sacharozy

   

   

6M  roztwór  chlorku  cezu  sam  tworzy  gradient

6M  roztwór  chlorku  cezu  sam  tworzy  gradient

Są  to  metody  porównawcze  naszego  białka  z  białkiem  stanowiącym  wzorzec  standardowy.

Są  to  metody  porównawcze  naszego  białka  z  białkiem  stanowiącym  wzorzec  standardowy.

                                        

                                        

Określenie  struktury  I  rzędowej  białka

Określenie  struktury  I  rzędowej  białka

                                 

                                 

1.  Jeśli  białko  jest  heteropolimeryczne  tzn  zawiera  wiecej  niż  jeden  łańcuch  polipeptydowy   

1.  Jeśli  białko  jest  heteropolimeryczne  tzn  zawiera  wiecej  niż  jeden  łańcuch  polipeptydowy   

     

     

to  łańcuchy  należy  rozdzielić  i  oczyścić . 

to  łańcuchy  należy  rozdzielić  i  oczyścić . 

     

     

Rozrywanie  wiązań :

Rozrywanie  wiązań :

                            

                            

-  wodorowe - 8M  mocznik

-  wodorowe - 8M  mocznik

                                                    

                                                    

6M  chlorowodorek  guanidyny

6M  chlorowodorek  guanidyny

                            

                            

-  diS - utlenianie  kwasem  nadmrówkowym  do  SO

-  diS - utlenianie  kwasem  nadmrówkowym  do  SO

3

3

2-

2-

                                      

                                      

- redukcja  za  pomocą  β - merkaptoetanolu  do  -SH  a  następnie  należy

- redukcja  za  pomocą  β - merkaptoetanolu  do  -SH  a  następnie  należy

                                        

                                        

podziałać  kwasem  jodooctowym  lub  akrylonitrylem  aby  zablokować

podziałać  kwasem  jodooctowym  lub  akrylonitrylem  aby  zablokować

                                        

                                        

grupę  -SH  i  zapobiec  powstawaniu  nowych  wiązań  diS

grupę  -SH  i  zapobiec  powstawaniu  nowych  wiązań  diS

                            

                            

-  hydrofobowe  -  detergenty

-  hydrofobowe  -  detergenty

                            

                            

-  jonowe  -  kwasy , zasady

-  jonowe  -  kwasy , zasady

                                         

                                         

Rozdział  i  oczyszczanie - podobnie  jak  białka

Rozdział  i  oczyszczanie - podobnie  jak  białka

background image

Enzymy jako 

katalizatory

Enzymy  są  katalizatorami,  które  zwiększają 

szybkość  reakcji  chemicznej,  same  nie  ulegając 

zmianie.  W  nieobecności  enzymu  reakcja  może 

zachodzić  niezwykle  wolno,  natomiast  w  jego 

obecności  szybkość  reakcji  znacznie  wzrasta,  nawet 

do  107  razy.  Reakcje  katalizowane  przez  enzymy 

zazwyczaj  przebiegają  we  względnie  łagodnych 

warunkach  (temperatura  poniżej  100°C,  ciśnienie 

atmosferyczne  i  obojętne  pH)  -  w  porównaniu  z 

warunkami  odpowiednich  niekatalizowanych  reakcji 

chemicznych.  Enzymy  są  wysoce  specyficzne 

względem substratów, na które działają, i produktów, 

które  tworzą.  Poza  tym  aktywność  enzymatyczna 

może  być  regulowana,  zmieniając  się  w  zależności 

od stężenia substratów lub innych cząsteczek. Prawie 

wszystkie 

enzymy 

są 

białkami, 

chociaż 

zidentyfikowano też kilka rodzajów  cząsteczek RNA 

aktywnych katalitycznie.

background image

Energia

aktywacji i stan przejściowy

Zmiany  energii  zachodzące  w  przebiegu  reakcji 

biochemicznej przedstawiono na rysunku. Dla wszystkich 

reakcji  istnieje  bariera  energetyczna,  którą  należy 

pokonać,  aby  umożliwić  przebieg  reakcji.  Jest  to  ilość 

energii  potrzebna  do  przeprowadzenia  cząsteczek 

substratu  w  stan  przejściowy,  który  jest  niestabilną 

formą  chemiczną,  prowadzącą  od  substratów  do 

produktów.  Stan  przejściowy  ma  największą  energię 

swobodną  ze  wszystkich  związków  w  drodze  reakcji. 

