Aminokwasy. Białka, ich budowa i funkcje. Funkcje białek Tri fen cis ile
Rozdział III. BIAŁKA
§ 6. AMINOKWASY JAKO ELEMENTY STRUKTURALNE BIAŁEK
Naturalne aminokwasy
Aminokwasy w organizmach żywych występują głównie w białkach. Białka składają się głównie z dwudziestu standardowych aminokwasów. Są to a-aminokwasy i różnią się między sobą budową grup bocznych (rodników), oznaczonych literą R:
Różnorodność bocznych rodników aminokwasów odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu struktury przestrzennej białek oraz w funkcjonowaniu centrum aktywnego enzymów.
Strukturę standardowych aminokwasów podano na końcu akapitu w tabeli 3. Naturalne aminokwasy mają banalne nazwy, które są niewygodne w użyciu przy pisaniu struktury białek. W związku z tym wprowadzono dla nich oznaczenia trzyliterowe i jednoliterowe, które również przedstawiono w tabeli 3.
Izomeria przestrzenna
We wszystkich aminokwasach, z wyjątkiem glicyny, atom węgla a jest chiralny, tj. Charakteryzują się izomerią optyczną. W tabeli 3-chiralny atom węgla jest oznaczony gwiazdką. Na przykład dla alaniny rzuty Fischera obu izomerów wyglądają następująco:
Do ich oznaczenia, podobnie jak w przypadku węglowodanów, stosuje się nomenklaturę D, L. Białka zawierają wyłącznie L-aminokwasy.
Izomery L i D można wzajemnie przekształcać. Proces ten nazywa się racemizacja.
Warto wiedzieć! W bieli zębów - zębinie -L-asparaginowykwas spontanicznie racemizuje w temperaturze ciała człowieka z szybkością 0,10% rocznie. W okresie powstawania zębów zębina zawiera tylkoL-kwas asparaginowy, u osoby dorosłej powstaje w wyniku racemizacjiD-kwas asparaginowy. Im starsza osoba, tym wyższa zawartość D-izomeru. Określając stosunek izomerów D i L, można dość dokładnie określić wiek. W ten sposób mieszkańcy górskich wiosek Ekwadoru zostali narażeni na przypisywanie sobie zbyt dużego wieku.
Właściwości chemiczne
Aminokwasy zawierają grupy aminowe i karboksylowe. Z tego powodu wykazują właściwości amfoteryczne, czyli właściwości zarówno kwasów, jak i zasad.
Kiedy aminokwas, taki jak glicyna, rozpuszcza się w wodzie, jego grupa karboksylowa dysocjuje, tworząc jon wodorowy. Następnie jon wodorowy przyłącza się do grupy aminowej dzięki wolnej parze elektronów przy atomie azotu. Powstaje jon, w którym jednocześnie występują ładunki dodatnie i ujemne, tzw obojnaczy:
Ta forma aminokwasu dominuje w roztworze obojętnym. W środowisku kwaśnym aminokwas przyłącza jon wodoru, tworząc kation:
W środowisku zasadowym powstaje anion:
Zatem w zależności od pH środowiska aminokwas może być naładowany dodatnio, ujemnie i elektrycznie obojętny (z równymi ładunkami dodatnimi i ujemnymi). Wartość pH roztworu, przy którym całkowity ładunek aminokwasu wynosi zero, nazywa się punkt izoelektryczny tego aminokwasu. Dla wielu aminokwasów punkt izoelektryczny leży w pobliżu pH 6. Na przykład punkty izoelektryczne glicyny i alaniny mają wartości odpowiednio 5,97 i 6,02.
Dwa aminokwasy mogą ze sobą reagować, powodując oddzielenie cząsteczki wody i utworzenie produktu zwanego dipeptyd:
Wiązanie łączące dwa aminokwasy nazywa się wiązanie peptydowe. Używając oznaczeń literowych aminokwasów, tworzenie dipeptydu można schematycznie przedstawić w następujący sposób:
Podobnie uformowany tripeptydy, tetrapeptydy itp.:
H2N – lys – ala – gly – COOH – tripeptyd
H2N – trp – gis – ala – ala – COOH – tetrapeptyd
H 2 N – tyr – lys – gly – ala – leu – gly – trp – COOH – heptapeptyd
Peptydy składające się z niewielkiej liczby reszt aminokwasowych mają ogólną nazwę oligopeptydy.
Warto wiedzieć! Wiele oligopeptydów ma wysoką aktywność biologiczną. Należą do nich szereg hormonów, na przykład oksytocyna (nanopeptyd) stymuluje skurcze macicy, bradykinina (nanopeptyd) hamuje procesy zapalne w tkankach. Antybiotyk gramicydyna C (cykliczny dekapeptyd) zakłóca regulację przepuszczalności jonów w błonach bakterii i tym samym je zabija. Grzyby zatruwają amanityny (oktapeptydy), blokując syntezę białek, mogą powodować ciężkie zatrucie u ludzi. Powszechnie znany jest aspartam – ester metylowy aspartylofenyloalaniny. Aspartam ma słodki smak i służy do dodawania słodkiego smaku różnym potrawom i napojom.
