Struktura drugorzędowa białka (lub kwasu nukleinowego) - sposób przestrzennego ułożenia łańcuchów polipeptydowych białek (lub łańcuchów kwasów nukleinowych) na skutek powstawania spontanicznych układów wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych. Na ogół łańcuchy polipeptydowe białek układają się w kształt helisy (układ α) lub struktury arkusza (harmonijki beta).

Struktura trzeciorzędowa białka lub jego podjednostki to układ w przestrzeni wszystkich jego atomów, bez uwzględniania zależności od sąsiednich cząsteczek. Warunkują ją różne wiązania chemiczne np.:

Wiązania dwusiarczkowe (mostki disulfidowe) - należą one do najsilniejszych wiązań między resztami aminokwasów. Powstają w wyniku odwodornienia grup tiolowych -SH dwóch cystein znajdujących się w tym samym łańcuchu albo w dwóch łańcuchach polipeptydowych. Wiązania te nadają trwałość strukturze trzeciorzędowej.

Oddziaływania jonowe - mogą występować między grupami aminowymi lub guanidynowymi łańcuchów bocznych aminokwasów zasadowych, a grupami karboksylowymi aminokwasów kwaśnych (Asp, Glu).

Struktura czwartorzędowa białka - w białkach złożonych, dotyczy wzajemnego ułożenia podjednostek czyli osobnych łańcuchów polipeptydowych, niepołączonych ze sobą kowalencyjnie. Jest to sposób połączenia się tych podjednostek w jedną, większą całość, stanowiącą aktywne białko.

Przykładami białek złożonych z kilku podjednostek są: hemoglobina, polimeraza DNA, kanały jonowe, wirus mozaiki tytoniowej, dehydrogenaza białczanowa, dehydrogenaza alkoholowa.

Kolagen ma nietypowy skład aminokwasów. Zawiera duże ilości glicyny i proliny oraz dwa aminokwasy nie pochodzące bezpośrednio z translacji w rybosomach - hydroksyprolinę i hydroksylizynę, z czego tę pierwszą w dość dużych ilościach. Aminokwasy te są formowane z proliny i lizyny już w gotowym produkcie translacji w procesie enzymatycznym, która wymaga obecności witaminy C. Inną rzadką cechą kolagenu jest regularność rozmieszczenia aminokwasów, w każdym z jego α-łańcuchów. Łańcuchy te składają się z regularnych triad aminokwasów: Gly-X-Y, gdzie Gly - to glicyna a X i Y to inne aminokwasy. Na ogół X to prolina, zaś Y to hydroksyprolina.

Kreatynina - organiczny związek chemiczny, pochodna kreatyny. Jest bezwodnikiem kreatyny, występuje w krwi i moczu. Stanowi produkt metabolizmu, jest wydalana z organizmu przez nerki z moczem stanowiąc oprócz mocznika jeden z głównych związków azotowych. Powstaje w organizmie w wyniku nieenzymatycznego rozpadu fosforanu kreatyny. Ilość wydalanej w ciągu doby kreatyniny zależy od masy mięśni i jest charakterystyczna dla danego organizmu. Średnio z moczem wydala się ok 14-26 mg kreatyniny na kilogram masy ciała.

W praktyce medycznej kreatynina jest jednym z markerów biochemicznych pozwalającym monitorować stan nerek.

Właściwości fizykochemiczne

• nie posiadają charakterystycznej dla siebie temperatury topnienia.

• przy ogrzewaniu w roztworze, a tym bardziej w stanie stałym, ulegają, powyżej pewnej temperatury, nieodwracalnej denaturacji (ścinanie się włókien białka) - zmianie struktury, która czyni białko nieaktywnym biologicznie. Jest to spowodowane nieodwracalną utratą trzeciorzędowej lub czwartorzędowej budowy białka.

