białka, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK I, semestr II, biochemia, egzamin, poilkj, biochemia


11

3.3. Białka (proteiny)

Białka, w zasadzie, są olbrzymimi polipeptydami (makropeptydami). Jako kryterium podziału

pomiędzy polipeptydami a białkami umownie przyjmuje się ilość aminokwasów wchodzących w ich

skład. Związki zbudowane z ponad 100 aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi zalicza

się do białek. Poprawniejsze jest jednak założenie, że masa cząsteczkowa białek jest większa od

10 kDa. Jednakże, w kilku przypadkach, o przynależności do klasy białek decydują właściwości

polipeptydu i jego biologiczna funkcja. Ta koncepcja podziału ma coraz więcej zwolenników.

Rozwiązuje wiele sprzecznych i problematycznych przypadków. Na przykład, wspomniane w

poprzednim rozdziale protaminy, pomimo masy cząsteczkowej od 1000Da do 6000Da, wygodnie i

rozsądniej jest rozpatrywać w kategorii białek.

Składnikami większości białek zwykle jest 21 różnych aminokwasów w rozmaitych kombinacjach

(a ściślej permutacjach), plus Pro(OH) oraz Liz(OH) w kolagenie. Charakterystyczne jest, że

wszystkie aminokwasy występujące w białkach mają konfigurację L. Warto zauważyć, że już z 4

różnych aminokwasów można otrzymać 24 różne peptydy. Różną kolejnością wiązania się

poszczególnych aminokwasów (tzw. sekwencją aminokwasów), tłumaczy się zjawisko ogromnej

różnorodności białek, zarówno pod względem właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych.

Struktura przestrzenna białek zdeterminowana jest właśnie sekwencją aminokwasów (a tak na

marginesie, ta z kolei zdeterminowana jest sekwencją nukleotydów w DNA).

Białka można podzielić na dwie zasadnicze grupy: prot e iny i prot e idy.

Prot einy to białka właściwe (inaczej, białka proste), wśród których można wyróżnić:

a lbuminy - białka rozpuszczalne w wodzie i w rozcieńczonych roztworach soli; występują w

białku jaj ptasich oraz w nasionach roślin strączkowych,

globul iny - występują w surowicy krwi, w nasionach roślinnych oraz tkance mięśni,

prol aminy i glut el iny - to są białka wyłącznie roślinne,

skl eroprot einy -z kolei białka wyłącznie zwierzęce; wśród których dalej można wyróżnić:

kol agen - zasadniczy składnik białkowy tkanki kostnej,

ke r atyna - główny składnik substancji rogowatych (włosy, paznokcie, skóra),

e l a s tyna - główny składnik komórek w tkankach elastycznych.

Prot eidy to białka złożone, zawierające oprócz aminokwasów składniki chemiczne niebiałkowe

(tzw. grupy prostetyczne). Do proteidów zalicza się m.in.:

nukl eoprot eidy - główny składnik białkowy jąder żywych komórek,

gl ikoprot eidy - związki białek właściwych z węglowodorami,

l ipoprot e idy - połączenia białek z tłuszczami,

chromoprot eidy - połączenia białek z barwnymi związkami (np. flawoproteidy).

me t a loprot eidy - połączenie białka z jonami metali.

Wiele białek będących enzymami należy do proteidów. W skład ich centrum katalitycznego

wchodzą witaminy lub atom metalu. Enzymy, z uwagi na ich rolę i specyficzne właściwości zostaną

omówione oddzielnie w dalszej części podręcznika.

W zależności od budowy pr ze s t r zennej cząsteczki białka dzieli się na dwie podstawowe

grupy:

1) b i a ł k a f i b r y l a r n e (włókienkowe),

2) b i a ł k a g l o b u l a r n e (kuliste).

Umownym kryterium tego podziału jest stosunek liczbowy osi dłuższej (l) cząsteczki białka do osi

krótszej (d). Białka, dla których ten stosunek osiowy ma wartość nie większą niż 20 (l/d<20), zalicza

się do b i a ł e k g l o b u l a r n y c h . Ich rozmiary są rzędu kilku do kilkunastu tysięcy nm. Ich kształt

przypomina elipsoidy obrotowe. Kuliste cząsteczki spotyka się rzadko, głównie w przypadku

lipoproteidów.

Białka o stosunku osiowym większym od 20 (l/d>20) zalicza się do f ibryl arnych . Długość ich

cząsteczek przekracza nierzadko sto tysięcy nm, przy średnicy włókna nie większej niż kilkaset nm.

12

3.3.1. Zasady organizacji strukturalnej cząsteczek białek

Cząsteczka białka stanowi trójwymiarowe ułożenie jednego lub kilku łańcuchów

polipeptydowych. Jej przestrzenna struktura jest hierarchicznie uporządkowana i można w niej

wyróżnić cztery poziomy uporządkowania, z których każdy wykazuje odmienność i zależność od

różnych typów wiązań między atomami. W latach pięćdziesiątych Lindestrom Lang badając budowę

białek wprowadził pojęcie ich struktury pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowej później uzupełnione o

strukturę czwartorzędową.

Poziom I (czyli struktura pierwszorzędowa) w hierarchicznym skonstruowaniu cząsteczki

białkowej determinuje poziomy następne (tzw. strukturę wtórną), czyli strukturę przestrzenną danego

białka zwaną też konformacją łańcuchową, która z kolei decyduje o jego funkcji biologicznej.

Struktura I-rzędową mówi o kolejności, czyli s ekwencj i aminokwa sów w łańcuchu

polipeptydowym. Ta struktura uwarunkowana jest wiązaniami peptydowymi. W strukturze

pierwszorzędowej uwzględnia się również położenie wszystkich innych wiązań kowalencyjnych. Są to

głównie wiązania disiarczkowe między resztami cysteiny, sąsiadującymi ze sobą w przestrzeni.

Struktura II-rzędowa białka określa p r z e s t r z e n n e w z a j e m n e u ł o ż e n i e p ł a s z c z y z n

wi ą z a ń p e p t y d o w y c h (ściśle biorąc, atomów tworzących te wiązania).

Uwarunkowana jest przede wszystkim wiązaniami wodorowymi głównie między grupami

karbonylowymi i aminowymi łańcucha polipeptydowego oraz planarnością wiązania peptydowego.

Można rozpatrywać tę strukturę jako lokalne uporządkowanie w przestrzeni fragmentów łańcucha

peptydowego o identycznej konformacji. Elementami tej konfiguracji w białkach globularnych mogą

być: α - he l i s , s t r u k t u r a β - f a ł d o w a oraz z a k r ę t y . W kolagenie indywidualnie występuje

s t ruktur a kol agenu.