Klasyfikacja aminokwasów
Istnieje kilka podejść do klasyfikacji aminokwasów, jednak najbardziej preferowana jest klasyfikacja oparta na strukturze ich rodników. Istnieją cztery klasy aminokwasów zawierające następujące typy rodników; 1) niepolarny ( Lub hydrofobowy); 2) polarny, nienaładowany; 3) naładowane ujemnie i 4) naładowane dodatnio:
Do niepolarnych (hydrofobowych) zaliczają się aminokwasy z niepolarnymi alifatycznymi (alanina, walina, leucyna, izoleucyna) lub aromatycznymi (fenyloalanina i tryptofan) grupami R oraz jednym aminokwasem zawierającym siarkę – metioniną.
Polarne aminokwasy nienaładowane w porównaniu do niepolarnych są lepiej rozpuszczalne w wodzie i są bardziej hydrofilowe, ponieważ ich grupy funkcyjne tworzą wiązania wodorowe z cząsteczkami wody. Należą do nich aminokwasy zawierające polarną grupę HO (seryna, treonina i tyrozyna), grupę HS (cysteina), grupę amidową (glutamina, asparagina) i glicynę (grupa R glicyny, reprezentowana przez jeden atom wodoru, jest zbyt mała, aby kompensują silną polarność grupy a-aminowej i grupy a-karboksylowej).
Kwas asparaginowy i glutaminowy to aminokwasy o ładunku ujemnym. Zawierają dwie grupy karboksylowe i jedną grupę aminową, więc w stanie zjonizowanym ich cząsteczki będą miały całkowity ładunek ujemny:
Aminokwasy naładowane dodatnio obejmują lizynę, histydynę i argininę, w postaci zjonizowanej mają całkowity ładunek dodatni:
W zależności od charakteru rodników dzieli się także naturalne aminokwasy neutralny, kwaśny I podstawowy. Neutralny obejmuje niepolarne i polarne nienaładowane, kwasowe - naładowane ujemnie, zasadowe - naładowane dodatnio.
Dziesięć z 20 aminokwasów tworzących białka można syntetyzować w organizmie człowieka. Reszta musi być zawarta w naszym jedzeniu. Należą do nich arginina, walina, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, treonina, tryptofan, fenyloalanina i histydyna. Te aminokwasy nazywane są niezastąpiony. Niezbędne aminokwasy są często zawarte w suplementach diety i stosowane jako leki.
Warto wiedzieć! Bilans żywienia człowieka w aminokwasach odgrywa niezwykle ważną rolę. Jeśli w pożywieniu brakuje niezbędnych aminokwasów, organizm ulega samozniszczeniu. W tym przypadku wpływa to przede wszystkim na mózg, co prowadzi do różnych chorób ośrodkowego układu nerwowego i zaburzeń psychicznych. Szczególnie wrażliwy jest młody, rosnący organizm. Na przykład, gdy synteza tyrozyny z fenyloalaniny zostaje zakłócona, u dzieci rozwija się ciężka choroba, oligofrenia finyloprogronowa, która powoduje poważne upośledzenie umysłowe lub śmierć dziecka.
Tabela 3
Standardowe aminokwasy
|
Aminokwas (trywialna nazwa) |
Legenda |
Formuła strukturalna |
||
|
łacina |
||||
|
trzyliterowy |
pojedyncza litera |
|||
|
NIEPOLARNY (HYDROFOBOWY) |
||||
 |
||||
 |
||||
 |
||||
|
Izoleucyna |
 |
|||
 |
||||
|
Fenyloalanina |
 |
|||
|
Tryptofan |
 |
|||
|
Metionina |
 |
|||
|
POLAR BEZ NAŁADOWANIA |
||||
 |
||||
 |
||||
|
Asparagina |
 |
|||
|
Glutamina | ||||
Dane dotyczące mechanizmu działania ACTH na syntezę hormonów steroidowych wskazują na istotną rolę układu cyklazy adenylanowej. Uważa się, że ACTH oddziałuje ze specyficznymi receptorami na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej (receptory są reprezentowane przez białka w kompleksach z innymi cząsteczkami, w szczególności z kwasem sialowym). Sygnał jest następnie przekazywany do enzymu cyklazy adenylanowej, zlokalizowanego na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej, który katalizuje rozkład ATP i tworzenie cAMP. Ta ostatnia aktywuje kinazę białkową, która z kolei przy udziale ATP fosforyluje cholinoesterazę, która przekształca estry cholesterolu w wolny cholesterol, który przedostaje się do mitochondriów nadnerczy, gdzie zawierają wszystkie enzymy katalizujące przemianę cholesterolu do kortykosteroidów. Somatotropowy hormon (GH, hormon wzrostu, somatotropina) jest syntetyzowany w kwasochłonnych komórkach przedniego płata przysadki mózgowej; jego stężenie w przysadce mózgowej wynosi 5–15 mg na 1 g tkanki. Ludzki GH