Energia  aktywacji  (∆G*)  równa  jest  różnicy  w  energii 

swobodnej  między  stanem  przejściowym  a  substratem

Enzym 

działa 

drodze 

stabilizowania 

stanu 

przejściowego  reakcji  chemicznej  i  zmniejsza  ∆G*

Enzym  nie  zmienia  poziomu  energii  zarówno  substratu, 

jak  i  produktu.  Tak  więc  enzym  zwiększa  szybkość 

przebiegu  reakcji,  ale  nie  wpływa  na  ogólną  zmianę 

energii w tej reakcji.

background image

Zmiana energii 

swobodnej

• Zmiana energii swobodnej (Gibbsa) decyduje, czy reakcja 

będzie energetycznie korzystna, czy niekorzystna. Na 

rysunku przedstawiono przykład, w którym sumaryczna 

zmiana energii reakcji czyni ją energetycznie korzystną (tzn. 

produkty mają niższy poziom energii niż substraty, a ∆G ma 

wartość ujemną). Należy zaznaczyć, że ∆G jest pojęciem 

innym niż ∆G*. Wartość ∆G reakcji jest niezależna od drogi 

reakcji i nie dostarcza żadnej informacji o szybkości reakcji, 

ponieważ o szybkości reakcji decyduje ∆G*. Ujemna wartość 

∆ G wskazuje, że reakcja jest termodynamicznie korzystna 

we wskazanym kierunku (tj. ma dużą szansę przebiegu 

spontanicznego), natomiast dodatnia wartość ∆G wskazuje, 

że reakcja jest termodynamicznie niekorzystna i wymaga 

nakładu energii, aby zajść we wskazanym kierunku. W 

układach biochemicznych ten nakład energii uzyskuje się 

często przez sprzężenie reakcji energetycznie 

niekorzystnej z reakcją energetycznie korzystną (reakcje 

sprzężone).

background image

Zmiany energii zachodzące 

podczas przebiegu reakcji 

biochemicznej

background image

Często jest korzystne odwoływanie się do 
wartości 

G aktualnej dla standardowego 

zestawu  warunków,  jakimi  są  jednakowe 
stężenia (1,0 M) zarówno substratów, jak 
i produktów reakcji oraz przebieg reakcji 
w  stałym  pH  7,0.  W  tych  warunkach 
wartość  stwierdzana  dla 

G  jest  nieco 

odmienna  niż  w  innych  warunkach  i  jest 
określana  jako 

G°.  Przykładem  reakcji 

energetycznie 

korzystnej, 

dużej 

ujemnej  wartości  ∆G°  i  często  używanej 
do  napędzania  reakcji  energetycznie 
niekorzystnych 

jest 

hydroliza 

ATP, 

tworząca ADP i wolny Pi:

background image

Równowaga reakcji

Reakcja  chemiczna  istnieje  zazwyczaj  w  stanie 

równowagi 

dynamicznej, 

której 

mimo 

ustawicznego  przekształcania  nowych  cząsteczek 

substratu  i  tworzenia  nowych  cząsteczek  produktu, 

proporcja substratu do produktu pozostaje stała.
Rozważmy  następującą  reakcję:  gdzie  szybkość 

reakcji w kierunku wprost (od A do B) wynosi 10

-4

 na 

sekundę  (s

-1

),  a  szybkość  reakcji  w  kierunku 

odwrotnym  wynosi  10

-6

  s

-1

.  W  równowadze  stosunek 

stężeń  substratu  i  produktu  stanowi  wartość  stałą, 

znaną jako stała równowagi (K).

