Białka

Białka
Białka to polimery zbudowane z różnych aminokwasów. Wyróżnia się 20 rodzajów aminokwasów. Aminokwasy łączą się ze sobą tworząc długie łańcuchy białkowe, które mogą zawierać nawet wiele tysięcy aminokwasów. Aminokwasy zbudowane są z wodoru, węgla, azotu i tlenu. Czasami mogą występować atomy siarki i fosforu. Spójrz, jak zbudowany jest aminokwas:

Aminokwas zawiera centralnie położony atom węgla oraz dwie grupy funkcyjne. Jedną z nich jest grupa aminowa- zaznaczona na żółto, a drugą grupa karboksylowa- zaznaczona na zielono. Przez posiadanie dwóch grup funkcyjnych białka są amfoteryczne, to znaczy, że reagują z kwasami i zasadami. Oprócz tego każdy aminokwas zawiera podstawnik- oznaczony literą R i zaznaczony na czerwono. Podstawniki poszczególnych aminokwasów różnią się między sobą właściwościami, dlatego to one decydują o właściwościach całego aminokwasu.
Jak łączą się ze sobą aminokwasy?

Wiązanie, które łączy aminokwasy powstaje poprzez połączenie grupy karboksylowej z aminokwasu pierwszego i grupy aminowej z aminokwasu drugiego (grupy zaznaczone na fioletowo). Przez to powstaje wiązanie peptydowe- zaznaczone na fioletowo. Produktem tej reakcji jest peptyd, zaś produktem ubocznym- woda, która powstała w wyniku odłączenia się atomów wodoru i tlenu od grupy karboksylowej oraz atomu wodoru z grupy aminowej (zaznaczone jasnoniebieskim zakreślaczem). Dwa aminokwasy dają jedną cząsteczkę wody- powstałych cząsteczek wody będzie o jedną mniej niż aminokwasów, które wzięły udział w reakcji.
Pytanie kontrolne:
W reakcji łączenia się aminokwasów powstało 10 cząsteczek wody. Ile aminokwasów wzięło się połączyło.
Zgodnie z opisaną wcześniej regułą wiemy, że połączyło się 11 aminokwasów.

Białka w organizmie człowieka pełnią wiele funkcji. Jedną z nich jest funkcja strukturalna. Przykładem mogą być białka zwane histonami, które stanowią podporę dla nawiniętej na nie nici DNA. Innym przykładem jest kolagen, który buduje ścięgna i więzadła.
Kolejną funkcją białek jest funkcja enzymatyczna. Pepsyna to enzym białkowy odpowiedzialny za trawienie białek w żołądku. Białka pełnią też funkcję transportową. Przykładem może być hemoglobina, która transportuje tlen i dwutlenek węgla po krwioobiegu lub albuminy, które transportują hormony, witaminy i leki. Białka pełnią też funkcję ochronną- fibrynogen to białko, które uczestniczy w procesie krzepnięcia krwi. Mioglobina to białko, które pełni funkcję magazynującą- gromadzi tlen w mięśniach. Natomiast globuliny to przeciwciała, zatem pełnią funkcję odpornościową. Białka są odpowiedzialne za ruch człowieka- aktyna i miozyna odpowiadają za skurcz mięśni. Z kolei insulina i glukagon regulują poziom cukru we krwi. Białka będą przenośnikami elektronów w procesie oddychania komórkowego. Oczywiście białka będą przystosowane do określonej funkcji- będą miały charakterystyczna budowę i właściwości.