składa się ze 191 aminokwasów i zawiera dwa wiązania dwusiarczkowe; Aminokwasy N- i C-końcowe reprezentowane są przez fenyloalaninę, która ma szeroki zakres działania biologicznego. Oddziałuje na wszystkie komórki organizmu, determinując intensywność metabolizmu węglowodanów, białek, lipidów i minerałów. Zwiększa biosyntezę białek, DNA, RNA i glikogenu, a jednocześnie wspomaga mobilizację tłuszczów z magazynowania i rozkład wyższych kwasów tłuszczowych i glukozy w tkankach. Oprócz aktywacji procesów asymilacyjnych, którym towarzyszy wzrost masy ciała i wzrost układu kostnego, hormon wzrostu koordynuje i reguluje tempo procesów metabolicznych. Wiele biologicznych efektów tego hormonu odbywa się za pośrednictwem specjalnego czynnika białkowego powstającego w wątrobie pod wpływem hormonu – somatomedyny. Ze swojej natury okazał się peptydem z molem. ważący 8000. Hormon tyreotropowy (TSH, tyreotropina) jest złożoną glikoproteiną i dodatkowo zawiera dwie podjednostki α i β, które indywidualnie nie wykazują aktywności biologicznej – mówią. jej masa wynosi około 30 000. Tyreotropina kontroluje rozwój i funkcję tarczycy oraz reguluje biosyntezę i wydzielanie hormonów tarczycy do krwi. Podstawowa struktura podjednostek α i β tyreotropiny została całkowicie rozszyfrowana: podjednostka α zawierająca 96 reszt aminokwasowych; podjednostka β ludzkiej tyreotropiny, zawierająca 112 reszt aminokwasowych, Na hormony gonadotropowe (gonadotropiny) obejmują hormon folikulotropowy (FSH, folitropina) i hormon luteinizujący (LH, lutropina). Obydwa hormony są syntetyzowane w przednim płacie przysadki mózgowej i są białkami złożonymi – glikoproteinami o masie molowej. ważą 25 000. Regulują steryd i gametogenezę w gonadach. Folitropina powoduje dojrzewanie pęcherzyków w jajnikach u kobiet i spermatogenezę u mężczyzn. Lutropina u kobiet pobudza wydzielanie estrogenów i progesteronu, a także pękanie pęcherzyków z utworzeniem ciałka żółtego, a u mężczyzn stymuluje wydzielanie testosteronu i rozwój tkanki śródmiąższowej. Jak zauważono, biosynteza gonadotropin jest regulowana przez hormon podwzgórza, gonadoliberynę, składającą się z dwóch podjednostek α i β: podjednostka α hormonu zawiera 89 reszt aminokwasowych od końca N i różni się charakterem. 22 aminokwasy.
29. Hormony tylnego płata przysadki mózgowej: wazopresyna, oksytocyna. Natura chemiczna. Mechanizm ich działania, efekt biologiczny. Zaburzenia funkcji organizmu związane z brakiem produkcji tych hormonów.
Hormony wazopresyna i oksytocyna syntetyzowany na drodze rybosomalnej. Oba hormony są nonapeptydami o następującej budowie: Wazopresyna różni się od oksytocyny dwoma aminokwasami: w pozycji 3 od N-końca zamiast izoleucyny zawiera fenyloalaninę, a w pozycji 8 zamiast leucyny zawiera argininę. Główne działanie biologiczne oksytocyny u ssaków wiąże się ze stymulacją skurczu mięśni gładkich macicy podczas porodu i włókien mięśniowych wokół pęcherzyków gruczołów sutkowych, co powoduje wydzielanie mleka. Wazopresyna pobudza skurcz włókien mięśni gładkich naczyń krwionośnych, wykazując silne działanie wazopresyjne, jednak jej główną rolą w organizmie jest regulacja metabolizmu wody, stąd jej druga nazwa, hormon antydiuretyczny. W małych stężeniach (0,2 ng na 1 kg masy ciała) wazopresyna wykazuje silne działanie antydiuretyczne – stymuluje wsteczny przepływ wody przez błony kanalików nerkowych. Normalnie reguluje ciśnienie osmotyczne osocza krwi i gospodarkę wodną organizmu człowieka. W przypadku patologii, w szczególności zaniku tylnego płata przysadki mózgowej, rozwija się moczówka prosta, choroba charakteryzująca się uwalnianiem niezwykle dużych ilości płynu z moczem. W tym przypadku zostaje zakłócony odwrotny proces wchłaniania wody w kanalikach nerkowych.
Oksytocyna
Wazopresyna
30. Hormony tarczycy: trójjodotyronina i tyroksyna. Charakter chemiczny, biosynteza. Mechanizm działania hormonów na poziomie molekularnym, działanie biologiczne. Zmiany metabolizmu w nadczynności tarczycy. Mechanizm powstawania wola endemicznego i jego zapobieganie.