background image

Stałą równowagi dla danej reakcji definiuje się jako:

gdzie prostokątne nawiasy oznaczają 
stężenie. Stała równowagi jest 
określona przez stosunek szybkości 
reakcji w kierunku wprost A do B do 
szybkości reakcji w kierunku 
odwrotnym B do A

background image

Tak  więc  dla  tej  reakcji  w  stanie  równowagi 
istnieje  100  razy  więcej  produktu  B  niż 
substratu A, niezależnie od tego, czy enzym jest 
obecny,  czy  nie.  Dzieje  się  tak  dlatego,  że 
enzymy  nie  zmieniają  położenia  równowagi 
reakcji,  ale  przyspieszają  szybkość  reakcji  w 
obu  kierunkach  w  tym  samym  stopniu.  Innymi 
słowy,  enzymy  przyspieszają  osiągnięcie 
stanu  równowagi,  
ale  nie  przesuwają  jego 
położenia. 

przypadku 

pokazanej 

tu 

hipotetycznej  reakcji,  w  nieobecności  enzymu 
reakcja  może  potrzebować  więcej  niż  godzinę 
do  osiągnięcia  stanu  równowagi,  natomiast  w 
obecności 

enzymu 

może 

osiągnąć 

stan 

równowagi w czasie krótszym niż 1 sekunda. 

background image

 Miejsce aktywne

• Miejsce aktywne enzymu jest regionem, który wiąże substrat 

i  przemienia  go  w  produkt.  Zazwyczaj  jest  to  względnie 

niewielka  część  całej  cząsteczki  enzymu  i  stanowi  określoną 

trójwymiarową 

przestrzeń, 

utworzoną 

przez 

reszty 

aminokwasów,  które  w  liniowym  łańcuchu  polipeptydowym 

mogą  leżeć  daleko  od  siebie.  Miejsce  aktywne  jest  często 

szczeliną  lub  zagłębieniem  w  cząsteczce  enzymu,  które  tworzy 

środowisko w znacznym stopniu niepolarne, co ułatwia wiązanie 

substratu.  Substrat(y)  jest  wiązany  w  miejscu  aktywnym  przez 

liczne  słabe  siły  (oddziaływania  elektrostatyczne,  wiązania 

wodorowe,  siły  van  der  Waalsa,  oddziaływania  hydrofobowe),  a 

pewnych 

przypadkach 

przez 

odwracalne 

wiązania 

kowalencyjne.  Po  związaniu  cząsteczki  substratu  i  utworzeniu 

kompleksu  enzym-substrat,  katalitycznie  czynne  reszty  w 

obrębie  aktywnego  miejsca  enzymu  działają  na  cząsteczkę 

substratu  tak,  aby  przekształcić  go  początkowo  w  stan 

przejściowy, a następnie w produkt,  który zostaje uwolniony do 

roztworu.  Potem  enzym,  już  wolny,  może  związać  kolejną 

cząsteczkę substratu i rozpocząć nowy cykl katalityczny.

background image

• Zaproponowano  dwa  modele  wyjaśniające,  jak  enzym  może 

wiązać  swój  substrat.  W  modelu  zamka  i  klucza, 

zaproponowanym  przez  Emila  Fischera  w  1894  roku,  kształt 

substratu  i  aktywnego  miejsca  enzymu  miałyby  pasować  do 

siebie jak klucz do zamkaOba kształty są uważane za sztywne i 

utrwalone  oraz  pasujące  do  siebie  idealnie  po  odpowiednim 

zestawieniu.  W  modelu  indukowanego  dopasowania, 

zaproponowanym  w  1958  roku  przez  Daniela  E.  Koshlanda, 

związanie  substratu  indukuje  zmianę  konformacyjną  

aktywnym miejscu enzymuPoza tym enzym może zniekształcić 

substrat  wymuszając  w  nim  konformację  podobną  do  stanu 

przejściowego. Na przykład, związanie glukozy heksokinazą 

indukuje  taką  konformacyjną  zmianę  w  strukturze  enzymu,  że 

jego  miejsce  aktywne  przyjmuje  kształt  komplementarny  do 

substratu  (glukozy)  tylko  po  jego  związaniu  z  enzymem.  Różne 

enzymy  wykazują  cechy  charakterystyczne  dla  obu  modeli,  a 

więc pewną komplementarność i pewne zmiany konformacji.