Struktury α-helis, β-fałdowa i kolagenu zostaną szczegółowo przedstawione w dalszej części

podręcznika przy okazji omawiania białek fibrylarnych. Z a k r ę t b e t a ( β-zakręt) jest to element

struktury drugorzędowej łańcucha polipeptydowego zapewniający zmianę - odwrócenie - kierunku w

jego przebiegu. Ma postać ciasnej pętli, w której tlen z grupy karbonylowej jednego aminokwasu jest

połączony wiązaniem wodorowym z wodorem grupy aminowej czwartego z kolei aminokwasu.

Regiony łańcucha polipeptydowego pozbawione regularnej struktury drugorzędowej chętnie

przyjmują postać zakrętu beta. Taką postać może przyjąć nawet połowa łańcucha polipeptydowego

typowego białka.

Struktura III-rzędowa cząsteczki białka lub jej podjednostki określa u ł o ż e n i e w

pr ze s t r z e n i ł a ń c u c h a p o l i p e p t y d o w e g o (a ściślej, rozlokowanie w przestrzeni wszystkich

jego atomów). To przestrzenne upakowanie łańcucha polipeptydowego wywołane jest wewnątrz

cząsteczkowymi wzajemnymi oddziaływaniami łańcuchów bocznych aminokwasów oraz miedzy tymi

łańcuchami a cząsteczkami wody. Czynnikami warunkującymi powstawanie i utrzymywanie w

białkach struktury III-rzędowej są wiązania chemiczne wszystkich typów, w tym wspomniane

wcześniej wiązanie disiarczkowe i wodorowe, a ponadto oddziaływania jonowe, hydrofobowe i siły

van der Waalsa.

Struktura drugorzędowa tripeptydu

Kąt ψ odpowiada rotacji wokół wiązania Cα-C,

Kąt φ odpowiada rotacji wokół wiązania Cα-N

13

Struktura IV-rzędowa jest to s p o s ó b u ł o ż e n i a w p r z e s t r z e n i k i l k u ł a ń c u c h ó w

pol ipeptydowych stanowiących podjednostki cząsteczki białka oraz zespół oddziaływań między

nimi

Czynniki strukturotwórcze białek

Rola wiązań peptydowych w budowie białek jest oczywista. Omówione teraz zostaną krótko

wszystkie pozostałe wiązania i oddziaływania chemiczne ogrywające rolę w powstawaniu i

utrzymaniu właściwej konformacji łańcucha polipeptydowego cząsteczki białka. Kolejność ich

omawiania wynika z roli i znaczenia, jakie pełnią.

Oddziaływania hydrofobowe (e f ekt hydrofobowy). Cząsteczki niepolarne nie zawierają

spolaryzowanych wiązań ani atomów - powoduje to, że są one nierozpuszczalne w wodzie.

Właściwość tą nazywa się h y d r o f o b o w o ś c i ą . W środowisku wodnym oddziaływanie z polarnymi

cząsteczkami H2O doprowadzi do takiego układu, w którym fragmenty hydrofobowe będą "unikały"

kontaktu z wodą grupując się razem, natomiast części hydrofilowe "chętnie" będą z nią oddziaływać.

Źródłem energii oddziaływań hydrofobowych jest niechęć cząsteczek wody zwiększenia stopnia

organizacji.

Efekt tych oddziaływań sprawia, że syntetyzowany wewnątrz komórki w środowisku wodnym

łańcuch polipeptydowy fałduje się spontanicznie w ten sposób, że większość jego hydrofobowych

rodników bocznych (przede wszystkim wa l iny, l eucyny, i zol eucyny, a l aniny i

f enyloal aniny) zostaje skierowana do wnętrza powstającej struktury, a większość jego polarnych,

obdarzonych ładunkiem bocznych łańcuchów znajduje się na powierzchni.

Wiązania disiarczkowe (m o s t k i d i s i a r c z k o w e ). Najsilniejszym wiązaniem (pomijając

peptydowe) jest kowalencyjne w i ą z a n i e d i s i a r c z k o w e ( S S ) powstające pomiędzy

dwoma grupami —SH sąsiadujących ze sobą w przestrzeni dwóch reszt cysteiny w tym samym

łańcuchu lub łącząc dwa różne łańcuchy.

Energia wiązania disiarczkowego wynosi 300 kJ/mol, a odległość między atomami siarki S—S

jest nie większa niż 0,15nm.

Wiązanie to odgrywa znaczną rolę jako czynnik strukturotwórczy ke r a tyn, łącząc między sobą

sąsiadujące łańcuchy polipeptydowe, jednocześnie uodparniając te białka na działanie czynników

chemicznych. W cząsteczce β-keratyny ilość tych wiązań może sięgać nawet kilkudziesięciu.

Natomiast w białkach globularnych mostek disiarczkowy odgrywa jedynie rolę strukturotwórczą

w odniesieniu do pewnych fragmentów łańcucha polipeptydowego. Bez wątpienia usztywnia jednak

kształt tych białek i zwiększa ich termostabilność. W wielu enzymach reszty cysteiny tworzące mostki

disiarczkowe pełnią rolę aminokwasów pomocniczych (patrz: budowa centrum aktywnego enzymów).

Ilość wiązań disiarczkowych w cząsteczce białka globularnego jest rzędu kilku. Znanych jest ponadto

wiele białek (zwłaszcza pozakomórkowych enzymów), które nie posiadają mostków disiarczkowych.

Ta cecha czyni cząsteczki tych białek bardziej plastycznymi, co ma niewątpliwie znaczenie przy ich

sekrecji (wydzielaniu poza komórkę). Do takich enzymów należą rybonukleaza czy subtilizyna

Wiązania jonowe. Wiązania te są wywołane elektrostatycznym przyciąganiem się jonów o

przeciwnych znakach. W białkach wiązania jonowe tworzone są pomiędzy dodatnio naładowanymi

grupami amoniowymi łańcuchów bocznych lizyny i argininy oraz naładowanymi ujemnie grupami

karboksylanowymi kwasu glutaminowego i asparaginowego (—NH3

+....-OOC—). Ponadto udział w

powstaniu tego wiązania w pewnym stopniu może mieć dodatnio naładowany rodnik histydyny.

Energia tych wiązań waha się w granicach 14-29 kJ/mol, ich zasięg wynosi ponad 1 nm, a siła

oddziaływania jest odwrotnie proporcjonalne do r2. Tak więc, wiązania te są względnie silne. Ich ilość

14

w cząsteczce białka może dochodzić nawet do kilkudziesięciu. Na przykład we wspomnianej

subtilizynie (pozakomórkowej proteinazie serynowej z Bacillus subtilis) na powierzchni cząstki

enzymu występuje 16 krzyżowych wiązań jonowych stabilizujących skutecznie trzeciorzędową

strukturę białka. U enzymów tych brak jest mostków disiarczkowych, a mimo to są one odporne na

działanie wielu czynników denaturujących.

