Białka

Zbudowane z aminokwasów, z polimerów.
Wszystkie zawierają węgiel, wodór, azot i tlen, a prawie wszystkie siarkę. W niektórych białkach stwierdzono ponadto występowanie innych pierwiastków a szczególnie takich jak fosfor, żelazo, cynk, miedź.
Jednostką powtarzalną białek są aminokwasy. Aminokwasy łączą się ze sobą przez wiązania peptydowe.
Podział:
Białka dzielimy na podstawie ich składu na dwie główne klasy: białka proste i złożone.

Do białek prostych należą te które w wyniku hydrolizy uwalniają jedynie aminokwasy (brak innych organicznych czy nieorganicznych produktów hydrolizy).

Wiązania peptydowe:
Wiązania między węglem a azotem. Wiązanie bezwodnikowe.

W białkach występują też wiązania kowalencyjne. Wiązania peptydowe są jedynymi wiązaniami kowalencyjnymi między następującymi po sobie aminokwasami w szkielecie polipeptydowym. Kwasowo- zasadowy charakter polipeptydu wynika z obecności w nim grup: aminowej aminokwasu NH2 końcowego, karboksylowej COOH końcowego i jonizujących grup R.

Struktura białek:
I rzędowa struktura (nitka) – sekwencja wiązań peptydowych
II rzędowa struktura (ułożenie nitki) – ułożenie przestrzenne atomów w cząsteczce aminokwasu
III rzędowa struktura – ułożenie grup funkcyjnych aminokwasów w przestrzeni

Masy cząsteczkowe białek:
Najniższą wartość przyjęto umownie około 6 000, najwyższe sięgają 1 000 000 lub nawet więcej.
Niektóre białka występują w formie wysokocząsteczkowych i tak trwałych kompleksów że można je wyizolować z komórek i tkanek w postaci jednorodnej lub nawet krystalicznej. Przykładem takiego białka jest kompleks syntezy kwasów tłuszczowych: jest to układ 7 funkcjonalnych enzymów, który można wyizolować z komórek drożdży jako trwałe i jednorodne grono.
Konformacja białek:

Wyróżniamy białka fibrylarne i globularne.
Białka fibrylarne (włókienkowe) to substancje odporne na działanie czynników fizycznych oraz są nierozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli. Białka włókienkowe stanowią podstawowy element strukturalny tkanki łącznej u zwierząt wyższych np. kolagen ścięgien i substancja podstawowa tkanki kostnej alfa-kreatyna włosów, skóry, paznokci oraz elastyna tkanki łącznej sprężystej.
Białka globularne to większość poznanych enzymów. Rozpuszczalne e roztworach wodnych i łatwo w nich dyfundują. W komórce pełnią funkcję ruchową, dynamiczną.
Niektóre białka są pośrednią formą między fibrylarnymi a globularnymi np. miozyna.

Białka z więcej niż 1 łańcuchem polipeptydowym:
Są to białka oligometryczne a ich składowe łańcuchów noszą nazwę protomerów.
Np. Hemoglobina z czterech łańcuchów (dwa identyczne alfa i dwa beta).

Denaturacja:
Jest to nieodwracalny proces polegający na niszczeniu przestrzennej struktury białka pod wpływem wysokiej temperatury, soli metali ciężkich, stężonych kwasów, wysokiego ciśnienia, promieniowania ultrafioletowego. Czynniki te powodują rozerwanie wiązań wodorowych, jonowych, mostków disiarczkowych, czyli po prostu niszczą wiązania stabilizujące strukturę łańcuchów polipeptydowych. Skutek – utrata właściwości biologicznych, fizycznych i chemicznych.
Białka mogą funkcjonować w wąskich zakresach pH i temperatury.
Większość białek ulega denaturacji po przekroczeniu temperatury 50-60 stopni, a niektóre również wtedy gdy zostanie oziębione poniżej 10-15 stopni.
Denaturacja wiąże się zwykle ze spadkiem rozpuszcalności.

Wysalanie białek – strącanie białek z roztworów poprzez dodanie stężonego roztworu soli. Proces jest wynikiem zaburzenia otoczki solwatacyjnej i agregacji cząsteczek białek w wyniku łatwiejszego kontaktu pomiędzy polarnymi grupami sąsiadujących cząsteczek. Do wysalania stosuje się sole metalu lekkiego (np. KCl) lub amonu, np. siarczanu amonu. Proces ten jest przejściem zolu w żel (koagulacja), nie narusza struktury białka, także czwarto- i trzeciorzędowej (nie powoduje denaturacji) i jest odwracalny.

