Temat: Białka - występowanie, podział, właściwości

x60Temat: Białka występowanie, podział, właściwości, znaczenie
Angielska nazwa białek - proteins, pochodzi od greckiego słowa - protos, co oznacza „pierwszy”. Nazwa trafnie oddaje znaczenie białek, gdyż ze wszystkich związków chemicznych one
właśnie zajmują pierwsze miejsce, pod względem różnorodności funkcji, jakie spełniają w
przy-rodzie. Są "substancją życia", gdyż stanowią znaczną część organizmów, utrzymują jego
kształt i zapewniają funkcjonowanie. Obecność białek stwierdzono we wszystkich komórkach
żywych, a także u wirusów jako istotny składnik ich "organizmu". Białka są głównym
elementem budul-cowym skóry, mięśni, ścięgien, nerwów, krwi, mleka, chrząstek, sierści,
paznokci, piór, kopy, a ponadto niezliczonej ilości enzymów, receptorów, przeciwciał,
antybiotyków, toksyn bakteryj-nych, jadu węży i wielu hormonów. Białka są syntetyzowane
na podstawie DNA, ich budowa oraz związana z nią struktura jest uwarunkowana kolejnością
zasad azotowych w łańcuchu cząs-teczki kwasu nukleinowego. Białka, podobnie jak kwasy
nukleinowe są wielkocząsteczkowymi polimerami, złożonymi z liniowo połączonych
cząsteczek aminokwasów. Liczba kombinacji 20 rodzajów aminokwasów (występujących w
przyrodzie), dla przeciętnego białka jest praktycznie nieskończona. Do utworzenia i
utrzymania przy życiu organizmu jest potrzebne wiele dziesiąt-ków tysięcy różnych białek.
Białka są najważniejszym budulcem organizmu. Należą do związków organicznych o najbar-
dziej skomplikowanej budowie. W cząsteczkach swoich zawierają takie pierwiastki jak:
wodór, węgiel, tlen, azot, siarka, fosfor, żelazo, chlor i śladowe ilości innych pierwiastków.
Stwierdzo-no, że związki te są zbudowane z licznych aminokwasów.
Białka należą do najważniejszych związków organicznych, potrzebnych żywemu
organizmowi.
Można je znaleźć w niemal każdej części organizmu zwierząt, roślin, a nawet wirusów. Jest
ono podstawą życia biologicznego.
Białka powstają w wyniku polikondensacji, czyli polimeryzacji z wydzielaniem związków
mało-cząsteczkowych a-L-aminokwasów. Reakcja ta zachodzi przy udziale
wyspecjalizowanych kompleksów enzymatycznych – rybosomów, we wszystkich komórkach
organizmów żywych i jest określana mianem translacji.
Aminokwasy są podstawowymi elementami białek. Składają się z: grupy aminowej, grupy
kar-boksylowej, atomu wodoru oraz specyficznej dla każdego aminokwasu łańcucha
bocznego. Wszystkie te elementy skupione są wokół węgla a.
Centralny węgiel połączony jest z czterema różnymi podstawnikami, co powoduje, że jest on
asy-metryczny. Związane jest to z dwoma możliwymi ułożeniami grup otaczających węgiel.
Te dwie formy nazywa się izomerami optycznymi. W przestrzeni trójwymiarowej nie jest
możliwa zamiana ich w siebie bez zniszczenia struktury. Są one wzajemnymi odbiciami
lustrzanymi, przy czym wszystkie aminokwasy w naturze występują w formie L. W
roztworze obojętnym aminokwasy występują w formie jonów obojnaczych, czyli grupa
aminowa (NH3) posiada ładunek dodatni (NH3+), a grupa karboksylowa (COOH) – ujemny
(COOH-). Gdy pH otoczenia ulegnie zmianie, zmienia się też stan jonizacji cząsteczki
aminokwasu. Wraz ze zmnie-jszeniem stężenia jonów wodoru (wzrostem pH) zaczyna
przeważać forma o nie zjonizowanej grupie NH3. Gdy wzrasta stężenie jonów wodoru
(spadek pH), grupa aminowa ulega jonizacji podczas, gdy grupa karboksylowa przyjmuje
formę COOH.
W białkach występuje zestaw 20 podstawowych aminokwasów. Ten zestaw jest jednolity dla
ca-łego świata ożywionego.
Aminokwasy różnią się jedynie łańcuchami bocznymi – reszta elementów pozostaje
niezmienio-na. Grupy boczne różnić się mogą:
· kształtem,
· wielkością,
· ładunkiem elektrycznym,
· reaktywnością ,
· zdolnością do tworzenia wiązań wodorowych i hydrofobowych.
