Chemia życia
Białka — funkcje biologiczne i denaturacja
Białka: od sekwencji aminokwasów do funkcji
Aminokwas zawiera grupę aminową, karboksylową, atom wodoru i łańcuch boczny R połączone z węglem α. W reakcji kondensacji grupa karboksylowa jednego aminokwasu łączy się z grupą aminową drugiego, tworząc wiązanie peptydowe.
Struktura pierwszorzędowa to sekwencja aminokwasów. Struktury wyższych rzędów stabilizują m.in. wiązania wodorowe, oddziaływania jonowe, hydrofobowe i mostki disiarczkowe. Zmiana konformacji może zmienić aktywność białka.
Denaturacja niszczy głównie struktury II-, III- i IV-rzędową bez zrywania większości wiązań peptydowych. Może być odwracalna, lecz silne ogrzewanie często prowadzi do nieodwracalnej koagulacji.
- Białka fibrylarne, np. kolagen, zwykle pełnią funkcje strukturalne.
- Białka globularne, np. enzymy i hemoglobina, mają zwartą budowę przestrzenną.
- Hemoglobina wiąże tlen dzięki grupom hemowym zawierającym Fe²⁺.
- Histony umożliwiają upakowanie DNA w chromatynie.
Schemat: Białka: od sekwencji aminokwasów do funkcji
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: I.2.2
Transport gazów i praca układów krążenia oraz oddechowego
Serce działa jak dwie pompy: prawa tłoczy krew do płuc, lewa do krążenia dużego. Zastawki zapewniają jednokierunkowy przepływ, a cykl serca wynika z naprzemiennych skurczów i rozkurczów przedsionków oraz komór.
Tętnice odprowadzają krew od serca i mają grube, sprężyste ściany; żyły doprowadzają krew i często mają zastawki; naczynia włosowate mają cienki śródbłonek umożliwiający wymianę.
Tlen dyfunduje zgodnie z gradientem ciśnienia parcjalnego i wiąże się z hemoglobiną. Większość CO₂ jest transportowana jako HCO₃⁻, a wentylacja jest regulowana głównie w odpowiedzi na zmiany CO₂ i pH.
- Węzeł zatokowo-przedsionkowy inicjuje rytm serca.
- Lewa komora ma grubszą ścianę, bo wytwarza wyższe ciśnienie.
- Surfaktant zmniejsza napięcie powierzchniowe pęcherzyków.
- Przesunięcie krzywej hemoglobiny ułatwia oddawanie tlenu w aktywnych tkankach.
Schemat: Transport gazów i praca układów krążenia oraz oddechowego
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: I.2.2
Najczęstsze błędy
„Denaturacja zawsze rozcina białko na aminokwasy”
Poprawnie: Denaturacja zaburza głównie strukturę przestrzenną; hydroliza wiązań peptydowych jest innym procesem.
„Każde białko ma strukturę czwartorzędową”
Poprawnie: Strukturę IV-rzędową mają tylko białka złożone z co najmniej dwóch łańcuchów polipeptydowych.
„Tętnice zawsze prowadzą krew utlenowaną”
Poprawnie: Tętnice prowadzą krew od serca; tętnica płucna przenosi krew odtlenowaną.
„Oddychanie przyspiesza głównie przy spadku O₂”
Poprawnie: U zdrowego człowieka silnym bodźcem jest wzrost CO₂ i spadek pH płynu mózgowo-rdzeniowego.
Zadania z odpowiedziami
1. Wpływ temperatury na białko
Wyjaśnij, dlaczego wysoka temperatura może unieczynnić enzym.
- 1.Wskaż wzrost energii drgań cząsteczki.
- 2.Połącz go z osłabieniem oddziaływań stabilizujących konformację.
- 3.Wyjaśnij zmianę kształtu centrum aktywnego.
Odpowiedź
Wysoka temperatura zaburza słabe oddziaływania stabilizujące strukturę przestrzenną enzymu. Zmiana kształtu centrum aktywnego ogranicza wiązanie substratu i obniża aktywność katalityczną.
2. Grubość ściany lewej komory
Wyjaśnij, dlaczego lewa komora ma grubszą warstwę mięśnia niż prawa.
- 1.Porównaj opór krążenia dużego i płucnego.
- 2.Wskaż wymagane ciśnienie.
- 3.Połącz z siłą skurczu i masą mięśnia.
Odpowiedź
Lewa komora tłoczy krew przez całe ciało i musi pokonać większy opór, dlatego wytwarza wyższe ciśnienie i ma grubszą ścianę mięśniową.
Podsumowanie
- Białka fibrylarne, np. kolagen, zwykle pełnią funkcje strukturalne.
- Białka globularne, np. enzymy i hemoglobina, mają zwartą budowę przestrzenną.
- Aminokwas zawiera grupę aminową, karboksylową, atom wodoru i łańcuch boczny R połączone z węglem α. W reakcji kondensacji grupa karboksylowa jednego aminokwasu łączy się z grupą aminową drugiego, tworząc wiązanie peptydowe.
- Węzeł zatokowo-przedsionkowy inicjuje rytm serca.
- Lewa komora ma grubszą ścianę, bo wytwarza wyższe ciśnienie.
- Serce działa jak dwie pompy: prawa tłoczy krew do płuc, lewa do krążenia dużego. Zastawki zapewniają jednokierunkowy przepływ, a cykl serca wynika z naprzemiennych skurczów i rozkurczów przedsionków oraz komór.
- Białka fibrylarne, np.
Słownik pojęć
- Konformacja
- Przestrzenny kształt cząsteczki białka.
- Denaturacja
- Utrata prawidłowej struktury przestrzennej i zwykle funkcji białka.
- Wiązanie peptydowe
- Wiązanie amidowe łączące reszty aminokwasów.
- Ciśnienie parcjalne
- Udział danego gazu w całkowitym ciśnieniu mieszaniny.
- Surfaktant
- Substancja zmniejszająca napięcie powierzchniowe pęcherzyków płucnych.
- Automatyzm serca
- Zdolność serca do samodzielnego generowania pobudzeń.