Białka 2

Informacje wstępne

Białka, wielkocząsteczkowe związki organiczne składające się z długich łańcuchów połączonych ze sobą aminokwasów. Są zasadniczymi elementami metabolicznymi i strukturalnymi komórek, tkanek i narządów roślin i zwierząt. Budowa białek zależy od proporcji, ilości i kombinacji (ok. 10100 różnych układów), wyróżnia się struktury: pierwszorzędową (określającą kolejność aminokwasów w łańcuchach peptydowych), drugorzędową (określaną przez przestrzenny układ gł. łańcucha), trzeciorzędową (zdeterminowaną przez wzajemne oddziaływania łańcuchów bocznych) i czwartorzędową (ustalającą wzajemne położenie łańcuchów tworzących podjednostki białek). Dzielą się na proste (proteiny) i złożone (proteidy). Białka proste zbudowane są tylko z aminokwasów, białka złożone natomiast składają się z białek prostych i grup o nieaminokwasowym charakterze, np. nukleotydów, kwasów nukleinowych, cukrowców, atomu metalu itp., zwanych grupami prostetycznymi. Białkami prostymi są albuminy, globuliny, białkami złożonymi zaś - hemoglobina, insulina i wszystkie enzymy. Cząsteczki białka mogą przejmować różne kształty, najczęstsze to: sferoidalne (białka globularne) i włókienkowe (białka fibrylarne). Kolejność aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym decyduje o strukturze przestrzennej białka. Niektóre białka tworzą struktury nadcząsteczkowe, np. hemoglobina ma strukturę tetraedryczną, aktyna - fibrylarną, kolagen - superhelikalną. Białka pod wpływem wielu czynników tracą swą charakterystyczną strukturę przestrzenną bezpowrotnie (denaturacja białek), bądź odwracalnie. Białka są niezbędnym budulcem struktur komórkowych i tkankowych, u roślin często materiałem zapasowym (np. w nasionach zbóż i roślin strączkowych), stanowią także ważne składniki płynów ustrojowych. U człowieka białka stanowią ok. 56-60% suchej masy ciała. np. włosy są prawie w całości zbudowane z keratyny;  

 

Struktura białek: A) struktura drugorzędowa białka powstaje gdy aminokwasy sąsiadujące w łańcuchu polipeptydowym (struktura pierwszorzędowa) tworzą wiązania wodorowe, B) trójwymiarowa, trzeciorzędowa struktura białka powstaje na skutek oddziaływań pomiędzy aminokwasami znajdującymi się w różnych miejscach skręconej, drugorzędowej struktury białka, C) czwartorzędowa struktura białka powstaje ze zwinięcia dwóch lub więcej łańcuchów polipeptydowych. 

Funkcja Białek

Białka pełnią wiele funkcji i w związku z tym można je podzielić na: transportujące, przechowujące, strukturalne, regulatorowe, toksyny, przeciwciała, hormony, enzymy i białka aparatu kurczliwego. Podział ten jest umowny ponieważ białka mogą spełniać więcej niż jedną funkcję. Białka stanowią podłoże lub biorą udział w licznych procesach fizjologicznych: przenoszeniu i magazynowaniu różnych substancji, utlenianiu tkankowym, krzepnięciu krwi, pocesach odpornościowych, procesach widzenia, przewodzenia bodźców nerwowych, skurczu mięśni, dostarczaniu energii, regulacji procesów metabolicznych, stężenia jonów, ciśnienia osmotycznego. Wszystkie te funkcje białka spełniają dzięki odwracalnym zmianom swej struktury przestrzennej.

Biosynteza białka

Biosynteza białka, zachodzący w żywych komórkach organizmu proces powstawania białka uwarunkowany przez zapisaną w DNA (kwasy nukleinowe) informację genetyczną (gen). Pierwszym jego etapem jest transkrypcja odpowiedniego odcinka DNA, która polega na syntezie RNA na matrycy określonego odcinka DNA przy udziale polimerazy RNA. RNA powstały w wyniku transkrypcji, zawierający informacje dla syntezy białek, zwany jest mRNA. Przenosi on transkrybowaną informację genetyczną z jądra do cytoplazmy. Tutaj dochodzi do modyfikacji mRNA, tzn. do wycinania, z udziałem odpowiednich enzymów, sekwencji niekodujących - intronów i pozostawiania sekwencji kodujących - egzonów. Tak zmodyfikowane i skrócone cząsteczki mRNA wnikają pomiędzy dwie podjednostki rybosomów, gdzie odbywa się właściwe odczytywanie kodu genetycznego i przepisywanie go na sekwencję aminokwasową białka w procesie zwanym translacją. Znajdujące się w cytoplazmie aminokwasy są przenoszone na rybosomy za pomocą tRNA. Cząsteczki tRNA z doczepionymi aminokwasami przedostają się do rybosomów i kolejno dopasowują się, na zasadzie komplementarności, swoimi antykodonami do odpowiednich kodonów mRNA. Translacja zaczyna się od kodonu startowego, zapewniającego dalsze odczytywanie mRNA we właściwej kolejności - najczęściej jest to kodon AUG lub GUG, a kończy się kodonem symbolizującym ostatni aminokwas. Po zakończeniu syntezy cząsteczki białka wędrują przez przestrzenie pomiędzy błonami reticulum endoplazmatycznego do aparatu Golgiego albo wydzielane są na zewnątrz komórki, lub pozostają przez jakiś czas związane z błonami ziarnistego reticulum endoplazmatycznego i wykorzystywane jako białka wewnątrzkomórkowe. Energia potrzebna do syntezowania wiązań peptydowych pochodzi z wysokoenergetycznych wiązań ATP. Biosynteza białka może zachodzić również w mitochondriach i plastydach roślinnych, w których występuje DNA

biosynteza białka

Denaturacja Białek 

Denaturacja białek to nieodwracalna zmiana struktury białka i jego koagulacja (a co za tym idzie zmiana jego właściwości biologicznych, fiz. i chem.), zachodząca pod wpływem ogrzewania, kwasów, alkoholu, formaliny lub soli metali ciężkich; powodem zmian struktury jest zniszczenie wiązań wodorowych lub mostków dwusiarczkowych (jony metali ciężkich tworzące nierozpuszczalne sole).

Pojęcia dodatkowe

Ciśnienie osmotyczne, siła, z jaką cząsteczki rozpuszczone działają przyciągająco na rozpuszczalnik, gdy dwa niskocząsteczkowe roztwory związków chemicznych (o małej masie cząsteczkowej) są rozdzielone błoną półprzepuszczalną. Taką błoną jest błona komórkowa. Ciśnienie osmotyczne zależy od stężenia związku chemicznego w rozpuszczalniku, którym jest najczęściej woda; przyczyną jego powstawania jest dążenie układu do wyrównania stężeń.

 

Transkrypcja, w genetyce przepisywanie informacji genetycznej z DNA na mRNA (kwasy nukleinowe), zachodzące w jądrze komórkowym w drodze syntezy RNA na matrycy DNA, kodującej białko. Z kolei mRNA w procesie translacji przekazuje informację genetyczną, według której zostaje ustalona sekwencja aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym.

transkrypcja białka

Polimeraza, jeden z enzymów należących do transferaz, katalizujący przyłączanie kolejnych nukleotydów do nici polinukleotydowej, np. DNA (zasadniczy czynnik procesu jej replikacji) lub RNA (warunkując proces transkrypcji).

---