Renaturacja:
Rozwinięta cząsteczka powraca do formy rodzimej, ponowne pofałdowanie, hartowanie.

Funkcjonalna różnorodność białek:
Największą grupę stanowią enzymy. Poznano ich około 1000. Zwykle mają konformację globularną.


Druga grupa to białka z rolą enzymów strukturalnych. Np. kolagen – białko włókienkowe, syntetyzowane przez fibroblasty. Elastyna, alfa-kreatyna
Trzeci typ działają jako elementy w układach kurczliwych i ruchowych np. aktyna i miozyna.
Przeciwciała – typ białek:
Przeciwciała – immunoglobuliny. Pojawiają się w surowicy krwi i tkankach kręgowców jako odpowiedź na wtargnięcie antygenu, którym może być białko lub inna wielocząsteczkowa substancja.

Właściwości fizyczne:
- ich roztwory wykazują cechy roztworów koloidalnych
- nie posiadają ściśle określonych temperatur przejść fazowych.
- ulegają denaturacji - nieodwracalnemu zniszczeniu trzecio i czwartorzędowej struktury białka, w wyniku czego białko traci swoje właściwości biologiczne.
Cechy wszystkich białek:
- charakter wielocząsteczkowy
- zdolność wiązania jonów posiadają
- ulegają wysalaniu pod wpływem soli
- wrażliwe na wysoką temperaturę
Funkcje białek:
- transport i magazynowanie
- ruch uporządkowany - składnik mięśni
- mechaniczno-strukturalna – elastyczność mięśni
- ochrona immunologiczna
- kataliza enzymatyczna
- wytwarzanie i przenikanie impulsów nerwowych
Wyróżnia się reakcje charakterystyczne, za pomocą których można wykryć białka. Należą do nich:
Reakcja biuretowa: wykrywa wiązanie peptydowe. W wyniku reakcji białka z roztworem siarczanu (VI) miedzi oraz zasady sodowej powstaje czerwono fioletowy osad.
Reakcja ksantoproteinowa: wykrywa białka zawierające aminokwasy, posiadające pierścień aromatyczny. W wyniku reakcji z kwasem azotowym (V) powstaje żółte zabarwienie.

Aminokwasy

Związki organiczne zawierające co najmniej jedną grupę karboksylową – COOH i co najmniej jedną aminową –NH2.
Związki dwu lub wielofunkcyjne.
W skład białek wchodzi tylko 20 z 300 różnych aminokwasów. Przez obecność tych dwóch grup są związkami amfoterycznymi, czyli mogą reagować jak kwasy i jak zasady. Naturalnie występuje ok. 20 aminokwasów, które budują wszystkie białka. Są to tzw. α-aminokwasy białkowe (naturalne), czyli aminokwasy, w których grupa aminowa i grupa karboksylowa jest związana z tym samym atomem węgla.
Wzór aminokwasu:


Wszystkie aminokwasy białkowe poza proliną mają wolną grupę karboksylową i aminową.

Prolina jest właściwie iminokwasem, ponieważ jej grupa aminowa tworzy pierścień z grupą boczną.
Podział aminokwasów:
- niepolarne czyli hydrofobowe
- polarne nie wykazujące ładunku
- polarne z ładunkiem dodatnim, zasadowe
- polarne z ładunkiem ujemnym, kwaśne
AROMATYCZNE: tyrozyna, tryptofan, fenyloalanina, mesalazyna

1. Podział aminokwasów w związku z budową łańcucha węglowego:

a) aminokwasy alifatyczne, hydroksyaminokwasy należą do nich seryna oraz treonina. Łańcuchy boczne, które posiadają są neutralne czyli pozbawione ładunku oraz polarne ze względu na obecność grupy hydroksylowej,

b) aminokwasy siarkowe należą do nich cysteina oraz metionina. Cysteina przy wpływie łagodnych czynników, które są utleniające dimeryzuje czyli podlega reakcji chemicznej do cystyny i tworzy się wiązanie disiarczkowe,

c) aminokwasy aromatyczne oraz heterocykliczne, należą do nich aminokwasy, które zawierają podstawnik aromatyczny czyli fenyloalanina, tyrozyna oraz tryptofan. W tyrozynie w pierścieniu występuje dodatkowo grupa hydroksylowa. Przykładem aminokwasu heteroaromatycznego jest tryptofan,

d) aminokwasy alifatyczne należą do nich: leucyna, alanina, walina, izoleucyna i prolina. Charakteryzują się posiadaniem alifatycznego, niepolarnego czyli hydrofobowego łańcucha bocznego (R).