Wiązania wodorowe. Tworzą się one pomiędzy atomem wodoru związanym kowalencyjnie z

atomem o dużej elektroujemności a atomem z wolnymi parami elektronowymi (np. w białkach

najczęściej: >C=O.....H—N< lub —O—H...O=C<). Wiązanie to symbolizowane we wzorach jest

kropkowaną linią, jak to widać w prezentowanych układach. Wiązanie wodorowe wykazuje wyraźne

ukierunkowanie. Jest ono tym silniejsze, im bardziej linearnie są ułożone wszystkie trzy tworzące je

atomy. Dla struktury białek, istotne wiązania wodorowe mają zasięg oddziaływania rzędu 0,26-0,31

nm, a energia pojedynczego wiązania waha się w granicach od 12 do 29 kJ/mol - a więc są to słabe

oddziaływania. Wiązania wodorowe mogą powstawać zarówno między atomami tej samej cząsteczki

jak i atomami różnych cząsteczek.

Pomimo, że wiązania wodorowego należą do słabych oddziaływań, są one chyba

najważniejszymi siłami, które utrzymują przestrzenną konformację cząsteczki białka. Wynika to z

faktu, iż w cząsteczce białka występują tysiące wiązań wodorowych, w sumie mają więc one dużą

wartość energetyczną.

Ogólnie należy stwierdzić, że wiązania wodorowe są niezmiernie ważnym elementem

strukturalnym układów biologicznych. Biorą one udział w tworzeniu struktur cząsteczek białek,

kwasów nukleinowych i polisacharydów. Powstawanie wiązań wodorowych między cząsteczkami

wody i cząsteczkami substancji rozpuszczonej jest warunkiem rozpuszczania w wodzie wielu

związków organicznych. Nadto tworzenie się i rozpad wiązań wodorowych warunkuje szereg tak

ważnych biologicznie funkcji, jak np. działanie enzymów.

Siły van der Waalsa są wynikiem wzajemnego oddziaływania elektronów i jąder w cząsteczkach,

są więc przykładem oddziaływań elektrostatycznych. Ogólnie biorąc energia wiązań powstałych na

bazie sił van der Waalsa jest bardzo mała, rzędu 4-8 kJ/mol. Mechanizm powstawania tych

oddziaływań może być różny. Rozróżnia się m.in. efekt dyspersyjny, efekt indukcyjny czy efekt

kierunkowy.

Ef ekt dysper syjny (siły dyspersyjne) pojawia się jedynie wtedy, gdy cząsteczki znajdują się

bardzo blisko siebie, tak że prawie się stykają. W wyniku ruchu elektronów walencyjnych gęstość

ładunku ujemnego na zewnętrznej powłoce atomów ulega szybkim fluktuacjom wzbudzając podobną

fluktuację w powłoce walencyjnej sąsiednich atomów. Powstają szybkozmienne dipole, które

wzajemnie przyciągają się zwiększając, w miarę zbliżania się, wzajemną polaryzację elektronową.

Siły te występują przez bardzo krótki czas (rzędu 10-9 s) i są bardzo słabe (ok. 4 kJ/mol).

Ef ekt indukcyj ny polega na oddziaływaniu indukowanych dipoli (jego znaczenie jest

niewielkie).

Ef ekt ki e runkowy związany jest z asymetrią elektryczną cząsteczek (dipole) powodującą

oddziaływanie orientacyjne i przyciąganie odpowiednio utrwalających się dipoli.

S i ł y van der Waal s a maleją odwrotnie proporcjonalnie z siódmą potęgą odległości (r7) i są

one bardzo małe w porównaniu do innych omówionych wiązań. Tym niemniej, sumując się wywołują

efekty o dużym znaczeniu dla stabilizacji niektórych struktur białka.

Do czynników strukturotwórczych, w e d ł u g a u t o r a , można też zaliczyć białka zwane

molekularnymi opiekunkami.

15

Molekularne opiekunki (chaperones). Nawet cząsteczki białka, którym udało się uzyskać prawidłowy kształt

w fazie posttranslacyjnej (po zakończeniu biosyntezy), mogą w każdej chwili ulec deformacji wskutek działania

różnych czynników denaturujących. Od lat zadawano sobie pytania:

Jak ludzkie komórki radzą sobie z rozpoznawaniem białek, które mają złą strukturę przestrzenną?

Czy takie źle zwinięte białka mogą powrócić do prawidłowego kształtu?

Co dzieje się, kiedy cząsteczka białka jest tak beznadziejnie zniekształcona, że już w żaden sposób

nie może przybrać prawidłowej konformacji?

W ostatnich latach częściowo znaleziono odpowiedź na te pytania. Okazuje się, że w tych przypadkach

wkracza do akcji specjalna grupa białek: białka opiekuńcze, zwane też przyzwoitkami.

Białka opiekuńcze łączą się z odkształconymi białkami i pomagają im w uzyskaniu odpowiedniej struktury

trójwymiarowej. Często wymaga to zużycia pewnej ilości energii zmagazynowanej w ATP. Następnie komórkowe

opiekunki odłączają się od białek, które uzyskały odpowiedni kształt, i zajmują się innymi cząsteczkami białek o

nieprawidłowej konformacji. Same białka opiekuńcze są bardzo odporne na denaturację.

Białka opiekuńcze są bardzo wszędobylskie. Można je znaleźć w cytoplazmie (tam biorą udział w

nadawaniu kształtu białkom wytwarzanych w procesie translacji oraz w naprawianiu zdeformowanych białek), w

jądrze komórkowym, w szorstkiej siateczce śródplazmatycznej (gdzie uczestniczą w kształtowaniu białek

przeznaczonych do wydzielenia przez komórkę) oraz w pobliżu błon białkowo-lipidowych (białka opiekuńcze są

potrzebne w procesie transportu innych białek przez błony biologiczne: z jednej strony błony jedna przyzwoitka

rozwija białko i wpuszcza je do kanału w błonie, a po przeciwnej stronie błony białkowo-lipidowej inna przyzwoitka

odbiera transportowany łańcuch polipeptydowy i nadaje mu odpowiednią konformację). Bez udziału białek

opiekuńczych wiele procesów metabolicznych nie mogłoby przebiegać prawidłowo, a naprawienie popsutej

cząsteczki białka przekraczałoby możliwości komórki.

16

H

H

H

H

N

O

C

C

N

O

C C

H2N C

COOH

R2

H2C

CH2

CH2

H

108o

110o

3.3.2. Białka fibrylarne

Białka fibrylarne (skleroproteiny) to białka o budowie włókienkowej, nierozpuszczalne w wodzie,

rozcieńczonych kwasach, alkoholu; odporne na działanie enzymów proteolitycznych i czynników

chemicznych. Są głównym składnikiem substancji podporowych i strukturalnych organizmu, np.

skóry i kości (kolagen), ścięgien i wiązadeł (elastyna), paznokci, piór, włosów (keratyna), jedwabiu

naturalnego (fibroina), rzęsek bakterii (flagellina), pancerzy owadów (sklerotyna). Białka te nie mają

wartości odżywczych.

