BIAŁKA
o łańcuchu niepolarnym (alanina, leucyna, izoleucyna, fenyloalanina, tryptofan, metionina, prolina, glicyna, walina) Łańcuchy boczne nie mają gr. Funkcyjnych, nie oddają ani nie przyjmują protonów, nie uczestniczą w tworzeniu wiązań jonowych i wodorowych, są hydrofobowe.
O łańcuchu polarnym, bez ładunku (seryna, treonina, asparagina, cysteina, glutamina, tyrozyna) Łańcuchy wykazują ładunki elektryczne, mogą odłączać protony, uczestniczą w tworzeniu wiązań wodorowych. Gr. -OH seryny, treoniny i tyrozyny mogą być miejscem wiązania fosforu-fosforylacja białek. Gr. Amidowa asparaginy i gr. -OH seryny, treoniny i hydroksylizyny mogą być miejscem wiązania zw.cukrowych-glikozylacja białek.
O łańcuchu kwasowym (kw. Asparaginowy, kw. Glutaminowy) gr. Karboksylowe dysocjują z uwolnieniem H+, w fizjologicznych wartościach pH są anionami.
O łańcuchu zasadowym (lizyna, arginina, histydyna) Łańcuchy boczne zaw. Grupy wiążące protony (etaminowa, guanidynowa, pierścień imidazalowy)
Aminokwasy dodatkowe (hydroksyprolina, hydroksylizyna, kw. Gamma-karboksyglutaminowy) nie wbudowują się do łańcucha białkowego podczas biosyntezy. Hydroksyprolina-w kolagenie i elastynie, hydroksylizyna-w kolagenie, kw. Gamma-karboksyglutaminowy bierze udział w krzepnięciu krwi.
Aminokwasy niebiałkowe
-hormony (tyroksyna, triodotyronina)
-Wchodzą w skład Co-A (beta-alanina)
-uczestniczą w cyklu mocznikowym (formityna, cytrulina)
-Funkcje przekaźnikowe w CUN (GABA)
-Metabolity pośrednie powst w trakcie przemiany aminokwasów siarkowych (homocysteina, homoseryna)
Znaczenie biologiczne aminokwasów:
- elementy składowe peptydów i białek
- uczestniczą w bud. Centrów katalit. Enzymów
- substraty, z których powst. Hormony (adrenalina, noradrenalina, dopomina, tyroksyna, histamina, serotonina, melatonina)
- przekształcane w przekaźniki sygnałów nerwowych (acetylocholina, GABA)
- substraty zużywane w syntezie puryn i pirymidyn
Peptydy pełniące funkcje biologiczne:
1.glutation
-tripeptyd Glu-Cys-Gly
-wyst. W formie utlenionej i zredukowanej - zredukowany posiada wolną gr. -SH, utleniony powst. Poprzez odłączenie At. H od reszty -SH 2 cząsteczek glutationu, At S łączą się ze sobą mostkiem dwusiarczkowym
-zdolnośc do przechodzenia utl.<->zred. Jest ważna w procesach oksydoredukcyjnych
2.oksytocyna i wazopresyna
-nanopeptydy
-produkowane przez tylny płat przysadki mózgowej
Gly-Leu-Pro-Cys-Asn-Gln-Ile-Tyr-Cys oksytocyna
S S
Gly-Leu-Lys-Cys-Asn-Gln-Phe-Tyr-Cys wazopresyna
S S
Denaturacja białek:
Zniszczenie struktur przestrzennych z zachowaniem struktury I-rz. Ciągłość łańcucha polipeptydowego pozostaje nienaruszona. Istotą jest rozpad wiązań o niskiej energii, które stabilizują strukturę przestrzenną. Czynniki denaturujące:
*podwyższona temp. (>58-60 st. C)-rozerwanie wiąz. wodorowych
*rozpuszczalniki organiczne-nowe oddziaływania hydrofobowe
*kwasy i zasady
*jony metali ciężkich-reagują z siarką i uniemożliwiają tworzenie mostków dwusiarczkowych
*stężone roztw. Mocznika lub chlorowodorku guanidyny -rozerwanie wiąz. Wodorowych
Denaturacja zmienia rozpuszczalność białka
Denaturowane białko traci większość swoich aktywności biologicznych
Denaturacja może być odwracalna jeśli czynnik denaturujący był łagodny i krótkotrwały (denaturacja), na ogół jednak denaturacja jest nieodwracalna.