2. Aminokwasy charakteryzujące się na polarnością grupy R występującej w pobliżu węgla a dzielimy na:

a) aminokwasy polarne – należą do ich: glicyna, arginina, asparagina, tyrozyna, lizyna, cysteina, kwas asparaginowy oraz glutaminowy, treonina, seryna i histydyna,

b) aminokwasy niepolarne – należą do ich: alanina,leucyna, izoleucyna, metionina, fenyloalanina, prolina i walina.

Hydrofobowe np. alanina, walina, leucyna, prolina, fenyloalanina, tryptofan
Hydrofilowe np. glicyna, cysteina, treonina, tyrozyna,

Glicyna (Gly)

Alanina (Ala)

Tyrozyna (Tyr)

Kwaśne np. kwas asparaginowy
Zasadowe np. lizyna

Aminokwasy jednoaminojednokarboksylowe w roztworze o niskiej wartości pH są kwasami dwuzasadowymi, przy podwyższonym pH do około 6 z grupy karboksylowej dysocjuje proton a aminokwas przyjmuje elektrycznie obojętną formę jonu dwubiegunowego. Dalszy wzrost pH powoduje utratę drugiego protonu i przyjęcie przez cząsteczkę formy jonowej.
Właściwości fizyczne:
- krystaliczne ciała stałe
- w znacznym stopniu rozpuszczalne w wodzie i alkoholu
- na ogół nie rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych
- charakteryzują się wysoką temperaturą topnienia
Otrzymywanie aminokwasów:
W reakcji fluorowcokwasów z amoniakiem.
W reakcji Streckera (reakcja aldehydu z cyjanowodorem, a następnie z amoniakiem i hydroliza, w wyniku czego powstają aminokwasy).
Glicyna – najmniejszy aminokwas
Alanina – grupa boczna to CH3
Kwasowy aminokwas 2 grupy karboksylowe

Lipidy

Nie mają ścisłej budowy, są hydrofobowe, nierozpuszczalne w wodzie substancje organiczne.
Ze względu na budowę chemiczną lipidy można podzielić na:
Lipidy proste - estry kwasów tłuszczowych i alkoholi ( lipidy właściwe, woski)
Lipidy złożone - związki zawierające oprócz kwasów tłuszczowych i alkoholi także inne składniki (fosfolipidy, glikolipidy, inne lipidy złożone)
Lipidy pochodne - pochodne lipidów prostych i złożonych, powstałych przede wszystkim w wyniku ich hydrolizy, zachowując ogólne właściwości lipidów (kwasy tłuszczowe, alkohole, węglowodory)

Lipidy właściwe (obojętne) - są to estry kwasów tłuszczowych i glicerolu.
Budowa: alkohol (glicerol) + cząsteczki kwasów tłuszczowych
Woski - są to estry wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi innych niż glicerol.

Fosfolipidy - są to lipidy zawierające kwas fosforowy jako mono lub diester. Np. lecytyna, ogonek hydrofobowy kwas tłuszczowy, głowka hydrofilowa reszta kwasu fosforowego.
Glikolipidy - są to związki zawierające co najmniej jeden cukier połączony wiązaniem glikozydowym z częścią lipidową.
Sterydy – budowa pierścieniowa, cholesterol, sole żółciowe.



Kwasy tłuszczowe - tłuszcze zbudowane są z kwasów tłuszczowych, których budowa chemiczna determinuje podział tych związków na kwasy tłuszczowe nasycone – pojedyncze wiązania , nienasycone – podwójne konformacja cis.
Budowa: długie łańcuchy węglowodorowe + grupa karboksylowa, łączą się z alkoholem wiązaniem estrowym

Kwasy tłuszczowe nasycone (ważniejsze): masłowy, palmitynowy, stearynowy
Kwasy tłuszczowe nienasycone (ważniejsze): oleopalmitynowy, oleinowy

Funkcje lipidów:
- składniki strukturalne błon
- wewnątrzkomórkowy zapas paliwa metabolicznego
- forma transportowa paliwa metabolicznego
- składniki ochronne ścian komórkowych wielu bakterii, roślin wyższych, skóry kręgowców.
- budulcowa – fosfolipidy
- tworzą błonę komórkową – glikolipidy
- cholesterol – składnik błon cytoplazmatycznych
- główne źródło niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach (A,D,E,K)

Cukrowce – węglowodany, sacharydy, cukry

Aldehydy lub ketony wielowodotrotlenowe o empirycznym wzorze (CH2O)n).
Posiadają grupy funkcyjne:
- hydroksylowe - OH
- aldehydowe – CHO (właściwości redukujące)
- ketonowe – C=O (właściwości redukujące)