Białka fibrylarne wykazują wysoki stopień regularności i uporządkowania struktury. Obok

wiązań peptydowych podstawowym czynnikiem strukturotwórczym białek fibrylarnych są

wiązania wodorowe. Długie łańcuchy polipeptydowe tych białek przyjmują najczęściej regularną

strukturę drugorzędową, w której szkielet skręcony jest wokół własnej osi, tak że powstaje

przestrzenna możliwość utworzenia stabilizujących układ wiązań wodorowych między atomami

oddalonych od siebie ugrupowań peptydowych.

Struktura kolagenu. Kolagen jest głównym składnikiem białek skóry, tkanki łącznej (m.in.

wiązadła i ścięgna) oraz białek wchodzących w skład chrząstek i kości. Kolagen odznacza się dużą

wytrzymałością na rozciąganie. Jego skład aminokwasowy jest

następujący: glicyna 33%, prolina 12%, hydroksyprolina 9%,

ponadto 9,5% Ala, 3% Wal, l,5% Liz(OH); przy absolutnym

braku Cys i Try. Ustalono, że we włókienkowych cząsteczkach

kolagenu trzy podstawowe aminokwasy tworzą łańcuch

peptydowy układający się wzdłuż linii śrubowej o bardzo dużym

skoku (3,3 reszty aminokwasowe na 1 skręt), a trzy takie

łańcuchy splatają się ze sobą na kształt liny (rysunek obok).

Poszczególne łańcuchy łączą się między sobą wiązaniami

wodorowymi tworzonymi przez atomy azotu i tlenu wiązań

peptydowych.

O przestrzennej strukturze kolagenu decyduje przede wszystkim jego niezwykły skład

aminokwasowy. Periodyczna struktura pierwszorzędowa wygląda następująco: -Gly-X-Y-Gly-X-Y-.

X często jest proliną (nigdy hydroksyproliną), Y jest często hydroksyproliną. Należy sobie

uświadomić, że wiązania peptydowe utworzone z udziałem proliny i hydroksyproliny są

„zdeformowane” (patrz rysunek powyżej) na skutek pierścieniowej budowy tych aminokwasów.

Stąd kąt rozwarcia płaszczyzn wiązań peptydowych za proliną wynosi 110, podczas gdy normalnie

wynosi on około 100.

Hydroksyprolina (Hyp) i hydroksylizyna (Lys-OH) nie są wbudowywane w łańcuch podczas

syntezy. Oba te aminokwasy powstają w gotowych łańcuchach prokolagenu z proliny i lizyny pod

działaniem dioksygenaz - enzymów wbudowujących atomy tlenu z wytworzeniem grup

hydroksylowych.

Trzy enzymy modyfikują prokolagen: 4-dioksygenaza prokolageno-prolinowa (EC 1.14.11.2),

3-dioksygenaza prokolageno-prolinowa (EC 1.14.11.7) i 5-dioksygenaza prokolageno-lizynowa (EC`1.14.11.4).

- glicyna

- prolina

- hydroksyprolina

Struktura II-rzędowa kolagenu

17

C

O

H

H

O

N

C

R

O

C

N

R

H

C

N

C N

C

H

O

C

C

H

H

C

O

H

H

O

N

C

O

C

N

H

C

N

C N

C

H

O

C

C

R

R

C

O

H

H

O

N

C

R

O

C

N

R

H

C

N

C N

C

H

O

C

C

C

O

H

H

O

N

C

C

O

C

N

H

C

N

C N

C

H

O

C

C

R

R

C

Struktura fałdowa. Białka zwane β-ke r a tynami stanowią składniki naskórka, włosów,

paznokci, kopyt. Podobnie jak kolagen są nierozpuszczalne wodzie i cechuje je odporność na

czynniki chemiczne. Ich cząsteczki są zbudowane głównie z aminokwasów o hydrofobowych

łańcuchach bocznych i aminokwasów zasadowych oraz znacznych ilości cysteiny.

Keratyna rozciągniętego włosa (β-keratyna) charakteryzuje się regularną strukturą. Struktura ta

zwana jest fałdową, inaczej: strukturą pofałdowanej kartki, harmonijkową lub beta fałdową. Między

różnymi łańcuchami polipeptydowych lub różnymi częściami tego samego łańcucha powstają

wiązanie wodorowe wytworzone głównie w obrębie wiązań peptydowych. Płaskie wiązanie

peptydowe sprawia, że łańcuch przyjmuje postać pofałdowanej kartki z łańcuchami bocznymi

znajdującymi się poniżej lub powyżej tej płaszczyzny. Łańcuchy boczne sterczą teraz niemal pionowo

w górę, względnie w dół, jak widać na modelu przedstawionym poniżej. Łańcuchy sąsiadujące ze sobą

mogą być równoległe lub antyrównoległe zależnie czy przebiegają one odpowiednio: w tym samym

kierunku lub kierunku przeciwnym (rysunek poniżej).

A - Struktura fałdowa, B - układ peptydów równoległy, C - układ peptydów antyrównoległy

Struktura α-helisy. Helisa (z grec. heliks, helikos = skręcony) to linia śrubowa, linia leżąca na

powierzchni walca (poprawniej: cylindra). Strukturę α-helisy w 1951 roku zaproponowali Pauling i

Corey. α-He l i s a w przypadku struktury białek to łańcuch polipeptydowy płaszczyznowo nawijający

się na hipotetyczny walec (rysunek poniżej). Sposób jego ułożenia umożliwia utworzenie się

wewnątrz łańcuchowych wiązań wodorowych pomiędzy atomami wiązań peptydowych w kolejno po

sobie następujących zwojach helisy. Grupa >C=O każdego aminokwasu wiąże się wiązaniem

wodorowym z grupą HN< aminokwasu, zajmującego w sekwencji liniowej pozycję wysuniętą do

przodu o cztery reszty aminokwasowe. Ostatecznie wszystkie grupy >NH i >C=O łańcucha głównego

łączą się wiązaniami wodorowymi. Każda reszta aminokwasowa jest przesunięta w stosunku do

sąsiedniej o 0,15 nm wzdłuż osi helisy i obrócona o kąt 100° wokół osi. Na jeden obrót helisy

przypada więc 3,6 reszt aminokwasowych. W ten sposób, co czwarte reszty aminokwasowe w

α-helisie znajdują się przestrzennie blisko siebie. Łańcuchy boczne aminokwasów wystają na zewnątrz

cylindra w ułożeniu śrubowym. Prolina „deformuje” α-helisę. Odmiana helisy prawoskrętna jest

bardziej stabilna dla łańcuchów polipeptydowych.

R

H

CH

C O

HN

C R

O C

NH NH

O C

C R

HN

C O

R CH

H

CH

C O

HN

C R

O C

NH NH

O C

C R

HN

C O

CH R

H

R

H

C

N

C

N

C

N

R

H

R

H

H

R

HC R

C

NH

O

C R

HN

CH

C

O

CH

C O

HN

C R

O C

NH

R

C

NH

O

HN

CH

C

NH O

O C

C R

HN

C O

CH

C

N

A

B

C

18

- Rodniki hydrofobowe

- Rodniki hydrofilowe

3,6Å

5,4Å

Struktura α-helisy charakterystyczna jest dla niezbyt długich łańcuchów polipeptydowych takich,

jakie występują w α -ke r atyni e (białko fibrylarne) lub mioglobini e (białko globularne).