Właściwości białek w roztworach:
*rozpuszczalność
Rozpuszczalniki: woda, roztw. wodne soli, kwasów, zasad, mocznika, chlorowodorku guanidyny lub detergentów
Rozpuszczalność zależy od składu aminkwasowego, kształtu i wielkości cząst. Białka o dużej zawartości aminokwasów polarnych-dobrze rozpuszczalne. Wytwarzają z cząst. Wody płaszcz białkowy. Jeśli występuje przewaga aminokwasów hydrofobowych. Kształt globularny i małe rozmiary cząsteczek i małą masa-dobrze rozpuszczalne. Kształt fibrylarny, duże rozmiary i duża masa cząst-słabo rozpuszczalne
*punkt izoelektryczny
Białko w roztworze wodnym jest obdarzone ładunkiem elektrycznym. Środowisko kwaśne uniemożliwia dysocjację grup -COOH i sprzyja wiązaniu protonów przez -NH2 -> polikation. W środowisku zasadowym gr. COOH dysocjują a gr. NH2 nie przyłączają protonów -> polianion. W zależności od pH ładunek cząsteczki może się zmieniać.
pI - wartość pH przy której ładunki + i - się równoważą
pH<pI - białko jest kationem i wędruje do katody
pH>pI - białko jest anionem i wędruje do anody
pH=pI - białko jest jonem obojnaczym i nie porusza się w polu elektrycznym
*pochłanianie promieni UV
190-230 nm, szczyt absorpcji 278-280 nm, wynika z obecności aminokwasów aromatycznych, właściwość wykorzystana do wykrywania białek w roztworze i oznaczania ich stężenia (białka nie zawierające aminokwasów aromatycznych nie wykazują szczytu absorpcji)
Ekstrakcja białek
1 przeprowadzenie w postać rozpuszczalną (rozbicie struktury tkanek w obecności rozpuszczalnika)
2 powstaje homogenizat
3 podczas wirowania homogenizatu jego nierozpuszczalne elementy opadają na dno, a rozpuszczalne pozostają w płynie nadosadowym (warunki ekstrakcji dobiera się tak żeby poszukiwanemu białku zapewnić najlepsze warunki rozpuszczalności a białkom zanieczyszczającym maksymalnie utrudnić przechodzenie do roztworu)
Funkcje białek
*elementy strukturalne komórek (tworzenie błon plazmatycznych i wewnątrzkomórkowych
*przenoszenie metabolitów pomiędzy poszczególnymi przedziałami komórki, między komórka a otoczeniem
*utrzymanie gradientu stężenia metabolitów po obu stronach błony
*wchodzą w skład ER, rybosomów i chromatyny jądrowej
*umożliwiają kurczliwość mięśni gładkich
*funkcje transportowe
*odporność przeciw infekcjom bakteryjnym i wirusowym (immunoglobuliny)
*katalizatory i inhibitory (enzymy)
*białka osoczowe zapewniają krzepliwość krwi
*hormonowe czynniki wzrostu
*hydrofilność białek sprawia, że są głównym czynnikiem wiążącym wodę w komórkach, osoczu, limfie i płynie mózgowo-rdzeniowym
*czynnik stabilizujący
WYTWARZANIE ENERGII W KOMÓRCE
Zmiany energii swobodnej-różnica między zawartością energii w produktach i substratach reakcji
Zmiana energii swobodnej zależy od jakości substratu i produktów końcowych a nie od przebiegu reakcji
Przekazywanie energii
Energia zmagazynowana jako ATP jest wykorzystywana do skurczu mięśni szkieletowych, sercowego, utrzymania gradientu stężeń jonów i metabolitów po obu stronach błony oraz na pokrycie kosztów energetycznych procesów anabolicznych, biosyntezy białka, kw. Tłuszczowych, fosfolipidów, nukleotydów, ciał ketonowych, cholesterolu, mocznika, glukozy, glikogenu.
Wspólne pośredniki:
A+B->C+D
D+X->Y+Z D-pośrednik
W wielu reakcjach funkcje pośrednika pelni ATP. Energia zmagazynowana w ATP jest wykorzystywana poprzes przeniesienie reszty Pi z ATP na inną cząsteczkę, np. glukozę, co aktywuje ten substrat i umożliwia jego włączenie do różnych szlaków metabolicznych, np. do glikolizy.