Podstawowym kryterium podziału węglowodanów jest podział na:
1. cukry proste- monosacharydy, jednocukry – glukoza, fruktoza, galaktoza, ryboza (5 węglowa), fosforybuloza (ketoza) C6H12O6
są to ketozy albo aldozy (aldoza - Glukoza), najdłuższe cukrowce.
Najprostszymi monosacharydami są trójwęglowe triozy: aldehyd glicerynowy (aldotrioza)
Białe substancje krystaliczne, łatwo rozpuszczalne w wodzie, nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych, większość z nich ma słodki smak.
Anomerami mogą być monosacharydy mające 5 lub więcej atomów węgla – trwałe pierścienie.
Najczęściej występują pentozy C5 i heksozy C60

Proste cukry można także podzielić na:
- aldozy charakteryzujące się grupą aldehydową i jest to np.: dezoksyryboza, ryboza, glukoza, galaktoza
- ketozy charakteryzujące się grupą ketonową i jest to np.: fruktoza, fosforybuloza
2. cukry złożone, dzielące się na:
i. disacharydy - dwucukry złożone z dwóch reszt cukrów prostych;
Sacharoza C12H22O11 (glukoza + fruktoza) alfa 1,2 glikozydowe - ketoza
Maltoza C12H22O11 (glukoza + glukoza) alfa 1,4 glikozydowe
Laktoza (Glukoza + galaktoza) beta 1,4 glikozydowe (cukier mleka ssaków)
Sacharoza – cukier buraczany, trzcinowy, główny związek transportowy węgla w roślinach, słodzik.
Lepszy transport niż glukozy.

Właściwości:
Właściwości redukujące – np. maltoza wiązanie alfa 1,4 glikozydowe (pierwszy węgiel pierwszej cząsteczki z 4 węglem drugiej cząsteczki) otwieranie się pierścienia.

Nieredukujące – glukoza, polisacharydy wiązanie alfa 1,2 glikozydowe( wiązanie od pierwszego węgla glukozy i od 2 węgla fruktozy, czyli przy grupach ketonowej i aldehydowej, nie otwiera się pierścień)
ii. oligosacharydy - kilkocukrowce złożone z kilku (3-6) reszt jednocukrów;
aktywny transport przez błonę
iii. polisacharydy - wielocukry, których cząsteczki zbudowane są z kilkuset do kilku tysięcy reszt monosacharydów;
Powstają w wyniku polikondensacji monosacharydów
Wiązania o-glikozydowe, bezwodnikowe
Skrobia – polimer glukozy, materiał zapasowy w nasionach i bulwach
Glikogen – polimer glukozy, materiał zapasowy u zwierząt, wątroba i mięśnie szkieletowe
Celuloza – najwięcej, polimer glukozy, funkcja podporowa u roślin
Chityna – substancja podporowa w ścianie komórkowej grzybów.
Funkcje cukrowców:
- materiał zapasowy (skrobia, glikogen)
- materiał budulcowy (celuloza, chityna)
- metabolity pośrednie (fosforany cukrów)
- antygeny (glikoproteiny)
- szkielet DNA i RNA

Nukleotydy

Stanowią jednostki budulcowe kwasów nukleinowych, a tym samym uczestniczą w molekularnych mechanizmach przechowywania, replikacji i transkrypcji informacji genetycznej.
Biorą udział w przetwarzaniu energii, nośniki informacji
Są rozpuszczalne w wodzie, łatwo można je rozdzielić lub zidentyfikować stosując chromatografię bibułową lub cienkowarstwową.
Łatwo ulegają hydrolizie przy ogrzewaniu w obecności kwasu.
Są to estry nukleozydów i kwasu fosforowego.
Budowa: Reszta cukrowa (pentoza) + reszta fosforanowa + zasada azotowa (purynowa, pirydyminowa)
Polimer DNA deoksyryboza, RNA ryboza.
- podstawowy składnik komórek
- biorą udział w podstawowych procesach biochemicznych (synteza białka, podział komórek)
Trifosforan adenozyny ATP = donor reszt fosforanowych, źródło energii
2 zasady azotowe NAD+, NADP+, FAD = uczestniczą w procesach biochemicznych, w trakcie których zachodzą reakcje REDOX, utlenianie, redukcja.
- przenoszą energię, cząseczki sygnałowe