Włókienka α -ke r atyny zbudowane są z dwóch typów łańcuchów polipeptydowych. Oba mają

budowę α-helisy, ale oś jednego (I) jest prosta, drugiego (II) zaś tworzy linię śrubową o znacznie

większym skoku aniżeli w α-helisie. Łańcuch typu I stanowi trzon, wokół którego oplata się 6

śrubowych łańcuchów typu II.

3.3.3. Białka globularne

Omawiane poprzednio białka fibrylarne stanowią agregaty wielocząsteczkowe o uporządkowanej

budowie. W przeciwieństwie do nich białka globularne w stanie naturalnym to pojedyncze, niezależne

od siebie cząsteczki, przypominające „kłębuszki poplątanej wełny”. Łańcuch polipeptydowy białek

globularnych jest z reguły nieregularne poskręcany i pofałdowany. Brak w strukturze trzeciorzędowej

tych białek wyraźnej regularności i uporządkowania. Na rysunku przedstawiono schematyczny model

cząsteczki białka globularnego. Wewnątrz „kłębuszka” znajduje się strefa hydrofobowa, a na zewnątrz

strefa hydrofilowa, co decydująco wpływa na właściwości tych białek.

19

Schematyczny model cząsteczki białka globularnego.

W białkach globularnych występują jedynie dwa typy struktur drugorzędowych: α-helisa i

β-fałdowa. W wielu białkach globularnych fragmenty łańcucha polipeptydowego o strukturze α-helisy

są poprzedzielane strukturą β-fałdową. Ponadto obie te struktury mogą oddziaływać pomiędzy sobą

tworząc bardziej złożone struktury „ponad” drugorzędowe zwane motywami. Motywy strukturalne,

powstają wskutek asocjacji α-helisy lub struktury β-fałdowej. Powszechnie występującym

motywem β, czyli powstałym jedynie na bazie struktury β-fałdowej jest motyw „szpilki do włosów”.

Ten motyw zbudowany jest z jednego łańcucha polipeptydowego, przyjmującego antyrównoległą

strukturę typu harmonijki. Innym przykładem bardziej złożonej struktury opierającej się na strukturze

β-fałdowej jest motyw „klucza greckiego”. Jest to bardziej rozbudowany motyw „szpilki do włosów”,

gdzie jeden łańcuch polipeptydowy tworzy ze sobą cztery struktury β-fałdowe ułożone względem

siebie antyrównoległe. Struktura α-helisy podobnie jak harmonijkowa tworzy własne motywy

strukturalne. Najczęściej jest to motyw „helisa-pętla-helisa". Innym przykładem motywów α, są

struktury tzw. „suwaków leucynowych”, zbudowanych z dwóch oplecionych ze sobą α-helis,

bogatych w leucynę. Oprócz motywów β lub α, występują struktury mieszane typu α / β. Za przykład

może posłużyć motyw βαβ, w którym pomiędzy dwoma ułożonymi równolegle łańcuchami struktury

β-fałdowej znajduje się α-helisa. Hydrofobowa strona łańcuchów β jest ciasno upakowana i kontaktuje

się z hydrofobową stroną α-helisy.

Wszystkie omówione motywy dotyczą białek globularnych zbudowanych jedynie z jednego

łańcucha polipeptydowego. Jednakże wiele białek zbudowanych jest z kilku łańcuchów

polipeptydowych, fałdujących się niezależnie od siebie i pomiędzy którymi również formują się

swego rodzaju motywy, zwane domenami. Domeny można zdefiniować, jako precyzyjnie splecione ze

sobą fragmenty łańcuchów polipeptydowych, tworzących w przestrzeni szczególnie regularne rejony.

Zbudowane są one ze 100 do 400 reszt aminokwasowych. Można za przykład podać domenę

składającą się z czterech α-helis tworzących złożony motyw „helisa-pętla-helisa", ułożonych

wzajemnie równolegle, w ten sposób, że reszty aminokwasowe poszczególnych łańcuchów zazębiają

się między sobą tworząc przestrzeń hydrofobową w centralnej części domeny. Inną, bardzo podobną

strukturą, charakterystyczną dla białek globularnych jest domena „globinowa”. Powstaje ona w

wyniku dopasowania grzbietów jednej α-helisy w grzbiet drugiej. Domeny często są składnikami

części funkcjonalnych białek.

20

Niektóre białka mają niezwykle skomplikowaną strukturę trzeciorzędową, nawet z kilkunastoma

motywami i kilkoma domenami, jak np. dystrofina.

Dystrofina jest białkiem kodowanym przez gen leżący na chromosomie X. Mutacje tego genu wywołują

choroby zwane dystrofiami mięśniowymi Duchenne'a i Becker'a. Dy s t r o f i n a zbudowana jest z 3685

aminokwasów (Mcz = 427 kDa). Podzielona jest na cztery domeny - pierwsza domena na N-końcu o masie

cząsteczkowej 30 kDa jest homologiem α-aktyniny, domena centralna zbudowana z 25 powtórzonych motywów

potrójnych helis podobnych do występujących w spektrynie, domena bogata w cysteiny (280 reszt) oraz Ckońcowa

domena. C-końcowa domena zawiera kilka charakterystycznych motywów - domenę WW (posiadają

dwie konserwatywne reszty tryptofanu), motyw „EF hands”, domenę ZZ (motyw wiążący cynk) oraz dwie α-helisy.

Allosteria (z grec. allos = obcy, inny; stereos = stanowiący bryłę) to innokształtność

przestrzenna, czyli zmiana konformacji łańcuchowej. Cząsteczki większości białek globularnych

odznaczają się względnie dużą elastycznością. Trzeciorzędowa struktura wielu z nich może ulegać

odwracalnym „odkształceniom” na skutek niekowalencyjnego przyłączenia jakiejś innej cząsteczki

(tzw. l igandu). Takie białka nazywa się b i a ł k a m i a l l o s t e r y c z n y m i . Ef ekt a l los t e ryc zny

polega na odwracalnej zmianie konformacji białka w pewnym ściśle określonym obszarze jego

cząsteczki na skutek przyłączenia ligandu (efektora allosterycznego) w innym miejscu. Ta zmiana

konformacji pociąga za sobą zaburzenia aktywności biologicznej białka. Najlepiej poznanym białkiem

allosterycznym jest hemoglobina. Wiele enzymów również jest białkami allosterycznymi. Na zasadzie

allosterii działają aktywatory i inhibitory niektórych enzymów.

