Człowiek — układy narządów
Człowiek — układ odpornościowy
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.2.2a
DNA i RNA — budowa nośników informacji
Nukleotyd składa się z pentozy, reszty fosforanowej i zasady azotowej. Nukleotydy w jednej nici łączą się wiązaniami fosfodiestrowymi, tworząc kierunkowy szkielet cukrowo-fosforanowy z końcami 5′ i 3′.
Dwie nici DNA są antyrównoległe i komplementarne. Adenina łączy się z tyminą dwoma wiązaniami wodorowymi, a guanina z cytozyną trzema. Komplementarność umożliwia wierną replikację i naprawę DNA.
RNA zwykle jest jednoniciowy, zawiera rybozę i uracyl. mRNA przenosi informację, tRNA dostarcza aminokwasy, rRNA współtworzy rybosom, a liczne małe RNA uczestniczą w regulacji ekspresji genów.
- W DNA występuje deoksyryboza, w RNA — ryboza.
- W DNA adenina paruje z tyminą, w RNA podczas parowania — z uracylem.
- Sekwencja zasad, a nie kolejność reszt fosforanowych, niesie informację genetyczną.
- Nić jest wydłużana przez dołączanie nukleotydu do końca 3′.
Schemat: DNA i RNA — budowa nośników informacji
Budowa cząsteczki połączona z jej właściwościami.
Podstawa programowa: XI.2.2b
Odporność wrodzona i nabyta
Odporność wrodzona działa szybko i rozpoznaje typowe wzorce patogenów. Obejmuje bariery, fagocyty, komórki NK, dopełniacz, interferony i reakcję zapalną.
Odporność nabyta jest swoista i tworzy pamięć. Limfocyty B różnicują się w komórki plazmatyczne wydzielające przeciwciała, a limfocyty T pomocnicze koordynują odpowiedź i aktywują inne komórki.
Limfocyty T cytotoksyczne rozpoznają antygeny prezentowane z MHC I i zabijają zakażone komórki. Antygeny zewnątrzkomórkowe są prezentowane limfocytom T pomocniczym głównie z MHC II.
- Przeciwciało może neutralizować, aglutynować lub opsonizować antygen.
- Szczepienie wywołuje pamięć bez przechorowania pełnoobjawowej infekcji.
- Mastocyty uwalniają histaminę m.in. w reakcji alergicznej.
- Autoimmunizacja oznacza odpowiedź przeciw własnym antygenom.
Schemat: Odporność wrodzona i nabyta
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XI.2.2c
Aparat ruchu, skurcz mięśnia i skóra
Kości stanowią dźwignie, stawy punkty ruchu, a mięśnie generują siłę. Mięśnie antagonistyczne działają przeciwstawnie, ponieważ włókno mięśniowe aktywnie się skraca, ale nie potrafi aktywnie się wydłużać.
W sarkomerze filamenty aktynowe przesuwają się względem miozynowych. Ca²⁺ wiąże troponinę, odsłania miejsca na aktynie, a głowy miozyny wykonują cykl mostków poprzecznych wykorzystujący ATP.
Skóra tworzy barierę, odbiera bodźce i uczestniczy w termoregulacji. Rozszerzenie naczyń i pocenie zwiększają oddawanie ciepła, a zwężenie naczyń ogranicza straty.
- Podczas skurczu długość filamentów nie zmienia się — skraca się sarkomer.
- ATP jest potrzebne do odłączenia głowy miozyny od aktyny.
- Ścięgno łączy mięsień z kością, więzadło stabilizuje połączenie kości.
- UVB umożliwia syntezę witaminy D, ale nadmiar uszkadza DNA.
Schemat: Aparat ruchu, skurcz mięśnia i skóra
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XI.2.2d
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.
„Wiązania wodorowe łączą nukleotydy wzdłuż jednej nici DNA”
Poprawnie: Wzdłuż nici występują kowalencyjne wiązania fosfodiestrowe; wiązania wodorowe łączą komplementarne zasady dwóch nici.
„Przeciwciała zabijają każdy patogen bezpośrednio”
Poprawnie: Najczęściej neutralizują lub znakują cel, ułatwiając działanie fagocytów i dopełniacza.
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. Nić komplementarna
Zapisz nić komplementarną i antyrównoległą do sekwencji 5′-AAGCT-3′.
- 1.Dobierz komplementarne zasady.
- 2.Uwzględnij antyrównoległość nici.
- 3.Zapisz kierunki obu końców.
Odpowiedź
Nić komplementarna ma zapis 3′-TTCGA-5′. Po zapisaniu jej w kierunku 5′→3′ otrzymujemy 5′-AGCTT-3′.
3. Odpowiedź wtórna
Wyjaśnij, dlaczego drugie zetknięcie z antygenem zwykle wywołuje szybszą odpowiedź.
- 1.Wskaż komórki pamięci.
- 2.Porównaj ich liczbę i stan gotowości z limfocytami naiwnymi.
- 3.Połącz z tempem produkcji efektorów i przeciwciał.
Odpowiedź
Komórki pamięci powstałe po pierwszej odpowiedzi są liczniejsze i szybciej proliferują oraz różnicują się, dlatego poziom swoistych przeciwciał i efektorów rośnie szybciej.
4. Stężenie Ca²⁺ a skurcz
Wyjaśnij, dlaczego usunięcie Ca²⁺ z cytoplazmy prowadzi do rozkurczu.
- 1.Wskaż troponinę i tropomiozynę.
- 2.Określ dostępność miejsc wiązania miozyny.
- 3.Połącz z zanikiem mostków poprzecznych.
Odpowiedź
Po spadku Ca²⁺ troponina wraca do stanu wyjściowego, tropomiozyna zasłania miejsca aktyny i nowe mostki aktyna–miozyna nie powstają, więc włókno się rozkurcza.
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.
- W DNA występuje deoksyryboza, w RNA — ryboza.
- W DNA adenina paruje z tyminą, w RNA podczas parowania — z uracylem.
- Nukleotyd składa się z pentozy, reszty fosforanowej i zasady azotowej. Nukleotydy w jednej nici łączą się wiązaniami fosfodiestrowymi, tworząc kierunkowy szkielet cukrowo-fosforanowy z końcami 5′ i 3′.
- Przeciwciało może neutralizować, aglutynować lub opsonizować antygen.
Słownik pojęć
- Konformacja
- Przestrzenny kształt cząsteczki białka.
- Denaturacja
- Utrata prawidłowej struktury przestrzennej i zwykle funkcji białka.
- Wiązanie peptydowe
- Wiązanie amidowe łączące reszty aminokwasów.
- Nukleotyd
- Monomer kwasów nukleinowych złożony z cukru, fosforanu i zasady.
- Antyrównoległość
- Przeciwny kierunek przebiegu dwóch nici DNA.
- Komplementarność
- Swoiste parowanie zasad według reguł A–T(U) i G–C.
- Opsonizacja
- Pokrycie celu cząsteczkami ułatwiającymi jego fagocytozę.
- Pamięć immunologiczna
- Długotrwała obecność swoistych komórek pamięci po kontakcie z antygenem.