Kwasy nukleinowe

Organiczne związki chemiczne, biopolimery zbudowane z nukleotydów.
Budowa:
Monomer kwasu nukleinowego - nukleotyd - składa się z nukleozydu czyli cząsteczki pentozy (dla RNA rybozy, dla DNA deoksyrybozy) do której przyłączona jest, przy pierwszym atomie węgla, wiązaniem N-glikozydowym zasada azotowa (purynowa lub pirymidynowa) oraz z reszty fosforanowej, przyłączonej do trzeciego oraz piątego atomu węgla dwóch sąsiednich pentoz polimeru. Czyli między nukleotydami występuje wiązanie fosfodiestrowe.
Zasadami są adenina, guanina, cytozyna oraz uracyl (w RNA) lub tymina (w DNA).
Nukleotydy połączone wiązaniem fosfodiestrowym.
Wiązanie fosfodiestrowe – wiązanie chemiczne powstające w wyniku połączenia dwóch grup hydroksylowych przez grupę fosforanową. Bezwodnikowe, łatwo się tworzy i rozrywa.

Funkcje:
- przechowywanie informacji genetycznej
- pośredniczenie w produkcji białek zgodnie z zasadami kodu genetycznego
- funkcje enzymów (rybozymy)
Łańcuchy DNA są względem siebie komplementarne, a to znaczy, że nukleotyd adeninowy jednej nici jest zawsze związany z nukleotydem tyminowym drugiej nici podwójnym wiązaniem wodorowym, natomiast nukleotyd cytozynowy jednej nici jest związany z nukleotydem guaninowym drugiej nici, potrójnym wiązaniem wodorowym. Jest to tzw. zasada komplementarności, czyli parowania zasad azotowych.

Reakcja	Odczyn pH	Barwa	Odczynnik	Reaguje	Nie reaguje
Biuretowa	zasadowy	fioletowa	NaOH, CuSO4	Zw z wiązaniami peptydowymi- białka	Co innego
Nihydrynowa	obojętne	Niebiesko-fioletowa	Nihydryna w 50% etanolu	Aminokwasy, peptydy, białka, aminocukry, amoniak, sole amonowe	Co innego
Ksantoproteinowa	alkaliczne	Żółto-pomarańcz	St HNO3, 30% NaOH	Aminokwasy aromatyczne	Aminokwasy niearomatyczne
Grupy tiolowe	zasadowe	Czarny osad	NaOH, octan ołowiu	Aminokwasy z gr tiolowymi	Inne aminokwasy
Odczyn Molischa	kwaśne	Czerwono-fiołkowa	10% alkoholowy roztwór alfa naftalenu, st H2SO4	Cukry	Co innego
Metoda antronowa	kwaśne	zielona	St H2SO4, 0,2% roztwór antronu	Cukry obojętne	Aminocukry
Odczyn Seliwanowa	Kwaśne	Czerwono- wiśniowa	St HCl, (ryzorycyna)	Ketocukry	Inne cukry, aldozy
Odczyn Biala	kwaśne	zielone	Odczynnik orcynowy	pentozy	Inne cukry np. heksozy
Odczyn Fehlinga	Obojętne	Brunatnoczerw osad	Felhinga I i II	Cukry o odczynie redukującym	O odczynie utleniającym lub obojętne
Odczyn Barfoeda	Słabo kwaśne	Czerwona	Odczynnik Barfoeda	Cukry proste, zaraz po ogrzaniu	Dwucukry reduk, po 20 minutach
Papier bezdrzewny od drzewnego	kwaśne	wiśniowa	Floroglucyna, HCl	Papier gazetowy, drzewny (pentozany)	Papier bezdrzewny
Odczyn Liebermanna Burcharda	kwaśne	Różowo- czerwona potem zielona	St kwas siarkowy, bezwodnik kwasu octowego	Cholesterol	Co innego

Enzymy

Budowa enzymów (katalizatory):
- białka o masach cząsteczkowych od 9 kDa do 500 kDa
- centrum aktywne
- niebiałkowe składniki (metale, koenzymy)

Enzym = część białkowa APOENZYM + KOENZYM, grupa prostetyczna, część niebiałkowa

Systematyka enzymów ze względu na funkcje:
-oksydoreduktazy – reakcje redoks
-transferazy – przenoszenie grup funkcyjnych
-hydrolazy – reakcje z wodą
-liazy – reakcje bez wody
-izomerazy – przenoszenie wewnątrzcząsteczkowe
-ligazy – synteza

INWERTAZA- wiązania 1,2 glikozydowe - sacharoza
AMYLAZA - wiązania 1,4 glikozydowe skrobia

ENZYMOLOGIA:
-stabilizują pewne formy przejściowe aby w przewadze był 1 produkt
-siła katalityczna
-selektywność stabilizacji (która z potencjalnie możliwych reakcji chemicznych zostanie zrealizowana)
-specyficzność substratowa
- regulacja (zdolność do sprzężenia działania różnych miejsc wiążących)