Tyroksyna i trójjodotyronina– główne hormony części pęcherzykowej tarczycy. Oprócz tych hormonów (których biosynteza i funkcje zostaną omówione poniżej) hormon peptydowy jest syntetyzowany w specjalnych komórkach - tak zwanych komórkach parafolikularnych, czyli komórkach C tarczycy, które zapewniają stałe stężenie wapnia w krwi. Został nazwany ≪ kalcytonina≫. Biologiczne działanie kalcytoniny jest dokładnie odwrotne do działania hormonu przytarczyc: it powoduje zahamowanie procesów resorpcyjnych w tkance kostnej, a co za tym idzie, hipokalcemię i hipofosfatemię. Hormon tarczycy, tyroksyna, który zawiera jod w 4 pozycjach struktury pierścieniowej, jest łatwo syntetyzowany z L-tyroniny. Biologiczne działanie hormonów tarczycy rozciąga się na wiele funkcji fizjologicznych organizmu. W szczególności hormony regulują tempo podstawowej przemiany materii, wzrost i różnicowanie tkanek, metabolizm białek, węglowodanów i lipidów, gospodarkę wodno-elektrolitową, czynność ośrodkowego układu nerwowego, przewód pokarmowy, hematopoezę, funkcję układu sercowo-naczyniowego, potrzebę na witaminy, odporność organizmu na infekcje itp. Niedoczynność tarczycy już we wczesnym dzieciństwie prowadzi do rozwoju choroby zwanej w literaturze tzw. kretynizm. Oprócz zatrzymania wzrostu, specyficznych zmian w skórze, włosach, mięśniach i gwałtownego spadku szybkości procesów metabolicznych, przy kretynizmie obserwuje się głębokie zaburzenia psychiczne; Specyficzne leczenie hormonalne w tym przypadku nie daje pozytywnych rezultatów. Zwiększona funkcja tarczycy (nadczynność) powoduje rozwój nadczynność tarczycy
L-tyroksyna L-3,5,3"-trijodotyronina
31. Hormony kory nadnerczy: glukokortykoidy, mineralokortykoidy. Natura chemiczna. Mechanizm działania na poziomie molekularnym. Ich rola w regulacji metabolizmu węglowodanów, minerałów, lipidów i białek.
W zależności od charakteru działania biologicznego hormony kory nadnerczy dzieli się umownie na glukokortykoidy (kortykosteroidy wpływające na metabolizm węglowodanów, białek, tłuszczów i kwasów nukleinowych) oraz mineralokortykoidy (kortykosteroidy, które mają pierwotny wpływ na metabolizm soli i woda). Do pierwszych zalicza się kortykosteron, kortyzon, hydrokortyzon (kortyzol), 11-deoksykortyzol i 11-dehydrokortykosteron, drugie – deoksykortykosteron i aldosteron. Ich budowa, podobnie jak struktura cholesterolu, ergosterolu, kwasów żółciowych, witamin D, hormonów płciowych i wielu innych substancji opiera się na skondensowanym układzie pierścieni cyklopentanoperhydrofenantrenu. Glukokortykoidy mają różnorodny wpływ na metabolizm w różnych tkankach. W tkance mięśniowej, limfatycznej, łącznej i tłuszczowej glukokortykoidy, wykazując działanie kataboliczne, powodują zmniejszenie przepuszczalności błon komórkowych i odpowiednio hamowanie wchłaniania glukozy i aminokwasów; jednocześnie w wątrobie mają odwrotny efekt. Końcowym skutkiem narażenia na glukokortykoidy jest rozwój hiperglikemii, głównie na skutek glukoneogenezy. Mineralokortykoidy(deoksykortykosteron i aldosteron) regulują głównie metabolizm sodu, potasu, chloru i wody; przyczyniają się do zatrzymywania jonów sodu i chloru w organizmie oraz wydalania jonów potasu z moczem. Podobno jony sodu i chloru są wchłaniane ponownie w kanalikach nerkowych w zamian za wydalanie innych produktów przemiany materii,
kortyzol
32. Parathormon i kalcytonina. Natura chemiczna. Mechanizm działania na poziomie molekularnym. Wpływ na metabolizm wapnia, hiperkalcemię i hipokalcemię.
Hormony białkowe obejmują również hormon przytarczyc (hormon przytarczyc). Są syntetyzowane przez przytarczyce. Cząsteczka bydlęcego hormonu przytarczyc zawiera 84 reszty aminokwasowe i składa się z jednego łańcucha polipeptydowego. Stwierdzono, że hormon przytarczyc bierze udział w regulacji stężenia kationów wapnia i związanych z nimi anionów kwasu fosforowego we krwi. Wapń zjonizowany uważany jest za formę biologicznie aktywną; jego stężenie waha się w granicach 1,1–1,3 mmol/l. Jony wapnia okazały się niezbędnymi czynnikami, których nie można zastąpić innymi kationami, w szeregu ważnych procesów fizjologicznych: skurczu mięśni, pobudzeniu nerwowo-mięśniowym, krzepnięciu krwi, przepuszczalności błon komórkowych, aktywności szeregu enzymów itp. Dlatego wszelkie zmiany w tych procesach spowodowane długotrwałym brakiem wapnia w pożywieniu lub naruszeniem jego wchłaniania w jelitach prowadzą do zwiększonej syntezy hormonu przytarczyc, co sprzyja wypłukiwaniu soli wapnia (w postaci cytrynianów i fosforanów) z tkanki kostnej, a co za tym idzie, do zniszczenia mineralnych i organicznych składników kości. Kolejnym narządem docelowym działania parathormonu są nerki. Parathormon zmniejsza wchłanianie zwrotne fosforanów w kanalikach dystalnych nerki i zwiększa wchłanianie zwrotne wapnia w kanalikach. W specjalnych komórkach - tzw. komórkach parafolikularnych, czyli komórkach C tarczycy, syntetyzowany jest hormon o charakterze peptydowym, zapewnienie stałego stężenia wapnia we krwi – kalcytoniny. Formuła:
Kalcytonina zawiera mostek dwusiarczkowy (między 1. a 7. resztą aminokwasu) i charakteryzuje się N-końcową cysteiną i C-końcowym prolinamidem. Biologiczne działanie kalcytoniny jest wprost przeciwne do działania parathormonu: powoduje zahamowanie procesów resorpcyjnych w tkance kostnej, a co za tym idzie, hipokalcemię i hipofosfatemię. Tym samym stałość poziomu wapnia we krwi ludzi i zwierząt zapewniają głównie parathormon, kalcytriol i kalcytonina, czyli tzw. hormony tarczycy i przytarczyc oraz hormon pochodzący z witaminy D3. Należy to wziąć pod uwagę podczas chirurgicznych manipulacji terapeutycznych na tych gruczołach.