• denaturacja białek może również zachodzić pod wpływem soli metali ciężkich, mocnych kwasów i zasad, niskocząsteczkowych alkoholi, aldehydów oraz napromieniowania. Wyjątek stanowią proste białka, które mogą ulegać także procesowi odwrotnemu, tzw. renaturacji - po usunięciu czynnika, który tę denaturację wywołał. Niewielka część białek ulega trwałej denaturacji pod wpływem zwiększonego stężenia soli w roztworze, jednak proces wysalania jest w większości przypadków w pełni odwracalny, dzięki czemu umożliwia izolowanie lub rozdzielanie białek.

• na ogół rozpuszczalne w wodzie.

• nierozpuszczalnew wodzie : białka fibrylarne, występujące w skórze, ścięgnach, włosach (kolagen, keratyna) lub mięśniach (miozyna).

• niektóre mogą rozpuszczać się w rozcieńczonych kwasach lub zasadach, jeszcze inne w rozpuszczalnikach organicznych. Na rozpuszczalność białek ma wpływ stężenie soli nieorganicznych w roztworze, przy czym małe stężenie soli wpływa dodatnio na rozpuszczalność białek. Jednak przy większym stężeniu następuje uszkodzenie otoczki solwatacyjnej, co powoduje wypadanie białek z roztworu. Proces ten nie narusza struktury białka, więc jest odwracalny i nosi nazwę wysalania białek.

• posiadają zdolność wiązania cząsteczek wody. Efekt ten nazywamy hydratacją. Nawet po otrzymaniu próbki suchego białka zawiera ona związane cząsteczki wody.

• mają charakter obojnaczy - w zależności od pH roztworu będą zachowywały się jak kwasy (w roztworze zasadowym) lub jak zasady (w roztworze kwaśnym). Dzięki temu białka mogą pełnić rolę bufora stabilizującego pH, np. krwi. Różnica pH nie może być jednak znaczna, gdyż białko może ulec denaturacji. Wypadkowy ładunek białka zależy od ilości aminokwasów kwaśnych i zasadowych w cząsteczce. Wartość pH, w której ładunki dodatnie i ujemne aminokwasów równoważą się nazywany jest punktem izoelektrycznym białka.

• odgrywają zasadniczą rolę we wszystkich procesach biologicznych.

• biorą udział w katalizowaniu wielu przemian w układach biologicznych (enzymy są białkami),

• uczestniczą w transporcie wielu małych cząsteczek i jonów (np. 1 cząsteczka hemoglobiny przenosząca 4 cząsteczki tlenu),

• służą jako przeciwciała oraz biorą udział w przekazywaniu impulsów nerwowych jako białka receptorowe.

• pełnią funkcję mechaniczno-strukturalną.

Oznaczanie zawartości białek w materiale biologicznym

Przygotować stężony odczynnik Bradford:

10 mg Coomassie Brilliant Blue G-250 rozpuścić w 5 ml alkoholu etylowego. Dodać 10 ml 85% kwasu fosforowego.

Stężony odczynnik Bradford bezpośrednio przed użyciem rozcieńczyć w proporcji 15 ml odczynnika : 85 ml wody.

20 μl próby badanej umieścić w probówce Eppendorfa i dodać 1 ml rozcieńczonego odczynnika Bradford. Całość natychmiast energicznie wymieszać i pozostawić na 10 minut. Równolegle przygotować próbę kontrolną przez zmieszanie 20 μl 0,15 M roztworu HCl z 1 ml odczynnika Bradford. Po upływie co najmniej 10 minut zmierzyć absorbancję przy l = 595 nm.

Przygotować krzywą wzorcową przez rozpuszczenie 5 mg albuminy z surowicy bydlęcej w 5 ml 0,15 M roztworu HCl (powstaje roztwór zawierający 1 mg/ml), a następnie przygotować seryjne rozcieńczenia w zakresie 1 mg/ml do 0,01 mg/ml. Pomiarów absorbancji dla roztworów każdego z otrzymanych stężeń dokonać analogicznie jak dla próby badanej.