Miejsce aktywne enzymów cechy:
-miejsce wiązania substratu
-miejsce aktywne jest układem przestrzennym
-wiązanie katalizator=enzym, substrat jest słabe przez co odwracalne, słabe żeby enzym nie wszedł do produktów
- miejsce aktywne to zagłębienie lub szczelina
-specyficzność wiązania zależy od precyzyjnie określonego UŁOŻENIA w miejscu aktywnym (specyficzność substratowa)

V= k * [E]
k= stała szybkości reakcji
v= liczba moli produktu utworzonego w czasie 1 s przy stałym stężeniu eznymu

V= Vmax ([s])/Km+[s]
[s] substrat
Km= powinowactwo enzymu do substratu
K zależy od środowiska i stężenia enzymu
Wyznaczanie stałej Michaelisa – zmiana absorbancji

Km- stała michaelisa to stężenie przy którym szybkość reakcji….

Aktywność enzymu reguluje:
-ph
-temperatura
-światło
-zmiana kinetyki szybkości reakcji

INHIBITORY:
*ODWRACALNE
-współzawodniczące – kompetencyjne (wiążą się w miejscu wiązania substratu)
-niewspółzawodniczące - niekompetyncyjne
-mieszane
*NIEODWRACALNE (in aktywatory = hamuja)
-niekompetencyjne = przyłączają się w innym miejscu niż miejsce wiązania substratu

Stosunek inhibitora do substratu ważny:
Inhibicja może być nieodwracalna - polegać na trwałym związaniu cząsteczki inhibitora (I) z enzymem, bądź może mieć charakter odwracalny, kiedy utworzony kompleks enzym-inhibitor (E-I) szybko dysocjuje.
Zjawisko inhibicji nieodwracalnej jest wykorzystywane w działaniu niektórych antybiotyków – na przykład penicylina blokuje transpeptydazę – enzym niezbędny do syntezy bakteryjnych ścian komórkowych. Podczas inhibicji odwracalnej cząsteczka inhibitora jest czasowo wiązana z miejscem aktywnym enzymu bądź z innym centrum allosterycznym. W inhibicji o charakterze kompetytywnym, inhibitor, charakteryzujący się podobną strukturą do substratu, rywalizuje z nim o miejsce w centrum aktywnym.
W zależności od stosunku stężeń substratu i inhibitora, jeden z tych związków wygrywa rywalizację o miejsce aktywne. Przy dużym nadmiarze substratu wpływ inhibicji kompetencyjnej może być całkowicie zniesiony. W inhibicji niekompetytywnej w strukturze enzymu istnieją oddzielne miejsca wiązania substratu i inhibitora, jednak cząsteczka ze związanym inhibitorem zmienia swoją konformację tak, że niemożliwe jest już wiązanie substratu, lub związany substrat nie może być przekształcony w produkt reakcji: W inhibicji niekompetytywnej tworzone są dwa typy kompleksów enzym - inhibitor: kompleks E-I, w którego skład wchodzą cząsteczka enzymu i inhibitor, oraz kompleks E-I-S powstający, gdy z cząsteczką enzymu jest równocześnie związany inhibitor i substrat.

Elektroforeza

Elektroforeza – metoda rozdziału substancji, rozdzielenie mieszaniny związków chemicznych na możliwie jednorodne frakcje przez wymuszanie wędrówki ich cząsteczek w polu elektrycznym.

Podstawowym zjawiskiem wykorzystywanym w tej metodzie jest zróżnicowana ruchliwość jonów w polu elektrycznym. W zależności od posiadanego ładunku wypadkowego ruch odbywa się w kierunku do katody lub do anody.

Szybkość i kierunek poruszania się cząsteczek w polu elektrycznym są uzależnione od wypadkowego ładunku elektrycznego cząsteczki, wielkości i kształtu cząsteczek, siły jonowej elektrolitu, temperatury, sił tarcia w środowisku, gradientu potencjału, natężenia prądu i innych czynników.

Zależnie od sposobu przeprowadzania rozdziału wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje elektroforezy:
* elektroforezę swobodną (prowadzoną w roztworach)
* prowadzoną na nośnikach, którymi są materiały o strukturze porowatej lub żelowej - np. bibuła.