Biorąc pod uwagę właściwości grupy bocznej, aminokwasy można podzielić na: hydrofobowe
i hydrofilowe, a w obrębie tej grupy dodatkowo na kwasowe, zasadowe i nienaładowane.
Na podstawie kodu genetycznego są syntetyzowane polipeptydy o ściśle określonej sekwencji
aminokwasów. W zależności od liczby aminokwasów, można wyróżnić dipeptydy,
tripeptydy, itd. Dla peptydów utworzonych z kilku do kilkunastu aminokwasów stosuje się
ogólną nazwę – - oligopeptydy, natomiast dla cząsteczek zbudowanych z kilkudziesięciu (do
ok. 100) aminokwa-sów – polipeptydy. Białka to związki wielkocząsteczkowe
(makromolekularne), których pojedy-ncze łańcuchy polipeptydowe mogą dochodzić do ponad
1000 cząsteczek aminokwasów. Rodzaj i wzajemne powiązania aminokwasów wchodzących
w skład łańcucha polipeptydowego, decydują o charakterze, funkcji i właściwościach fizykochemicznych cząsteczki.
Helisa, podobnie jak każda śruba może być zarówno prawo, jak i lewoskrętna. W białkach
wys-tępuje głównie struktura helisy prawoskrętnej.
Właściwości białek:
1. Rozpuszczalność: Rozpuszczalność białek w roztworach jest uzależniona od wzajemnego
sto-sunku aminokwasów hydrofobowych i hydrofilowych. Do nierozpuszczalnych w wodzie
należą skleroproteiny tkanki łącznej (rogi, paznokcie, włosy) oraz białka wchodzące w skład
błon lipi-dowych (receptory błonowe). Przykładem rozpuszczalnych w wodzie, są białka
osocza krwi (globuliny). Wskutek dużych rozmiarów cząsteczek, ich wodne roztwory
wykazują typowe właś-ciwości roztworów kolidalnych. O rozpuszczalności decyduje przede
wszystkim zdolność do hy-dratacji. Białko w stanie stałym zmieszane z małą ilością wody
tworzy galaretowaty żel. W mia-rę dodawania rozpuszczalnika białka rozpuszczają się
bardziej i powstaje zol. Charakteryzuje się on wysoką lepkością, obniżonym napięciem
powierzchniowym, rozpraszaniem światła, tzw. efekt Tyndalla, aktywnością koloidoosmotyczną oraz podatnością na koagulację czyli zmianę żelzol pod wpływem różnych
czynników. Czynnikiem poprawiającym rozpuszczalność większo-ści białek są niskie
stężenia soli, natomiast pod wpływem wysokich stężeń soli, niektórych kwa-sów, soli metali
ciężkich, rozpuszczalników organicznych, a także wysokiej temperatury (>50oC) następuje
ich wytrącenie z roztworu.
2. Białka wykazują właściwości kwasowo-zasadowe, gdyż ich składniki – aminokwasy
posiadają grupy funkcyjne zdolne do jonizacji. Przy pewnej charakterystycznej dla każdego
białka wartoś-ci pH, nazywanej punktem izoelektrycznym, cząsteczki mają zerowy ładunek.
Przy tej wartości rozpuszczalność większości białek osiąga minimum. Przy wartościach pH,
różnych od punktu izoelektrycznego, proteiny występują w roztworze w postaci makrojonów,
przez co mogą poru-szać się w polu elektrycznym. Białka ulegają specyficznym rekcjom
uwarunkowanym obecnoś-cią różnych grup funkcyjnych aminokwasów.
Poważnym problemem w gospodarce białkowej człowieka jest alkoholizm. Alkohol przenika
do płynów i soków tkankowych człowieka. Nie ulegając trawieniu dostaje się do krwi przez
błonę śluzową żołądka i jelit. Wraz z krwią jest roznoszony po całym organizmie, do
wszystkich jego tkanek. Alkohol, tak jak i wysoka temperatura powoduje ścinanie białek.
Destrukcyjne działanie alkoholu dotyka wszystkich układów. Zmniejsza siłę obronną
organizmu przy wszelkich stanach zapalnych i gorączce oraz obniża sprawność fizyczną i
umysłową. Wpływa hamująco na rozwój młodego organizmu i degeneruje go.
Białka dzielimy ze względu na ich budowę, właściwości chemiczno-fizyczne oraz funkcje.
1. Podział ze względu na budowę:
- proste - cząsteczki zbudowane są wyłącznie z łańcuchów polipeptydowych,
- złożone - cząsteczki zwierają nie tylko łańcuchy polipeptydowe, ale także składniki
niepepty-dowe, np.: jony metalu – hemoglobina.
Do białek złożonych zaliczamy m.in.:
- nukleoproteiny - białka jąder komórkowych,
- witelinę - występującą w żółtku jaja kurzego,
- kazeinę - substancję białkową mleka.