33. Hormony rdzenia nadnerczy – katecholaminy: adrenalina i noradrenalina. Natura chemiczna i biosynteza. Mechanizm działania hormonów na poziomie molekularnym, ich rola w regulacji metabolizmu węglowodanów, tłuszczów i aminokwasów. Zaburzenia metaboliczne w chorobach nadnerczy.
Hormony te strukturalnie przypominają aminokwas tyrozynę, od którego różnią się obecnością dodatkowych grup OH w pierścieniu i przy atomie węgla β łańcucha bocznego oraz brakiem grupy karboksylowej.
Adrenalina Noradrenalina Izopropyladrenalina
Ludzki rdzeń nadnerczy o masie 10 g zawiera około 5 mg adrenaliny i 0,5 mg noradrenaliny. Ich zawartość we krwi wynosi odpowiednio 1,9 i 5,2 nmol/l. W osoczu krwi oba hormony występują zarówno w stanie wolnym, jak i związanym, zwłaszcza z albuminami. Niewielkie ilości obu hormonów odkładają się w postaci soli z ATP w zakończeniach nerwowych i są uwalniane w odpowiedzi na stymulację. Co więcej, o to im chodzi Mają silne działanie zwężające naczynia krwionośne, powodując wzrost ciśnienia krwi i pod tym względem ich działanie jest podobne do działania współczulnego układu nerwowego. Znany jest silny wpływ regulacyjny tych hormonów na metabolizm węglowodanów w organizmie. Zatem w szczególności adrenalina powoduje gwałtowny wzrost poziomu glukozy we krwi, co wynika z przyspieszenia rozkładu glikogenu w wątrobie pod działaniem enzymu fosforylazy. Hiperglikemiczne działanie noradrenaliny jest znacznie mniejsze - około 5% działania adrenaliny. Równolegle następuje akumulacja fosforanów heksozy w tkankach, zwłaszcza w mięśniach, zmniejszenie stężenia fosforanów nieorganicznych i wzrost poziomu nienasyconych kwasów tłuszczowych w osoczu krwi. Istnieją dowody na hamowanie utleniania glukozy w tkankach pod wpływem adrenaliny. Niektórzy autorzy wiążą to działanie ze zmniejszeniem szybkości przenikania (transportu) glukozy do wnętrza komórki. Wiadomo, że zarówno adrenalina, jak i noradrenalina są szybko niszczone w organizmie; Nieaktywne produkty ich metabolizmu wydalane są z moczem, głównie w postaci kwasu 3-metoksy-4-hydroksymigdałowego, oksoadrenochromu, metoksynoadrenaliny i metoksyadrenaliny. Metabolity te występują w moczu głównie w postaci związanej z kwasem glukuronowym. Enzymy katalizujące te przemiany katecholamin zostały wyizolowane z wielu tkanek i są dość dobrze zbadane, w szczególności monoaminooksydaza (MAO), która decyduje o szybkości biosyntezy i rozkładu katecholamin oraz metylotransferaza katecholowa, która katalizuje główny szlak konwersji adrenaliny , tj. . O- metylacja pod wpływem S-adenozylometioniny. Przedstawiamy strukturę dwóch końcowych produktów rozkładu
34. Glukagon i insulina. Charakter chemiczny, biosynteza insuliny. Mechanizm działania tych hormonów na poziomie molekularnym. Ich rola w regulacji metabolizmu węglowodanów, tłuszczów i aminokwasów. Zaburzenia biochemiczne w cukrzycy.