Związki fosforanowe o wysokiej energii
ATP
Zwane związkiem bogatym w energię, ponieważ mają wysoką ujemną wartość standardowej energii swobodnej
Mitochondrium
*generator energii
*przetwarza energię chemiczną w substratach energetycznych w energię bezwodnikowych wiązań pirofosforanowych zawartych w ATP
*niektóre kom. Nie posiadają mitochondriów, energię czerpią tylko z beztlenowej przemiany glukozy
*mięsień sercowy zawiera dużo mitochondriów, ponieważ ma duże zapotrzebowanie na energię
*w wewnętrznej błonie mitochondriom zlokalizowany jest łańcuch transportu elektronów
Błony mitochondrialne
*zewnętrzna błona zbudowana z lipidów i białek, posiada liczne pory pozwalające na wnikanie do przestrzeni między błonowej jonów i małych cząsteczek
*wewnętrzna błona jest nieprzepuszczalna dla jonów, szczególnie bogata w białka będące transporterami, występują m.in. cytochromy (białka enzymatyczne), enzymy utleniające (dehydrogenaza bursztynianowa), białka przenośnikowe; błona jest silnie pofałdowana-grzebienie mitochondrialne powodujące zwielokrotnienie powierzchni błony
Łańcuch transportu elektronów
Akceptory atomów wodoru: NAD+, FMN, koenzym Q
Elektrony przechodzą przez cytochrom b, c1, c, a+a3 na tlen, który wiąże się z wodorem tworząc cząsteczkę wody.
Łańcuch jest sprzężony w 3 miejscach z reakcjami fosforylacji oksydacyjnej, których ADP wiąże Pi tworząc ATP, dlatego transport 1 pary atomów wodoru z substratu na tlen przy udziale NAD+ dostarczają 3 cząsteczek ATP. Niektóre substraty, np. bursztynian są utleniane przez dinitrogenazy zależne od FAD. Pierścienie dimetyloizoalloksazyny wiążą 2 atomy wodoru przekształcając FAD w FADH2 skąd są przekazywane bezpośrednio na koenzym Q
Elementy składowe łańcucha transportu elektronów
*Wszystkie elementy oprócz koenzymu Q są białkami, niektóre są enzymami (dehydrogenaza, cytochrom), pozostałe to białka nieenzymatyczne zawierające centra żelazowo-siarkowe. Jony żelaza zawarty w Fe-S pośredniczy w przekazywaniu elektronów między FMN a koenzymem Q oraz cytochromem b i c.
*NAD+
XH2 + NAD+ -> X + NADH + H+
W uproszczeniu XH2 + NAD+ -> X + NADH
*FMN
*koenzym Q
*kompleksy oddechowe (I-V)
I-dehydrogenaza NADH
II-oksydoreduktaza bursztynianowa
III-oksydoreduktaza ubichinolu
IV-oksydoreduktaza zdrdukowany cytochrom
V-syntaza ATP
Fosforylacja oksydacyjna synteza ATP przeprowadzana przez enzym - syntazę ATP - obecny w wewnętrznej błonie mitochondriów eukariontów. Działanie syntazy ATP uzależnione jest od istnienia gradientu protonowego w poprzek wewnętrznej błony mitochondriów lub błony komórkowej prokariontów. Protony przenoszone są przez błonę podczas utlenienia związków chemicznych (NADH, FADH2) w szeregu reakcji określanych jako łańcuch oddechowy.
Związek między gradientem protonów a zachodzeniem fosforylacji oksydacyjnej wyjaśnił w 1962 roku Peter Michell w hipotezie określanej chemiosmotyczną teorią Michella. Teoria została potwierdzona przez umieszczenie mitochondrialnej syntazy ATP w sztucznie utworzonych pęcherzykach zawierających bakteriorodopsynę (białko obecne w halobakteriach, przenoszące protony przez błonę podczas oświetlania). Oświetlanie pęcherzyków prowadziło do syntezy ATP w układzie doświadczalnym in vitro.
Syntaza ATP katalizuje reakcję przyłączenia nieorganicznego fosforanu do cząsteczki ADP podczas przenoszenia protonów do matriks mitochondrialnego lub wnętrza komórki prokariotycznej.
Transaminacja
przeniesienie gr aminowej na jeden z keto kwasów (pirogronian, szczawiooctan, ketoglutaran);dawca gr amidowych może być każdy aminokwas z wyjątkiem: lizyny, treoniny, proliny, hydroksyproliny; reakcja odwracalna, katalizowana przez enzymy: aminotransferazę alaninowa, asparaginową i glutaminianową; przenośnikiem gr aminowych jest fosforan pirodoksalu-gr aldehydowa wchodzi w reakcje z aminowa z odłączeniem H2O tworzy się na chwile zasada Schiffa (N połączony z C gr aldehydowej wiązaniem podwójnym) po czym powstaje fosforan pirydoksoaminy następnie reakcja z keto kwasem; powstające produkty ułatwiają przemianę azotu-glutaminian, asparaginian w cyklu mocznikowym, alanina jest transporter azotu z mięsni do wątroby, są substratami w glukoneogenezie