Hemoglobina zawarta w erytrocytach działa jako przenośnik tlenu we krwi oraz odgrywa decydującą rolę w

transporcie dwutlenku węgla i jonów wodorowych (pokrewnym białkiem jest mioglobina, odpowiedzialna za

transport tlenu w mięśniach). Kształt cząsteczki hemoglobiny jest zbliżony do kuli o średnicy 5,5 nm.

Hemoglobina jest białkiem złożonym. Składa się z dwóch łańcuchów α (po 141 aminokwasów) i dwóch łańcuchów

β (po 146 aminokwasów). Łańcuchy te są upakowane w formę czworościanu. Oddziałują ze sobą za

pośrednictwem wiązań niekowalencyjnych tworząc charakterystyczny tetramer oznaczany jako α-β-α-β lub α2β2.

Oba typy łańcuchów mają bardzo zbliżoną strukturę trzeciorzędowa i zawierają taką samą niebiałkową grupę

prostetyczną — cząsteczkę hemu. Grupy hemowe są umiejscowione, pojedynczo w każdej podjednostce, w

zagłębieniach na ich powierzchni. Hem jest związkiem kompleksowym, w którym atom żelaza dwuwartościowego

(Fe2+) znajdujący się w środku układu porfirynowego tworzy wiązania koordynacyjne z czterema atomami azotu

porfiryny. Atom żelaza może przyłączyć cząsteczkę O2 bez zmiany swojej wartościowości, tworząc tzw.

utlenowaną formę hemoglobiny (zwaną też oksyhemoglobiną) o jasnoczerwonym kolorze. Cztery miejsca

wiązania tlenu są znacznie od siebie oddalone; odległość między dwoma najbliżej położonymi atomami żelaza

wynosi 2,5 nm. Przyłączanie tlenu jest odwracalne i zależy od ciśnienia cząstkowego tlenu w narządach.

Przyłączenie tlenu (będącego w stosunku do hemoglobiny ligandem) do jednego z protomerów zwiększa

zdolność przyłączania O2 przez pozostałe protomery. W miarę postępującego utlenowania hemoglobiny jej

protomery łączą się coraz łatwiej z tlenem na skutek zmian konformacyjnych wywołanych efektem

allosterycznym. Utlenowana cząsteczka hemoglobiny jest bardziej upakowana. Na przykład, w wyniku

utlenowania odległość między atomami żelaza zmniejsza się z 4,0 do 3,3 nm. Reszty aminokwasów C-terminalne

wszystkich czterech łańcuchów mają prawie całkowitą swobodę rotacji. Terminalne grupy karboksylowe i

21

łańcuchy boczne aminokwasów na końcach C tworzą wiązania jonowe, które krępują tetramer. Ze względu na

obecność ośmiu wiązań jonowych cząsteczka nieutlenowanej hemoglobiny jest bardziej napięta i skrępowana niż

hemoglobiny utlenowanej.

Właściwości białek globularnych

Białka, które posiadają określone właściwości biologiczne (tzn. wypełniają określone funkcje w

komórce), i te właściwości nadal zachowują niezależnie od tego, czy są wewnątrz komórki czy też

zostały z niej wyizolowane określa się nazwą b i a ł k a n a t y w n e (rodzime). Białka natywne wykazują

kilka charakterystycznych właściwości.

Punkt izoelektryczny. Cechą charakterystyczną każdego białka jest jego punkt

i zoel ekt ryc zny. Jest to takie pH, w którym ilość ładunków dodatnich i ujemnych cząsteczki białka

jest jednakowa. Taka cząsteczka, oczywiście, nie wędruje w polu elektrycznym.

Denaturacja. Część białek natywnych należy do grupy związków bardzo delikatnych. Pod

wpływem wielu czynników zarówno fizycznych, jak i chemicznych, np. wysokiej temperatury,

znacznych zmian pH, promieni ultrafioletowych, rozpuszczalników organicznych itp., struktura białek

ulega trudno odwracalnym lub całkowicie nieodwracalnym zmianom połączonym z utratą natywnych

właściwości biologicznych (m.in. białka będące enzymami tracą swoje właściwości katalityczne).

Proces ten nazywa się dena tur a cj ą .

D e n a t u r a c j ę b i a ł k a można więc zdefiniować jako utratę natywnych właściwości

biologicznych lub innej indywidualnej cechy charakterystycznej tego białka spowodowaną

zniszczeniem jego struktury wtórnej (przy zachowaniu struktury pierwszorzędowej). W wyniku

denaturacji białka mogą wystąpić zmiany rozpuszczalności i przesunięcie punktu izoelektrycznego.

Rozwinięcie łańcucha peptydowego może prowadzić do wzrostu lepkości, a także zmian absorpcji w

nadfiolecie. Obserwuje się również często procesy agregacji i wytrącania, co jest związane ze

zmianami stopnia hydratacji i rozpuszczalności zdenaturowanych białek.

Ogólnie biorąc, mechanizm denaturacji związany jest ze zniesieniem oddziaływań czynników

strukturotwórczych, które odpowiedzialne są za stabilizację struktury przestrzennej cząsteczki białka.

Podczas denaturacji rozrywane mogą być wiązania wodorowe, jonowe, disulfidowe oraz niszczone

oddziaływania elektrostatyczne van der Waalsa. I tak:

działanie p o d w y ż s z o n e j t e m p e r a t u r y doprowadza do zerwania wiązań wodorowych oraz

zniesienia oddziaływań van der Waalsa, co w konsekwencji skutkuje zniszczeniem struktur II-,

III- i IV-rzędowej białka,

pod wpływem roztworu moc znika (6-8 mol/dm3) lub chlorku guanidyny (4 mol/dm3 ) i

innych związków chemicznych silnie polarnych zerwaniu ulegają wiązania wodorowe,

j o n y m e t a l i c i ę ż k i c h (Hg2+, Pb2+, Cu2+, itp.) powodują zerwanie mostków

disiarczkowych, a ponadto częściowo wiązań jonowych, co w niektórych przypadkach może

prowadzić do wbudowania się tych jonów w cząsteczkę białka,

na skutek działania kwa sów lub za s ad (wartość pH poniżej 3 lub powyżej 9) zerwaniu

ulegają wiązania jonowe i w pewnym stopniu wodorowe, co przede wszystkim skutkuje

zniszczeniem III-rzędowej struktury białka,

promi eniowani e ( nadfioletowe, rentgenowskie i radioaktywne) w skrajnych przypadkach

może nawet prowadzić do rozrywania wiązań kowalencyjnych,

22

+

+

+

+

-

-

-

-

+ -

+ +

innymi czynnikami mogącymi wywoływać denaturację białek są: intensywne mi e s zani e ,

w y t r z ą s a n i e l u b d z i a ł a n i e u l t r a d ź w i ę k a m i .

Wpływ pH i stężenia elektrolitu na rozpuszczalność białek globularnych. Ze względu na

rozpus z c z a l n o ś ć w wodzie białka globularne dzieli się na dwie grupy:

1) a lbuminy - rozpuszczalne w wodzie,

2) globul iny - rozpuszczalne w rozcieńczonych elektrolitach (np. w 0,1-1%-owych roztworach

NaCl).