background image

Specyficzność 

substratowa

• Właściwości 

ułożenie 

przestrzenne 

reszt 

aminokwasów  tworzących  aktywne  miejsce  enzymu 

determinują  rodzaj  cząsteczki,  która  może  zostać 

związana  i  stać  się  substratem  dla  tego  enzymu.  O 

specyficzności 

substratowej 

często 

decydują 

zmiany stosunkowo niewielkiej liczby aminokwasów w 

miejscu  aktywnym.  Widać  to  wyraźnie  w  trzech 

enzymach trawiennych: trypsynie, chymotrypsynie 

elastazie. Te trzy enzymy należą do rodziny enzymów 

o  nazwie  proteazy  serynowe  —  „serynowe", 

ponieważ  mają  w  miejscu  aktywnym  resztę  seryny, 

której  udział  w  katalizie  jest  krytyczny,  a  „proteazy", 

ponieważ  katalizują  hydrolizę  wiązań  peptydowych  w 

białku.  Te  trzy  enzymy  rozszczepiają  wiązania 

peptydowe 

białkowych 

substratach 

po 

karboksylowej stronie pewnych reszt aminokwasów.

background image

Trypsyna  rozszczepia  (tnie)  po  karboksylowej  stronie 
dodatnio  naładowanych  reszt  Lys  lub  Arg,  chymotrypsyna 
—  po  karboksylowej  stronie  dużych  reszt  aminokwasów 
aromatycznych  i  hydrofobowych,  a  elastaza  —  po 
karboksylowej  stronie  reszt  o  krótkich,  nie  naładowanych 
łańcuchach  bocznych.  Różna  specyficzność  tych  enzymów 
jest  narzucona  przez  charakter  grup  aminokwasów  w 
miejscach 

wiązania 

substratu, 

komplementarnych 

względem  substratu,  na  który  działają.  Tak  więc  trypsyna 
ma  w  swym  miejscu  wiązania  substratu  ujemnie 
naładowaną  resztę  Asp,  która  oddziałuje  z  dodatnimi 
ładunkami  na  bocznych  łańcuchach  Lys  i  Arg  substratu
Chymotrypsyna  ma  w  miejscu  wiązania  substratu  reszty 
aminokwasów  o  krótkich  łańcuchach  bocznych,  takie  jak 
Gly  i  Ser,  co  umożliwia  wejście  do  tych  miejsc  dużych 
łańcuchów  bocznych  substratu.  Natomiast  elastaza  ma 
względnie  duże,  nie  naładowane  boczne  łańcuchy 
aminokwasów  Val  i  Thr,  wystające  do  miejsca  wiązania 
substratu, co pozwala na wejście do tego miejsca wyłącznie 
krótkich łańcuchów bocznych Gly i Ala substratu.