Insulina, której nazwa wzięła się od nazwy wysp trzustkowych. Cząsteczka insuliny, zawierająca 51 reszt aminokwasowych, składa się z dwóch łańcuchów polipeptydowych połączonych ze sobą w dwóch punktach mostkami dwusiarczkowymi. W fizjologicznej regulacji syntezy insuliny dominującą rolę odgrywa stężenie glukozy we krwi. Zatem wzrost zawartości glukozy we krwi powoduje zwiększenie wydzielania insuliny w wyspach trzustkowych, a spadek jej zawartości wręcz przeciwnie, spowalnia wydzielanie insuliny. To zjawisko kontroli ze sprzężeniem zwrotnym uważane jest za jeden z najważniejszych mechanizmów regulacji poziomu glukozy we krwi. Przy niewystarczającym wydzielaniu insuliny rozwija się specyficzna choroba - cukrzyca. Fizjologiczne działanie insuliny: Insulina jest jedynym hormonem obniżającym poziom glukozy we krwi, co odbywa się poprzez:
§ zwiększone wchłanianie glukozy i innych substancji przez komórki;
§ aktywacja kluczowych enzymów glikolitycznych;
§ zwiększenie intensywności syntezy glikogenu – insulina przyspiesza magazynowanie glukozy w komórkach wątroby i mięśni poprzez polimeryzację jej do glikogenu;
§ zmniejszenie intensywności glukoneogenezy - zmniejsza się powstawanie glukozy z różnych substancji w wątrobie
Efekty anaboliczne
§ zwiększa wchłanianie aminokwasów przez komórki (zwłaszcza leucyny i waliny);
§ wzmaga transport jonów potasu, a także magnezu i fosforanów do wnętrza komórki;
§ wzmaga replikację DNA i biosyntezę białek;
§ wzmaga syntezę kwasów tłuszczowych i ich późniejszą estryfikację – w tkance tłuszczowej i wątrobie insulina sprzyja przemianie glukozy w trójglicerydy; Przy braku insuliny dzieje się odwrotnie – mobilizacja tłuszczów.
Działanie antykataboliczne
§ hamuje hydrolizę białek – ogranicza degradację białek;
§ zmniejsza lipolizę – zmniejsza dopływ kwasów tłuszczowych do krwi.
Glukagon- hormon komórek alfa wysp Langerhansa trzustki. Zgodnie ze swoją budową chemiczną glukagon jest hormonem peptydowym. Cząsteczka glukagonu składa się z 29 aminokwasów i ma masę cząsteczkową 3485. Podstawowa struktura cząsteczki glukagonu jest następująca.
Wiewiórki- naturalne polimery o dużej masie cząsteczkowej składające się z reszty aminokwasowe , połączone wiązaniem peptydowym; są głównym składnikiem organizmów żywych i molekularną podstawą procesów życiowych.
W przyrodzie znanych jest ponad 300 różnych aminokwasów, ale tylko 20 z nich wchodzi w skład białek ludzi, zwierząt i innych organizmów wyższych. Każdy aminokwas ma grupa karboksylowa, grupa aminowa w pozycji α (przy drugim atomie węgla) i rodnik (łańcuch boczny), który różni się w zależności od aminokwasu. Przy fizjologicznym pH (~7,4) grupa karboksylowa aminokwasów zwykle dysocjuje, a grupa aminowa ulega protonowaniu.
Wszystkie aminokwasy (z wyjątkiem glicyny) zawierają asymetryczny atom węgla (czyli taki atom, którego wszystkie cztery wiązania walencyjne są zajęte przez różne podstawniki, nazywa się to centrum chiralnym), dlatego mogą występować w postaci Stereoizomery L i D (wzorcem jest aldehyd glicerynowy):
Do syntezy białek ludzkich wykorzystuje się wyłącznie L-aminokwasy. W białkach o długim czasie życia izomery L mogą powoli nabywać konfigurację D, a dzieje się to z pewnym tempem charakterystycznym dla każdego aminokwasu. Zatem białka zębiny zębów zawierają L-asparaginian, który w temperaturze ciała człowieka przekształca się w formę D w tempie 0,01% rocznie. Ponieważ u dorosłych zębina praktycznie nie jest wymieniana ani syntetyzowana przy braku urazu, zawartość D-asparaginianu może służyć do określenia wieku osoby, co wykorzystuje się w praktyce klinicznej i kryminalistycznej.
Wszystkie 20 aminokwasów występujących w organizmie człowieka różni się budową, wielkością i właściwościami fizykochemicznymi rodników przyłączonych do atomu węgla α.
Wzory strukturalne 20 aminokwasów proteinogennych podawane są najczęściej w postaci tzw tabele aminokwasów proteinogennych:
Ostatnio do oznaczania aminokwasów zaczęto stosować jednoliterowe oznaczenia; do ich zapamiętania stosuje się regułę mnemoniczną (czwarta kolumna).
13.. Dzięki jakim wiązaniem z poniższych dwóch peptydów może powstać kopolimer?
A) ala-met-arg-cis-ala-gli-ser-gli-cis-tre;
B) lys-glu-arg-cis-arg-gly-tre-ser-lys-tre-glu-ser.
14. Jak metodą biuretową do oznaczania białka i siarczanu amonu określić stosunek albumin do globulin w surowicy krwi?
15. Stosunek ilości albuminy do ilości globulin w surowicy krwi pacjenta wynosi 1,5. Oblicz zawartość globulin, jeśli stężenie albuminy wynosi 5,0 g%.
16. Wymień dwie główne konfiguracje cząsteczki białka i wskaż różnice między nimi.
17. Na jakim poziomie organizacji przestrzennej rozróżnia się białka globularne i włókniste?
18. Wymień najważniejsze grupy podstawowych białek.
19. Dlaczego protaminy i histony różnią się swoim podstawowym charakterem?
20. Dlaczego protaminy i histony koagulują pod wpływem wysokiej temperatury tylko w środowisku silnie zasadowym?
LEKCJA 3 „Chemia złożonych białek. Oznaczanie składników fosfo- i nukleoprotein”
Cel lekcji : zapoznać się z klasyfikacją i budową białek złożonych, zwłaszcza nukleoprotein, które odgrywają wiodącą rolę w przechowywaniu i przekazywaniu informacji genetycznej (DNA i RNA), a także najważniejszych chromoprotein (hemoglobina).
