Chemiczne składniki komórki

biomolekuły

Rodzaje wiązań chemicznych zaangażowanych

w tworzenie makromolekuł

oddziaływania

chemia wiązania

kowalencyjne, jonowe

udział ładunku elektrycznego elektrostatyczne, nielektrostatyczne

oddziaływania ze środowiskiem

hydrofobowe

odległość (zasięg)

bliskiego i dalekiego zasięgu

energia wiązania

silne (kilkadziesiąt kcal/mol)
słabe (kilka kcal/mol)

Makromolekuły składają się z prostych chemicznie podjednostek

(około 40 rodzajów)

Makromolekuły tworzone są w wyniku polimeryzacji podjednostek

podjednostki połączone wiązaniami kowalencyjnymi i niekowalencyjnymi

(wiązania wodorowe, van der Waalsa, hydrofobowe)

makromolekuły

tworzenie różnorodności strukturalnej i funkcjonalnej poprzez łączenie ze sobą niewielkiej ilości
różnych podjednostek jeśli nada się pewnym układom strukturalnym pewne znaczenie –
może to prowadzić do gromadzenia informacji (pojemność informatyczna)

Możliwa jest zmiana struktury bez zmiany funkcji – zamiana jednej z podjednostek na inną o podobnych
Własnościach ważne ze względu na niemożność ścisłej (absolutnej) regulacji struktury
– dopuszczalność powstawania w układzie biologicznym błędów

Etapy tworzenia układów (struktur) biologicznych

Możliwe jest powstawania skomplikowanych układów (struktur)

Struktura-kształt-funkcja

stabilność oddziaływań i ich odwracalność

ograniczenie czynnika dyfuzyjnego

unieruchomienie
kompartmentalizacja

rozpoznanie kształtu cząsteczek jako jedno ze źródeł specyficzności oddziaływań

nie może być doskonałe, dopuszczalne błędy rozpoznania (substrat enzymu, parowanie zasad DNA itp.)

konieczność istnienia mechanizmów sprawdzających i naprawczych samoorganizacja
– tworzenie bardzo skomplikowanych układów strukturalnych na podstawie dopasowania kształtu i słabych
oddziaływań bliskiego zasięgu
np. wirus mozaiki tytoniowej, błony biologiczne

Węglowodany

najpowszechniej występujące związki organiczne w przyrodzie

monocukry

aldozy, ketozy (CH

2

O)

n

n=3-7

oligocukry
wielocukry (polisacharydy)

możliwe jest tworzenie wielu oligocukrów
w zależności od rodzaju i sposobu połączenia
monocukrów

Rola w komórce:

źródło energii (glukoza)
substancje zapasowe (glikogen, skrobia)
strukturalne (celuloza)
składniki cząsteczek złożonych

(glikoproteiny, glikolipidy)

węglowodany złożone

chityna (zbudowana z N-acetyloglukozaminy)

wchodzi w skład szkieletu stawonogów,
i ściany komórkowej u grzybów

glikoproteiny

występują w błonie komórkowej gł. Eukaryota
(gł. białka transportowe i receptorowe, adhezyjne)

glikolipidy

ważne dla tworzenia połączeń międzykomórkowych

Lipidy

obojętne (zapas energetyczny)
złożone z glicerolu i kwasów tłuszczowych (nasycone i nienasycone)

fosfolipidy

mają charakter amfipatyczny

złożone z łańcucha węglowego (niepolarny)
głowa polarna

budują błony lipidowe w komórce

karotenoidy

witamina A
karoten (fotosynteza)
retinal (proces widzenia)

sterydy

cholesterol, ergosterol
hormony m.in. płciowe
kwasy żółciowe

Model błony lipidowej

Kwasy nukleinowe

DNA – materiał genetyczny
RNA – uczestniczy w procesach biosyntezy białek, kataliza chemiczna

złożone z nukleotydów

pentoza (ryboza, 2’-deoksyryboza)

grupa fosforanowa
zasady azotowe

puryny
A, G
pirymidyny
C, T, U

inne funkcje nukleotydów:

ADP, ATP – przenoszenie energii

c-AMP

- pośredniczy w działaniu hormonów, przenoszenie sygnałów

dwunukleotydy

np. NAD (nikotynoadeninowy)

aceptor-donor elektronów oraz protonów

w procesach utleniania i redukcji

Struktura RNA

RNA jest zwykle jednoniciowy, tworzy struktury dwuniciowe
(wewnątrzcząsteczkowe)

struktury typu szpilka do włosów (sekwencje palindromiczne)
struktury hybrydowe DNA-RNA (techniki antysens)
mikro RNA

Białka

zbudowane z aminokwasów (podstawowe 20)
aminokwasy:

polarne

nie obdarzone łądunkiem elektrycznym

polarne (obdarzone łądunkiem)

kwaśne i zasadowe

aminokwasy niezbędne (u człowieka)

treonina, izoleucyna, metionina, leucyna, lizyna walina, histydyna

fenyloalanina, tryptofan

polipeptyd składa się ze szkieletu o powtarzalnej sekwencji atomów

...-CC-N-CC-N-CC-N-CC-...

do których przyłączone są podstawniki

ulegają modyfikacjom post-translacyjnym (najczęściej już po wbudowaniu do

białek)

hydroksylacja (lizyna, prolina)

metylacja

fosforylacja, ubikwitynacja, poli(ADP)rybozylacja ...

poziomy organizacji białek

struktura pierwszorzędowa

sekwencja aminokwasów

struktura drugorzędowa

sposób skręcenia łańcucha

typy:

α- helisa

β- kartka

nieokreślona

struktura trzeciorzędowa

wypadkowa oddziaływań

między odcinkami łańcucha

(wiązania wodorowe, mostki

dwusiarczkowe, oddziaływania

jonowe, hydrofobowe)

Istnieje wielka liczba sposobów pofałdowania

łańcucha polipeptydowego

struktura czwartorzędowa

wzajemne ułożenie białek

między sobą

(dla białek złożonych)