Trzy metody elektroforetyczne:
* elektroforeza żelowa; w żelu poliakrylamidowym, agarozowym lub skrobiowym. żel służy do stabilizowania środowiska rozdziału, ponadto można uzyskiwać żele o różnych średnicach porów dla polepszenia rozdziału, wykorzystując zasadę sita molekularnego. Metoda elektroforezy w żelu poliakrylamidowym (PAGE) Odmiana PAGE w obecności detergentu (najczęściej SDS) może służyć w odpowiednich warunkach do oznaczania masy cząsteczkowej nieznanych białek przez porównanie z białkami o znanej masie cząsteczkowej. SDS powoduje denaturację białek i tworzy z nimi kompleksy o stałym stosunku SDS-białko. Kompleksy takie posiadają bardzo duży i prawie jednakowy ujemny ładunek pochodzący z dysocjacji reszt siarczanowych, w związku z czym ruchliwość elektroforetyczna jest uzależniona tylko od wielkości cząsteczki kompleksu.
* ogniskowanie izoelektryczne polega na prowadzeniu elektroforezy w stałym gradiencie pH otworzonym między anodą i katodą. Wykorzystano tu zjawisko nieoddziaływania pola elektrycznego na cząsteczki o zerowym ładunku wypadkowym. Substancje rozdzielane elektroforetycznie mają zazwyczaj własności amfoteryczne. Cząsteczki obdarzone ładunkiem wędrują w trakcie elektroforezy w kierunku elektrody o przeciwnym znaku. Podczas wędrówki przez gradient pH ładunek będzie ulegał zmianie aż do momentu gdy cząsteczka znajdzie się w pH równym jej punktowi izoelektrycznemu. W tym momencie cząsteczka będzie elektrycznie obojętna - a więc nie będzie się przemieszczać dalej. Cząsteczki o jednakowym punkcie izoelektrycznym będą się gromadziły razem.
* elektroforeza kapilarna - najnowocześniejsza technika elektroforetyczna, opierająca się na rozdziale badanych substancji w bardzo cienkiej kapilarze kwarcowej, wypełnionej buforem lub żelem. Można ją stosować zarówno do prostych jonów nieorganicznych jak i do całych komórek (!).

Dla białek podstawowe metody barwienia to:
* wybarwianie barwnikiem organicznym Coomassie Brillant Blue, który adsorbuje si ę na cząsteczkach białka zawartych w żelu.
* wybarwianie srebrem - polegające na przekształceniu cząsteczek białka w żelu w pochodne powodujące redukcję AgNO3 do srebra metalicznego
* wybarwienie w żelu białka o określonej aktywności enzymatycznej - barwienie metodą chemiczną, w którym jedna z reakcji jest katalizowana przez ten enzym.

Izoenzymy- różne formy tego samego enzymu, różnią się fenotypem enzymatycznym.
Barwienie histochemiczne elektroferogramu homogenatu określonej tkanki wykazuje często obecność w niej kilku form tego samego enzymu.

Dzięki temu że geny kodujące białka są polimorficzne (występują w postaci kilku alleli tego samego genu) oraz temu, że obydwa allele są aktywne w procesie biosyntezy białek i są widoczne w profilu izoenzymatycznym (wykazują kodominację).

Najważniejszym czynnikiem wpływającym na różnice ruchliwości elektroforetycznej izoenzymów s ą zmiany w pierwszorzędowej strukturze białka, będące odbiciem różnic w allelach tego samego genu.

Możliwe jest kilka rodzajów mutacji punktowych polegających na zamianie w tym kodonie jednej zasady azotowej na inną:
(1) zamiana kodonu TTC na TCC spowoduje zamianę z lizyny na argininę, dzięki czemu otrzymamy nowy allel, kodujący nową alloproteinę (inną formę tego samego białka). Ponieważ reszta argininowa podobnie jak lizynowa ma ładunek dodatni, białko będzie miało wypadkowy ładunek nadal równy +3;
2) Jeżeli kodon TTC zmutuje do TGC, nowa alloproteina będzie miała treoninę w poz. 5. Ponieważ aminokwas ten jest neutralny, cząsteczka będzie miała wypadkowy ładunek +2.
3) Mutacja TTC do CTC spowoduje wbudowywanie w miejscu lizyny glutaminy, dysocjującej na jon ujemny. Wypadkowy ładunek będzie wynosił +1.
4) W końcu, jeżeli kodon TTC zmutuje do TTT, jego znaczenie pozostanie takie samo (będzie nadal kodował lizynę).