Uczeń powinien wiedzieć:
1. Klasy białek złożonych, zasady ich podziału na klasy, zasady nazewnictwa
2. Charakter chemiczny grup prostetycznych białek złożonych.
3. Składniki grupy prostetycznej nukleoprotein i chromoprotein (w szczególności hemoglobiny).
4. Organizacja przestrzenna kwasów nukleinowych.
5. Różnice w składzie i strukturze RNA i DNA
6.Funkcje DNA i RNA, rodzaje RNA, ich lokalizacja.
7. Grupa prostetyczna hemoglobiny, jej składniki, rola żelaza w składzie hemu.
8. Czynniki, których oddziaływanie może powodować zmiany w strukturze DNA o konsekwencjach informacyjnych.
Uczeń musi to umieć:
1. Skonstruuj (schematycznie) łańcuch komplementarny do odcinka danego fragmentu jednego z łańcuchów DNA.
2. Na podstawie wyników analizy jakościowej hydrolizatu kwasu nukleinowego określić, czy hydrolizie uległo DNA czy RNA
3. Rozróżniać rodzaje hemoglobiny i stosować przyjęte dla nich oznaczenia (oksyhemoglobina, hemoglobina zredukowana, karboksyhemoglobina itp.).
4. Znajdź błędy w segmentach rzekomo komplementarnych nici DNA przedstawionych do oceny
Uczeń musi mieć pomysł: o dominującej lokalizacji białek złożonych w organizmie człowieka, o ich znaczeniu biologicznym, o zagrożeniach, jakie skutki mutagenne niosą dla istnienia gatunków.
Praca w klasie
Prace laboratoryjne (Oznaczanie fosfo-
i nukleoproteiny)
1. Izolacja kazeiny z mleka. Kazeina (jedna z fosfoprotein) zawarta jest w mleku w postaci rozpuszczalnej soli wapnia, która pod wpływem zakwaszenia rozkłada się i wytrąca się kazeina. Nadmiar kwasu zakłóca wytrącanie, ponieważ przy wartościach pH poniżej 4,7 (punkt izoelektryczny kazeiny) cząsteczki białka są ładowane i kazeina wraca do roztworu.
Postęp. Do 2 ml mleka dodać równą objętość wody destylowanej i 2 krople 10% kwasu octowego. Wysypującą się w postaci płatków kazeinę zbieramy na filtrze i płuczemy wodą.
Hydroliza nukleoprotein
Postęp. Do kolby okrągłodennej umieścić 1 g drożdży, dodać 20 ml 10% roztworu kwasu siarkowego i taką samą ilość wody destylowanej. Zamknąć kolbę korkiem zwrotnym i gotować pod ciśnieniem przez 1,5 godziny na małym ogniu. Ochłodzić ciecz, dodać wodę destylowaną do pierwotnej objętości i przesączyć. Użyj przesączu do następujących reakcji jakościowych:
a) reakcja biuretowa(do wykrywania polipeptydów). Do 5 kropli powstałego hydrolizatu dodać 10 kropli 10% roztworu wodorotlenku sodu i 1 kroplę 1% roztworu siarczanu miedzi. Ciecz zmienia kolor na różowy;
b) próba srebra(do wykrywania zasad purynowych). Do 5 kropli hydrolizatu dodać 5 kropli 2% amoniakalnego roztworu azotanu srebra. Po 3-5 minutach wytrąca się mały brązowy osad związków srebra z zasadami purynowymi;
c) jakościowa reakcja Molischa(w celu wykrycia grupy pentozowej). Do 10 kropli hydrolizatu dodać 2 - 3 krople 1% roztworu tymolu w etanolu, wymieszać i obniżyć wzdłuż ścianki równą objętość stężonego kwasu siarkowego - wyraźny czerwony pierścień;
d) próbka molibdenu(do wykrywania kwasu fosforowego). Do 5 kropli hydrolizatu dodać 5 kropli odczynnika molibdenowego i gotować przez kilka minut. Pojawia się cytrynowożółty kolor, a po ochłodzeniu pojawia się żółty krystaliczny osad złożonego związku fosfomolibdenianu amonu.
Podaj uzasadnione odpowiedzi na sugerowane poniżej zadania:
1. Jakie elementy strukturalne tworzą DNA? W jakiej kolejności są one ze sobą połączone?
2. Zbuduj łańcuch uzupełniający witrynę. fragment DNA pokazany poniżej (- A - G - G - C - T-G-T) tak aby powstały łańcuch był fragmentem RNA:
3. Skonstruuj łańcuch komplementarny do fragmentu jednego z łańcuchów DNA przedstawionych poniżej:
-A - G - G - C - T -
: - : - : - : - :
-? - ? - ? - ? - ? -
4. Znajdź błędy we fragmencie DNA poniżej:
-T - U - A - U - C - T - T - G-
: -: - : - : : : : :
A - A - T - A - G - A - A - U-
5. Oligonukleotyd hydrolizowano na dwa sposoby. W pierwszym przypadku w hydrolizacie oznaczono mononukleotydy A, G, C i T(ten ostatni występuje w hydrolizacie w ilości 2 razy większej niż pozostałe), a także dinukleotydy G - A, A - T I T-T. W drugim przypadku oprócz wolnych nukleotydów znaleziono dinukleotyd G - C.