Białka możemy podzielić ze względu na ich budowę. Białka proste składają się wyłącznie z aminokwasów, natomiast białka złożone oprócz tej części białkowej zawierają także część niebiałkową, np. jony metali, cukry. Białka proste to np. histony czy albuminy, natomiast białka złożone to np. hemoglobina i fibrynogen.
A to ciekawe!
Śmiejąca się śmierć inaczej kuru to choroba, która jest wywoływana przez priony, czyli białka, które powstają z otoczki nerwowej. Przez niszczenie otoczki doprowadzają do śmierci organizmu. Priony mogą być przenoszone drogą pokarmową, dlatego dużą ilość chorych zaobserwowano wśród plemion kanibalskich, ponieważ ci dostarczali do swojego organizmu priony, które zmieniały ich tkankę mózgową w gąbkę.
Jak odbywa się synteza białek?
Białka powstają na podstawie informacji zapisanych w DNA. Gdy konieczna jest synteza białka to do jądra komórkowego, gdzie znajduje się DNA przychodzi mRNA, czyli messager RNA, inaczej informujący RNA. Na tą matrycę przepisywane są informację z DNA o syntezie białek. Proces tego przepisywania z DNA do mRNA nazywamy transkrypcją. Następnie mRNA opuszcza jądro i wchodzi do cytoplazmy na rRNA, czyli rybosowe RNA. Bierze ono udział w odczytywaniu kodu. Rozpoczyna się odczytywanie kodu, czyli kolejności zasad azotowych. W RNA będą to:
adanina- A
guanina-G
cytozyna-C
uracyl-U
Trzy zasady azotowe będą informowały o jednym aminokwasie. Mamy zatem 64 kombinacje kodonów, z czego kodon AUG koduje aminokwas- metioninę, który jest sygnałem do rozpoczęcia syntezy. Z kolei 3 kodony UAA, UAG, UGA to kodony stop, oznaczające że polipeptyd jest gotowy. Aminokwasy będą transportowane przez tRNA, czyli transportujące RNA. Po przyniesieniu jednego aminokwasu, mRNA posunie się do kolejnych trzech zasad azotowych, aby tRNA mógł przetransportować pasujący, zgodnie z zasadą komplementarności (adenina do uracylu i guanina do cytozyny) aminokwas. Wtedy aminokwasy łączą się ze sobą tworząc polipeptyd. Cały proces przekazywania informacji z mRNA na białko nazywamy transkrypcją.

Spójrz na grafikę i zobacz opisany przed chwilą proces.

Białka są rozpuszczalne w wodzie. Po rozpuszczeniu tworzą koloid, czyli niejednorodną mieszaninę. Otoczone wodą nie mogą łączyć się w większe struktury, jednak po dodaniu, np. soli metali lekkich ulegną koagulacji, czyli te cząsteczki białka będą mogły się połączyć, co zaobserwujemy w postaci wytrącania się osadu. Koagulacja jest procesem odwracalnym, po dodaniu wody osad zniknie. W przeciwieństwie do koagulacji, denaturacja jest procesem nieodwracalnym. Denaturacja to trwałe naruszenie struktury przestrzennej białka, przez co białko nie może pełnić swojej funkcji. Do denaturacji dochodzi pod wpływem czynników fizycznych takich jak: wysoka temperatura powyżej 40°C, promieniowanie UV, wysokie ciśnienie, promieniowanie rentgenowskie. Oprócz tego do denaturacji dochodzi pod wpływem czynników chemicznych takich jak: stężone kwasy i zasady, alkohole, sole metali ciężkich.
Podczas gorączki powyżej 40°C kluczowe jest obniżenie temperatury, ponieważ białka w ciele człowieka są odpowiedzialne za wiele wymienionych wcześniej rzeczy, choćby to, że enzymy to w większości białka, a tak wysoka temperatura może doprowadzić do ich trwałego uszkodzenia w wyniku denaturacji.
Aminokwasy możemy podzielić na egzogenne i endogenne. Aminokwasy egzogenne muszą być dostarczane do organizmu człowieka z pożywieniem, ponieważ nasz organizm nie jest w stanie ich wytworzy. Z kolei aminokwasy endogenne są wytwarzane w ciele człowieka. Ze względu na taki podział białka możemy podzielić na pełnowartościowe i niepełnowartościowe. Białka pełnowartościowe zawierają wszystkie aminokwasy egzogenne, natomiast białka, w których będzie brakowało co najmniej 1 aminokwasu egzogennego to białka niepełnowartościowe.
Wykrywanie białek
Istnieją dwie najbardziej popularne reakcje charakterystyczne wykrywania białek. Pierwszą z nich jest reakcja ksantoproteinowa. Polega ona na tym, że do reakcji bierzemy kwas azotowy(V) oraz próbkę, którą chcemy zbadać. Jeśli pokropimy kwasem białko, to przybierze ono intensywnie żółty odcień.
Drugą reakcją charakterystyczną jest reakcja biuretowa. Reakcja biuretowa pozwala na wykrycie obecności wiązań peptydowych. Do reakcji bierzemy roztwór wodorotleneku sodu NaOH oraz roztwór siarczanu(VI) miedzi(II). Gdy w badanej próbce znajduje się białko to barwa roztworu zmieni się z niebieskiej na fioletową. Intensywność fioletu będzie zależała od ilości białka.