Podział białek

Ze względu na budowę i skład ;

- Białka proste zbudowane są wyłącznie z aminokwasów. Dzielimy je na następujące grupy:

• protaminy - są silnie zasadowe, charakteryzują się dużą zawartością argininy oraz brakiem aminokwasów zawierających siarkę. Są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Najbardziej znanymi protaminami są: klupeina, salmina, cyprynina, ezocyna, gallina.

• histony - podobnie jak protaminy są silnie zasadowe i dobrze rozpuszczają się w wodzie; składniki jąder komórkowych (w połączeniu z kwasem dezoksyrybonukleinowym), czyli są obecne także w erytroblastach. W ich skład wchodzi duża ilość takich aminokwasów jak lizyna i arginina.

• albuminy - białka obojętne, spełniające szereg ważnych funkcji biologicznych: są enzymami, hormonami i innymi biologicznie czynnymi związkami. Dobrze rozpuszczają się w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli, łatwo ulegają koagulacji. Znajdują się w tkance mięśniowej, osoczu krwi i mleku.

• globuliny -w ich skład wchodzą wszystkie aminokwasy białkowe, z tym że kwas asparaginowy i kwas glutaminowy w większych ilościach; w odróżnieniu od albumin są źle rozpuszczalne w wodzie, natomiast dobrze w rozcieńczonych roztworach soli; posiadają podobne właściwości do nich. Występują w dużych ilościach w płynach ustrojowych i tkance mięśniowej.

• prolaminy - są to typowe białka roślinne, występują w nasionach. Charakterystyczną właściwością jest zdolność rozpuszczania się w 70% etanolu.

• gluteliny - podobnie jak prolaminy - to typowe białka roślinne; posiadają zdolność rozpuszczania się w rozcieńczonych kwasach i zasadach.

• skleroproteiny - białka charakteryzujące się dużą zawartością cysteiny i aminokwasów zasadowych oraz kolagenu i elastyny, a także proliny i hydroksyproliny, nierozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli. Są to typowe białka o budowie włóknistej, dzięki temu pełnią funkcje podporowe. Do tej grupy białek należy keratyna.

Białka złożone:

• chromoproteiny - złożone z białek prostych i grupy prostetycznej - barwnika. Należą tu hemoproteidy (hemoglobina, mioglobina, cytochromy, katalaza, peroksydaza) zawierające układ hemowy oraz flawoproteiny.

• fosfoproteiny - zawierają około 1% fosforu w postaci reszt kwasu fosforowego. Do tych białek należą: kazeina mleka, witelina żółtka jaj, ichtulina ikry ryb.

• nukleoproteiny - składają się z białek zasadowych i kwasów nukleinowych. Rybonukleoproteidy są zlokalizowane przede wszystkim w cytoplazmie: w rybosomach, mikrosomach i mitochondriach, w niewielkich ilościach także w jądrach komórkowych, a poza jądrem tylko w mitochondriach. Wirusy są zbudowane prawie wyłącznie z nukleoproteidów.

• lipidoproteiny - połączenia białek z tłuszczami prostymi lub złożonymi, np. sterydami, kwasami tłuszczowymi. Lipoproteidy są nośnikami cholesterolu (LDL, HDL, VLDL). Wchodzą na przykład w skład błony komórkowej.

• glikoproteiny - ich grupę prostetyczną stanowią cukry, należą tu m.in. mukopolisacharydy (ślina). Glikoproteidy występują też w substancji ocznej i płynie torebek stawowych.

• metaloproteiny - zawierają jako grupę prostetyczną atomy metalu (miedź, cynk, żelazo, wapń, magnez, molibden, kobalt). Atomy metalu stanowią grupę czynną wielu enzymów.

Ze względu na właściwości odżywcze :

BIAŁKA DOBOROWE (Pełnowartościowe) - te które w swoim składzie zawierają wszystkie aminokwasy egzogenne. Do takich białek zaliczamy np. albuminę, białko jaja kurzego, białko mleka i mięsa.

BIAŁKA NIEDOBOROWE (Niepełnowartościowe) - te w których brakuje choćby jednego aminokwasu egzogennego. Przykładem takiego białka jest kolagen, żelatyna.

---