background image

Klasyfikacja enzymów

• Wiele  enzymów  ma  nazwy  utworzone  przez  dodanie  końcówki 

,,-aza"  do  nazwy  substratu.  Tak  więc  ureaza  jest  enzymem 

katalizującym  hydrolizę  mocznika  (ang.  urea),  a  fruktozo-l,6-

bisfosfataza hydrolizuje fruktozo-1,6-bisfosforan. Jednakże pewne 

enzymy, np. trypsyna i chymotrypsyna, mają nazwy nie odnoszące 

się  do  ich  substratów  (nazwy  zwyczajowe).  Są  też  enzymy,  które 

mają po kilka różnych nazw. W celu ujednolicenią nazw enzymów 

opracowano 

system 

nazewnictwa 

enzymów, 

uzgodniony 

międzynarodowo  (Enzyme  Commission  —  EC).  System  ten  dziel 

wszystkie  enzymy  na  sześć  głównych  klas,  opartych  na  typie 

prowadzonej 

reakcji

Następnie 

każdy 

enzym 

zostaje 

zidentyfikowany prze czteroliczbowy numer. Tak więc trypsyna ma 

numer  (EC)  3.4.21.4,  przy  czym  pierwsza  liczba  (3)  oznacza,  że 

jest  ona  hydrolazą,  druga  liczba  oznacza,  że  jest  proteazą,  która 

hydrolizuje  wiązania  peptydowe,  trzeci  liczba  (21)  oznacza,  że 

enzym  jest  proteazą  serynową,  mającą  w  miejsc  aktywnym 

krytyczną  resztę  seryny,  a  czwarta  liczba  (4)  wskazuje,  że  to 

czwarty enzym historycznie przypisany do tej klasy. Dla porównani 

chymotrypsyna ma numer EC 3.4.21.1, a elastaza 3.4.21.36.

background image
background image

Koenzymy i grupy 

prostetyczne

• Wiele enzymów wymaga do swego specyficznego działania 

obecności  małych  jednostek  niebiałkowych  o  nazwie 

kofaktory. Kofaktorami może być jeden lub więcej jonów 

nieorganicznych,  np.  Zn

2+

  lub  Fe

2+

,  albo  złożona 

cząsteczka organiczna o nazwie koenzym. Taki metal lub 

koenzym,  który  jest  kowalencyjnie  związany  z  enzymem, 

nazwa 

się 

grupą 

prostetyczną 

(np. 

hem 

hemoglobinie).  Całość  katalitycznie  aktywnego  enzymu 

wraz z jego koenzymem lub jonem metalu określa się jako 

holoenzym.  Sama  białkowa  część  enzymu  bez  jego 

kofaktora jest nazywana apoenzymem. Pewne koenzymy, 

takie  jak  NAD

+

,  są  wiązane  i  uwalniane  przez  enzym  w 

czasie  jego  cyklu  katalitycznego  i  dlatego  działają  one 

właściwie  jako  kosubstraty.  Wiele  koenzymów  jest 

pochodnymi  prekursorów  —  witamin,  które  są  często 

istotnym 

składnikiem 

pożywienia, 

których 

niedostateczny dopływ wywołuje choroby z niedoboru.

background image

Dinukleotyd 

nikotynoamidoadeninowy 

(NAD

+

oraz 

fosforan 

dinukleotydu 

nikotynoamidoadeninowego 

(NADP

+

są 

koenzymami mającymi wspólną strukturę opartą 
na  adeninie,  dwóch  cząsteczkach  rybozy (cukru) 
powiązanych 

grupami 

fosforanowymi 

pierścieniu  nikotynoamidowym.  NADP

+

  różni  się 

od 

NAD

+

 

dodatkową 

grupą 

fosforanową 

przyłączoną  do  jednej  z  cząsteczek  rybozy.  Oba 
te  koenzymy  pełnią  jedną  z  podstawowych 
funkcji,  jaką  jest  przenoszenie  elektronów  i 
udział  w  reakcjach  oksydoredukcyjnych. 
NAD

+

  jest  częściej  używany  w  reakcjach 

katabolicznych  (rozkładu),  natomiast  NADP

+

 

jest  używany  w  reakcjach  anabolicznych 
(biosyntezy).  Reaktywną  częścią  obu  cząsteczek 
jest  pierścień  nikotynoamidowy,  który  może 
występować  w  formie  albo  zredukowanej,  albo 
utlenionej,  a  w  ten  sposób  działać  w  reakcji 
enzymatycznej 

jako 

akceptor 

lub 

donor 

elektronów:

background image
background image

Dinukleotyd 

flawinoadeninowy 

(FAD) 

oraz 

mononukleotyd 

flawinowy 

(FMN) 

również 

są 

przenośnikami  elektronów  i  mają  podobną  strukturę 
chemiczną.  Oba  te  koenzymy  zawierają  jednostkę 
mononukleotydu  flawinowego, 

która 

ma 

miejsce 

reaktywne.  FAD  ma  dodat kową  grupę  cukrową  i  zasadę 
adeninową,  powiększające  jego  strukturę.  FAD  oraz  FMN 
reagują  z  dwoma  protonami  oraz  z  dwoma  elektronami, 
oscylując między stanem utlenionym i zredukowanym:


Document Outline