Określ sekwencję nukleotydów w oryginalnym produkcie?
6. Roztwór testowy wykazuje dodatnią reakcję biuretową i po zagotowaniu i dodaniu stężonych kwasów mineralnych oraz kwasu sulfosalicylowego tworzy osad.
Sporządź plan badań, którego celem jest sprawdzenie, czy w roztworze znajduje się białko proste czy złożone. W przypadku wykrycia białka złożonego, jak ustalić (lub wykluczyć), że jest to hemoglobina.
7. Wyjaśniać podstawy podziału białek złożonych na klasy.
8. Podaj krótki opis wszystkich klas białek złożonych.
9. Zapamiętaj wzory strukturalne grup prostetycznych kwasów nukleinowych.
10. Scharakteryzuj zasady azotowe tworzące kwasy nukleinowe i wymień różnice pomiędzy DNA i RNA (położenie, struktura, funkcje).
11. Wymień minimalny element informacyjny w strukturze DNA i RNA.
12. Rozumieć, w jaki sposób realizowana jest rola DNA i RNA jako źródeł informacji.
13. Wymień dwie podgrupy chromoprotein i różnice między nimi.
14. Aby utrwalić zrozumienie struktury hemoglobiny (w celu zbadania składników części białkowej i składników hemu, a także ich roli w głównej funkcji hemoglobiny).
LEKCJA 4 (końcowa)
Przygotowując się do ostatniej lekcji, sprawdź, czy opanowałeś daną sekcję „Struktura i funkcje białek” zadając następujące pytania (w przygotowaniu korzystaj z materiałów wykładowych i podręczników):
1. Sformułuj pojęcie „Życia”, uwzględniając w definicji wszystkie elementy będące przedmiotem biochemii.
2. Zdefiniuj przedmiot biochemii i wymień zagadnienia, którymi zajmuje się ta nauka.
3. Wymień najważniejsze supramolekularne formacje organizmów żywych i grupy cząsteczek, które je tworzą
4. Zdefiniuj klasę „Białka”
5. Zdefiniuj klasę „Aminokwasy”.
6. Napisz wzory strukturalne wszystkich tripeptydów, które można zbudować z histydyny, alaniny i waliny.
7. Które z poniższych peptydów są kwaśne, zasadowe lub obojętne i wskazują ładunek elektryczny każdego z nich. pro-ser-ser; ala-pro-leu-thr; met-gly-ala; glu-his-ser; cys-lys-arg, glu-arg-lys; jego-glu.
8. Wymień znane ci podejścia do klasyfikacji białek
9. Wymień grupy białek różniące się składem.
10. Wymień grupy białek różniące się budową trójwymiarową.
11. Nazwij grupy białek złożonych.
12. Kontynuuj frazę „Utrata natywnej konformacji pod wpływem czynników chemicznych, fizycznych i innych bez naruszenia sekwencji aminokwasów jest.......”
13. Wymień rodzaje wiązań chemicznych, które ulegają rozerwaniu podczas denaturacji.
14. Wymień w logicznej kolejności etapy wymagane do izolacji białek z tkanek.
15. Narysuj wzory strukturalne zasad azotowych tworzących mononukleotydy.
16. Narysuj wzory strukturalne AMP, HMP, CMP, TMP i UMP.
17. Opisać sposób łączenia mononukleotydów w polinukleotyd.
18. Wymień różnice między DNA i RNA pod względem składu, struktury, lokalizacji i funkcji.
19. Jakim rodzajem białka jest hemoglobina?
20. Wymień cechy strukturalne globiny.
21. Narysuj wzór strukturalny hemu, nazwij połączenia pomiędzy hemem a globiną.
22. Co powoduje różnorodność funkcji białek?
23. Wymień funkcje biologiczne białek.
Temat: „Natura i właściwości enzymów” (lekcje 5-9)
Cel: badać naturę chemiczną, funkcje i właściwości katalizatorów biologicznych - enzymów.
Znaczenie tematu. Metabolizm, obligatoryjna i najważniejsza cecha organizmów żywych, składa się z wielu różnych reakcji chemicznych, w których biorą udział związki dostające się do organizmu z zewnątrz oraz związki pochodzenia endogennego. W trakcie studiowania tej części dyscypliny dowiadujemy się, że wszystkie reakcje chemiczne w organizmach żywych zachodzą przy udziale katalizatorów, że katalizatory w organizmach żywych (enzymy lub enzymy) są substancjami o charakterze białkowym, że właściwości enzymów i ich zachowanie zależy od charakterystyki środowiska.
Studiując tę sekcję, zdobywa się również informacje o tym, jak reguluje się aktywność enzymów w całym organizmie i powstają ogólne pomysły na temat powiązania szeregu procesów patologicznych ze zmianami aktywności lub ilości enzymów, informacje o zasadach ilościowych cech enzymów i ich zastosowania w celach diagnostycznych i terapeutycznych.
Szukaj
Możemy powiadamiać Cię o nowych artykułach,