Człowiek — układy narządów
Człowiek — układ oddechowy
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: XI.2.3a
Błona komórkowa i transport substancji
Dwuwarstwa fosfolipidowa stanowi barierę dla jonów i większości cząsteczek polarnych, ale przepuszcza małe cząsteczki niepolarne. Białka błonowe pełnią funkcję kanałów, przenośników, pomp, receptorów i enzymów.
Dyfuzja prosta i wspomagana zachodzą zgodnie z gradientem elektrochemicznym i nie wymagają bezpośredniego nakładu ATP. Transport aktywny przenosi substancję wbrew gradientowi, wykorzystując energię ATP lub energię gradientu innego jonu.
Osmoza jest ruchem wody przez błonę półprzepuszczalną do roztworu o niższym potencjale wody. W komórce roślinnej napływ wody zwiększa turgor, a w roztworze hipertonicznym utrata wody może wywołać plazmolizę.
- Kanał tworzy hydrofilową drogę przez błonę, a przenośnik zmienia konformację.
- Pompa Na⁺/K⁺ transportuje 3 Na⁺ na zewnątrz i 2 K⁺ do komórki na 1 ATP.
- Endocytoza wprowadza duże cząstki lub płyn w pęcherzykach.
- Egzocytoza umożliwia wydzielanie hormonów, enzymów i neuroprzekaźników.
Schemat: Błona komórkowa i transport substancji
Najważniejsze elementy budowy i ich funkcje.
Podstawa programowa: XI.2.3b
Dziedziczenie cech i analiza krzyżówek
Allele tego samego genu zajmują odpowiadające sobie loci chromosomów homologicznych. W mejozie allele rozdzielają się do gamet, co stanowi cytologiczne podłoże prawa czystości gamet.
Fenotyp zależy od genotypu i środowiska. Dominacja pełna jest tylko jednym typem relacji; występują także dominacja niepełna, kodominacja, allele wielokrotne i interakcje genów.
W analizie rodowodu należy śledzić płeć, pokolenia i sposób przekazywania cechy. Cechy sprzężone z chromosomem X częściej ujawniają się u hemizygotycznych mężczyzn, gdy allel jest recesywny.
- Test krzyżowy: osobnik o fenotypie dominującym × homozygota recesywna.
- Niezależna segregacja dotyczy genów niesprzężonych lub bardzo odległych.
- Crossing-over tworzy gamety rekombinacyjne dla genów sprzężonych.
- Układ AB0 jest przykładem alleli wielokrotnych i kodominacji Iᴬ oraz Iᴮ.
Podstawa programowa: XI.2.3c
Najczęstsze błędy
„Denaturacja zawsze rozcina białko na aminokwasy”
Poprawnie: Denaturacja zaburza głównie strukturę przestrzenną; hydroliza wiązań peptydowych jest innym procesem.
„Osmoza jest ruchem substancji rozpuszczonej”
Poprawnie: W osmozie przemieszcza się rozpuszczalnik, najczęściej woda, przez błonę półprzepuszczalną.
„Dominujący allel jest zawsze częstszy i korzystniejszy”
Poprawnie: Dominacja opisuje fenotyp heterozygoty, a nie częstość allelu ani jego wpływ na dostosowanie.
„Bardziej złożony organizm jest zawsze ewolucyjnie młodszy i lepszy”
Poprawnie: Ewolucja nie tworzy drabiny postępu; współczesne grupy są przystosowane do różnych nisz.
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. Krzyżówka monohybrydowa
Dwoje heterozygot Aa ma potomstwo. Oblicz prawdopodobieństwo genotypu aa.
- 1.Zapisz gamety A i a każdego rodzica.
- 2.Utwórz cztery równoprawdopodobne połączenia.
- 3.Policz połączenia aa.
Odpowiedź
Jedno z czterech połączeń ma genotyp aa, więc prawdopodobieństwo wynosi 1/4 = 25%.
3. 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.
- Kanał tworzy hydrofilową drogę przez błonę, a przenośnik zmienia konformację.
- Pompa Na⁺/K⁺ transportuje 3 Na⁺ na zewnątrz i 2 K⁺ do komórki na 1 ATP.
- Dwuwarstwa fosfolipidowa stanowi barierę dla jonów i większości cząsteczek polarnych, ale przepuszcza małe cząsteczki niepolarne. Białka błonowe pełnią funkcję kanałów, przenośników, pomp, receptorów i enzymów.
- Test krzyżowy: osobnik o fenotypie dominującym × homozygota recesywna.
Słownik pojęć
- Konformacja
- Przestrzenny kształt cząsteczki białka.
- Wiązanie peptydowe
- Wiązanie amidowe łączące reszty aminokwasów.
- Turgor
- Ciśnienie protoplastu na ścianę komórkową wynikające z napływu wody.
- Allele
- Alternatywne wersje tego samego genu.
- Rekombinacja
- Powstawanie nowych układów alleli w wyniku mejozy i zapłodnienia.
- Homologia
- Podobieństwo wynikające ze wspólnego pochodzenia ewolucyjnego.
- Ciśnienie parcjalne
- Udział danego gazu w całkowitym ciśnieniu mieszaniny.
- Automatyzm serca
- Zdolność serca do samodzielnego generowania pobudzeń.