Próbka: roślinna np. liście szpinaku, preparat reduktazy ferredoksyna: NADP+ ze szpinaku.
Bufor: 1. Do zawieszania próbki– tris, glicerol lub sacharoza, błękit bromofenolowy ph 6,8.
2. Elektrodowy- tris, glicyna, woda, ph 8,8

Przygotowanie żelu uszczelniającego i rozdzielającego (10% wzgl. akrylamidu)

Zagęszczający- górny, rozdzielający, bardziej usieciowany, / dolny- uszczelniający
Zmieszać wody 8.3 ml, roztworu A (akrylomid, bis-akrylomid) 6.7 ml, roztworu B (tris w wodzie ph 8,8) 5.0 ml.
Z przygotowanego roztworu pobrać 3 ml, dodać: r-ru nadsiarczanu 100 ul, TEMED-u 10 ul.

Wlać natychmiast mieszaninę do uprzednio przygotowanego zestawu szybek aparatu do elektroforezy tak, by utworzyła się na dnie warstwa ok. 0.5 cm. Po jej spolimeryzowaniu dodać do pozostałej części przygotowanego roztworu 150 ml r-ru nadsiarczanu i 15 ml TEMED-u i wlać do aparatu do wysokości ok. 2 cm od górnej kraw ędzi szyb. Na roztwór mi ędzy szybkami nanieść ostrożnie ok. 1 cm warstwę wody, co powoduje wyrównanie powierzchni żelu.

Po ok. 60 min. odsączyć z powierzchni żelu wodę i wlać uprzednio przygotowany roztwór dla otrzymania żelu zagęszczającego o składzie.

Założenia teorii komórkowej:

• komórka jest podstawową jednostką strukturalną każdego żywego organizmu.

• komórka jest podstawową jednostką funkcjonalną każdego żywego organizmu.

• komórki powstają z już istniejących komórek.

• w jądrze komórkowym zawarty jest nośniki informacji genetycznej – DNA.

Rozmnażanie to zdolność do wydawania na świat potomstwa. Rozmnażanie płciowe i bezpłciowe.

Dziedziczność to zdolność do przekazywania zespołu podobnych cech potomstwu.

Zmienność genetyczna. Jedna para rodzicielska może mieć potomstwo różniące się od siebie i od swoich rodziców.

DNA – odpowiedzialny za przekazywanie określonych cech potomstwu; nośniki informacji genetycznej.

Gen dominujący – w heterozygocie maskuje obecność drugiego genu, recesywnego; objawia się fenotypowo.

Fenotyp – zespół cech organizmu stanowiący wyniki współdziałania genów i warunków środowiska, przejawia się w wyglądzie.

Gamety – komórki rozrodcze, czyli komórki jajowe i plemniki; maja po jednym zestawie chromosomów.

Gen – fragment DNA, który zawiera informację dotyczącą budowy określonego białka, ma ściśle określone miejsce w chromosomie.

Genotyp – zespół wszystkich genów w komórce danego osobnika.

Heterozygota – zygota mająca w chromosomach homologicznych dwa różne geny danej cechy.

Chromosomy homologiczne – identyczne chromosomy w komórce, mające w tym samym miejscu identyczne geny (warunkujące tą samą cechę).

Homozygota – zygota mająca w chromosomach homologicznych dwa identyczne geny tej samej cechy.

Kod genetyczny – szyfr określający strukturę budowanego przez komórkę białka, jest powszechny – taki sam dla wszystkich organizmów.

Kodon – jest to aminokwas kodowany przez trzy nukleotydy w odpowiedniej kolejności.

Kwasy nukleinowe – złożone związki organiczne, składniki wszystkich komórek, odpowiadają za syntezę białek i przenoszenie cech dziedzicznych.

Mutacje – nagłe, samorzutnie powstające zmiany dotyczące genów (ich strukturę oraz ilość DNA) lub chromosomów (ich struktury i liczby).

Mutacje letalne – mutacje powodujące śmierć zarodków we wczesnym stadium rozwoju.

Gen recesywny – gen ustępujący, jego obecność nie ujawnia się w heterozygocie fenotyowo.

RNA – bierze udział w syntezie białka.

Budowa DNA. DNA składa się z dwóch nici połączonych ze sobą za pomocą takich samych par zasad azotowych – zasada A łączy się z zasadą T, a zasada C z zasadą G. Nici te są skręcone wokół siebie. Pojedynczą nić tworzą liczne nukleotydy ułożone w sposób liniowy

I prawo Mendla: w gametach (czyli komórce jajowej i plemniku) znajduje się zawsze jeden gen danej pary.

Choroby: hemofilia, daltonizm, zespół Downa, anemia sierpowa.

Mutageny – są to czynniki, które uszkadzają nici DNA. Do tych czynników należą: promieniowanie i różne związki chemiczne. Działanie mutagenów zwiększa częstość zachodzenia mutacji.