Białka najmniejszą rozpuszczalność posiadają w punkcie izoelektrycznym. Im pH roztworu jest

bardziej oddalone od pI białka, tym lepsza jest jego rozpuszczalność. Zjawisko to można wyjaśnić

następująco. W roztworach o pH różnym od pI cząsteczki białka posiadają ładunek (dodatni lub

ujemny). Dwa ładunki jednoimienne odpychają się (m.in. tym silniej im większy jest ten ładunek). Nic

więc dziwnego, że naładowane cząsteczki białka też się odpychają, co ułatwia ich hydratację i w

efekcie zwiększa rozpuszczalność. Podobnie podczas wysalania (o czym będzie mowa poniżej)

jednoimiennie naładowane cząsteczki białka znacznie trudniej ulegają agregacji i trudniej wytrącić je

w postaci osadu.

0

20

40

60

80

100

3 4 5 6 7 8 9 10 11

pH

Rozpuszczalność [%]

Wpływ pH i stężenia elektrolitu na rozpuszczalność modelowego białek globularnych o pI = 6.

W wielu przypadkach niewielkie stężenie elektrolitu - np. 0,8% wodny roztwór NaCl, czyli sól

fizjologiczna - znacznie poprawia rozpuszczalność wielu białek (tzw. p r o c e s w s a l a n i a b i a ł e k ).

Niektóre białka w ogóle nie rozpuszczają się w wodzie i

wprowadzenie ich do roztworu wymaga obecności jonów

elektrolitu. Mechanizm zjawiska polega na tym, że

niezależnie od ogólnego (sumarycznego) ładunku

molekuły, cząstkowe ujemne i dodatnie ładunki nie są

równomiernie rozmieszczone na powierzchni cząsteczki białka. W efekcie cząsteczki białka są

dipolami. W punkcie izoelektrycznym dipol taki posiada znaczny moment, kilkaset razy większy od

mementu dipolowego wody. Zjawisko to wpływa na silne, wzajemne przyciąganie pomiędzy

molekułami białka. Dodatek NaCl sprawia, że w roztworze pojawiają się jony Na+ i Cl-, które

neutralizując te cząstkowe ładunki na powierzchni białka znoszą efekt przyciągania się cząsteczek,

tym samym ułatwiają ich rozpuszczanie się.

Przekroczenie pewnego progowego stężenia elektrolitu powoduje wytrącanie się białka z roztworu

w postaci osadu (tzw. p r o c e s w y s a l a n i a b i a ł e k ), co po oddzieleniu od cieczy i wysuszeniu

pozwala otrzymać białko w stanie stałym. Dobrym odczynnikiem

wysalającym białka jest siarczan amonu. Okazuje się, że zarówno jony

H2O

1%NaCl

40%(NH4)2SO4

20%(NH4)2SO4

wsalanie

wysalanie

pI

H2O

Molekuła

białka

- +

- -

23

NH4

+, jak i SO4

2- mają bardzo duże powinowactwo do cząsteczek wody i odrywają je od otoczki

hydratacyjnej białka.

Frakcjonowane wysalanie białek. Dobierając odpowiednio pH i stężenie elektrolitu można na

drodze wysalania z grubsza rozdzielić mieszaninę białek na pojedyncze frakcje, zawierające znacznie

podczyszczone indywidualne białka.

24

Wytrącanie białek globularnych rozpuszczalnikami organicznymi. Niektóre rozpuszczalniki

organiczne o silnych właściwościach hydrofilowych, takie jak np. etanol, aceton mają zdolność

wytrącania białka z roztworu. Związki te mają bardzo silne powinowactwo do wody i wyrywają jej

cząsteczki z otoczki hydratacyjnej białka. Niestety, część molekuł białka ulega denaturacji.

Skuteczność procesu wytrącania aktywnego biologicznie białka, czyli niezdenaturowanego, można

poprawić poprzez obniżenie temperatury wytrącania do 4C, dbania o względnie niskie stężenie

rozpuszczalnika wobec cząsteczek białka, (co, m.in. zapewnia dozowanie rozpuszczalnika do

roztworu białka!) i maksymalnie możliwe skrócenia czasu kontaktu rozpuszczalnika z cząsteczkami

białka. W ten sposób można z dużą wydajnością (sięgającą nawet 86%) skutecznie wytrącać natywne

białko z roztworu. Za takim sposobem otrzymywania białka w stanie stałym, w porównaniu z

wysalaniem, przemawia łatwość regeneracji odczynnika wytrącającego. [Od autora: siarczan

amonowy stosowany do wysalania białek jest trudny do regeneracji, a jego obecność w ściekach

powoduje bardzo groźną korozję wszelkich elementów betonowych (umocnień wałów

przeciwpowodziowych, filarów mostów, itp.)].

Suszenie rozpyłowe. W ostatnich latach, dzięki zastosowaniu ultrafiltracji, białko w stanie stałym (m.in.

enzymatyczne) korzystnie jest otrzymywać z zastosowaniem suszenia rozpyłowego. Wydajność tego procesu

sięga nawet 94%, a otrzymane białko w stanie stałym może być jednocześnie znacznie podczyszczone.

Odbiałczanie roztworów. W niektórych sytuacjach nieodzowne jest pozbycie się białka z

roztworu wodnego. Można efekt taki osiągnąć stosując odczynniki odbiałczające, m.in. 5% roztwór

kwasu trichlorooctowego lub 10% roztwór kwasu sulfosalicylowego. Oba te związki prawie ze 100%

skutecznością wytrącają zdenaturowane białko z wodnych roztworów.

Roztwory koloidalne białek. Roztwory wodne białek globularnych mają charakter koloidów

hydrof i lowych . I jako takie, posiadają charakterystyczne cechy koloidów hydrofilowych, o których

naucza chemia fizyczna. M.in. obniżają napięcie powierzchniowe, wykazują znaczną lepkość, są silnie

uwodnione, żelatynują, wykazują słabą opalescencję i mały efekt Tyndala, itp.

Dializa. Białka są olbrzymimi molekułami i jako takie nie d i a l i z u j ą , tzn. nie wykazują zdolności

do dyfundowania przez błony półprzepuszczalne. Zjawisko to wykorzystuje się m.in. do odsalania

roztworów białek. Wszystkie związki niskocząsteczkowe (np. jony, sole, mono- i disacharydy,

aminokwasy, peptydy, itp.) ulegają dializie, tzn. dyfundują przez błonę półprzepuszczalną woreczka

dializacyjnego do otaczającego go roztworu, natomiast białko pozostaje wewnątrz woreczka.

Elektroforeza. Cząsteczki białka zawieszone w roztworze wodnym o pH różnym od ich pI

(punktu izoelektrycznego) posiadają ładunek elektryczny. Oczywiście, ładunek ten jest tym większy,

im większa różnica pomiędzy pH roztworu a pI. Takie białko umieszczone w polu elektrycznym

zacznie wędrować w kierunku elektrody o przeciwnym znaku, z prędkością tym większą, im większy

posiada ładunek.

Punkty izoelektryczne białek są dość zróżnicowane. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że w

mieszaninie białek zawieszonych w buforze o jakimś dobranym pH, część cząsteczek naładowana

zostanie dodatnio, część ujemnie, a nadto znajdą się i takie, które nie będą miały ładunku. Jeżeli taką

mieszaninę umieści się w polu elektrycznym, to cząsteczki białek zaczną wędrować w kierunku

elektrod o przeciwnych znakach (oczywiście, te bez ładunku pozostaną w punkcie startowym).

Umożliwia to na skuteczne rozdzielenie mieszaniny białek. Ogólnie rozpowszechnionymi metodami

elektroforezy są elektroforeza bibułowa lub płytkowa cienkowarstwowa.

Oczyszczanie białek. W obecnej dobie istnieje wiele metod pozwalających szybko i skutecznie wyizolować

białko z mieszaniny różnych związków (w tym, innych białek) i oczyścić je do stanu homogenności (jednolitości).

Metody te opisywane są w fachowej literaturze dotyczącej omawianego problemu.

20

CH2

CH

CH2

O

O

O

CO-R1

CO-R2

CO-R3

4. Tłuszczowce (lipidy)

Do grupy związków objętych nazwą tłuszczowce lub lipidy zalicza się estry wyższych kwasów

tłuszczowych z mono- lub wielowodorotlenowymi alkoholami. Są one nierozpuszczalne w wodzie.

Dzieli się je na dwie podstawowe grupy:

lipidy proste, w skład których wchodzą wyłącznie alkohole i kwasy,

lipidy złożone, zawierające oprócz tych podstawowych składników inne związki.

Lipidy proste dzieli się na:

1) tłuszcze właściwe - estry kwasów tłuszczowych z glicerolem.

Tłuszcze właściwe, zwane w skrócie tłuszczami, stanowią substancje zapasowe żywych

organizmów. Są szeroko rozpowszechnione w świecie roślinnym, jak i zwierzęcym. Pod

względem budowy chemicznej stanowią mieszaninę estrów glicerolu z kwasami tłuszczowymi

gdzie: R-CO- reszta acylowa wyższego

kwasu tłuszczowego

ogólny wzór tłuszczów właściwych

Wszystkie kwasy tłuszczowe, wchodzące w skład tłuszczów występujących w przyrodzie,

poza nielicznymi wyjątkami, mają parzystą ilość atomów węgla (co jest zrozumiałe, biorąc pod

uwagę sposób ich syntezy). W zależności od budowy chemicznej kwasy tłuszczowe dzieli się na

2 grupy:

kwasy tłuszczowe nasycone - nie zawierające wiązań podwójnych,

kwasy tłuszczowe nienasycone - zawierające wiązania podwójne.

W przyrodzie tłuszcze występują przeważnie jako glicerydy mieszane, o różnym składzie

kwasowym, głównie zawierające trzy różne kwasy tłuszczowe.

Przykłady wyższych kwasów tłuszczowych:

C15H31 COOH kwas palmitynowy,

C17H35 COOH kwas stearynowy,

C17H33 COOH kwas olejowy (kwas nienasycony),

rycynolowy (hydroksylowa pochodna kwasu olejowego), a także inne wielonienasycone linolowy,

linolenowy, arachidonowy.

Kwasy wielonienasycone występują szczególnie obficie w olejach roślinnych. Niektóre ssaki nie posiadają

zdolności syntetyzowania tych związków i w takim przypadku stanowią one nieodzowny składnik ich

pożywienia (tzw. związki egzogenne) i stąd noszą nazwę witaminy F.

2) woski - estry kwasów tłuszczowych z wyższymi alkoholami jednowodorotlenowymi, głównie

alifatycznymi, np.

C30H61-CO-O C16H33 melisynian cetylowy

Lipidy złożone również dzielą się na kilka grup w zależności od dodatkowych składników

nietłuszczowych, np. fosfolipidy, sfingomieliny, glikolipidy, itp. Do tłuszczowców zalicza się, ze

względu na niektóre podobne cechy, również sterydy, które są estrami kwasów tłuszczowych i

jednowodorotlenowych wielkocząsteczkowych alkoholi pierścieniowych.

Wśród tłuszczowców złożonych na uwagę zasługują fosfolipidy (zwane też fosfatydami).

Głównym reprezentantem tej grupy jest lecytyna (fosfatydylocholina). Zbudowana jest ona z glicerolu,

którego dwie grupy wodorotlenowe zestryfikowane są kwasami tłuszczowymi, zaś trzecia - kwasem

fosforowym połączonym z choliną.

21

CH2

CH

CH2

O

O

O

CO

CO

R1

R2

P O CH2 CH2 N(CH3)3

+

lecytyna

R1 - reszta kwasu tluszczowego nasyconego

R2 - reszta kwasu tluszczowego nienasyconego

HO CH2 CH2 N(CH3)3

+

cholina

Z kolei wśród sterydów na uwagę zasługuje cholesterol, występujący niemal we wszystkich

komórkach ludzkiego organizmu. Jego stężenie we krwi wynosi od 140 do 250 mg%.

* * *

Bardziej szczegółowe informacje dotyczące dotychczas omówionych związków można znaleźć w

wielu popularnych, łatwo dostępnych podręcznikach (np. z zakresu chemii organicznej, biochemii,

itp.).

HO

cholesterol

umownie P oznacza fosforan



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
aminokwasy peptydy, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK I, semestr II, biochemia, egzamin, poilkj,
biochemia zagadnienia opis (1), Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK I, semestr II, biochemia
CZĘŚĆ I word, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK I, semestr II, biochemia, egzamin, poilkj, bioche
czesc 4 word, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK I, semestr II, biochemia, egzamin, poilkj, bioche
chemia laborki 2, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK I, semestr I, Chemia
Ćwiczenie 19 97, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK I, semestr I, agrofizyczka, sprawka
napiecie powierzchniowe 97-2003, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK I, semestr I, agrofizyczka, s
ostatni kolos, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr IV, Ochrona roślin (z Fitopatopogia)
zagadnienia , Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr III, genetyka i hodowla roślin
OGRODNICTWO ĆWICZENIE 8, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr IV, Ochrona roślin (z Fi
OGRODNICTWO ĆWICZENIE 5, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr IV, Ochrona roślin (z Fi
OGRODNICTWO ĆWICZENIE 7, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr IV, Ochrona roślin (z Fi
mikrobiologia notatki!, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr III, mikrobiologia
OGRODNICTWO ĆWICZENIE 4, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr IV, Ochrona roślin (z Fi
Liczby graniczne, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr III, podstawy nawożenia
prezentacja - podkładka, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr III, chwasty i ich zwalcza
zaliczenie projektu, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK II, semestr IV, urządzanie i pielęgnacja t

więcej podobnych podstron