2. Podział ze względu na powiązanie budowy z funkcją:
- część funkcjonalna – zawierająca centrum katalityczne reakcji,
- część strukturalna – najczęściej hydrofobowa, kotwicząca białko w błonie lipidowej.
3. Podział ze względu na rozpuszczalność w wodzie:
- hydrofobowe (nierozpuszczalne, fibrylarne) - występują najczęściej w błonach
komórkowych,
- hydrofilowe (rozpuszczalne, globularne) - występują najczęściej w cytoplazmie.
4. Podział ze względu na pełnioną funkcję:
- enzymy – receptory,
- zapasowe – strukturalne,
- transportujące - przeciwciała (białka ochronne),
- kurczliwe – regulatorowe,
- hormony,
- toksyny.
Białka jako składniki pożywienia mają bardzo różnorodny skład aminokwasowy. Ilość aminokwasów i skład jakościowy, strawność oraz przyswajalność decydują o wartości odżywczej
bia-łek. Uwzględniając różną wartość odżywczą białka dzielimy na:
- pełnowartościowe - zawierają wszystkie niezbędne aminokwasy, w stosunku ilościowym
zape-wniającym właściwe pokrycie zapotrzebowania organizmu człowieka. Do nich
zaliczamy przede wszystkim białka pochodzenia zwierzęcego, występujące w mięsie, jajach,
mleku, rybach, serze.
- częściowo niepełnowartościowe - to takie, w których wprawdzie są obecne wszystkie
niezbęd-ne aminokwasy, lecz co najmniej jeden w ilości nie wystarczającej. Tego rodzaju
białka występują w pokarmach roślinnych, zwłaszcza w przetworach zbożowych.
- niepełnowartościowe - są to najczęściej białka pochodzenia roślinnego.
Znaczenie białek dla organizmu ludzkiego jest olbrzymie. Na nich opiera się zdrowie i
witalność człowieka. Chociaż białko po spaleniu może dostarczyć energii, to główną jego rolą
jest dostar-czanie materiału budulcowego dla komórek i tkanek. Z białkiem to jest tak: jeśli
jest go za dużo może szkodzić, jeśli za mało - też bardzo niedobrze. Naturalnie odnosi się to
do dłużej trwające-go nadmiaru czy niedoboru. Krótkotrwałe okresy nie robią organizmowi
szkody. Daje on sobie z nimi radę. Ale, gdy przez długi czas w ustroju brakuje białka, to
zostaje upośledzonych wiele czynności życiowych, np. zmniejsza się sprawność fizyczna i
umysłowa, spada odporność na choroby, dochodzi do zaburzeń ogólnoustrojowych
wywołujących poważne zmiany biologiczne i morfologiczne w tkankach i narządach, które to
zaburzenia mogą prowadzić nawet do śmierci. Z kolei spożywanie zbyt dużej ilości białek stosowane często przez sportowców - ma podobny rezultat jak spożywanie zbyt dużej ilości
węglowodanów czy tłuszczów. Nadwyżka taka będzie przemieniana w wątrobie na tłuszcz, co
w rezultacie zamieni się w niepotrzebny balast - tkankę tłuszczową.
Jaja kurze są uważane za najkorzystniejsze źródło białka, gdyż zawierają wszystkie 10
niezbęd-nych aminokwasów we właściwych proporcjach. Kolejne w rankingu jest mleko, a
następnie mięso. Jednak należy bardzo ostrożnie dobierać produkty mięsne, gdyż wiele z nich
oprócz peł-no wartościowego białka zawiera bardzo duże ilości niepożądanego tłuszczu. Z
produktów mięs-nych zdecydowanie najkorzystniej wypada drób, a szczególnie kurczaki i
indyki oraz mięso ryb.
Bardzo dobrymi źródłami białka pochodzenia roślinnego (ponad 20% białka, mniej niż 20%
tłu-szczu) są:
· ziarna soi,
· czarna fasola,
· soczewica,
· suche ziarna grochu,
· ziarna pszenicy.
Białka można wykryć dwoma sposobami. Za pomocą reakcji biuretowej i ksantoproteinowej:
- Reakcja biuretowa polega na zmieszaniu białka z mieszaniną roztworu siarczku miedzi (II) i
wodorotlenku potasu. W obecności białka ten roztwór zabarwia się na fioletowo-czerwony
ko-lor, a w przypadku obecności polipeptydów na purpurowo.
- Reakcja ksantoproteinowa jest to reakcja białek z kwasem azotowym (V), w wyniku której
po-jawia się żółto-pomarańczowe zabarwienie roztworu.
Złożoność form oraz wzajemne powiązania wielu funkcji białek sprawia, że wyczerpujące
opisa-nie tej najliczniejszej grupy związków organicznych wydaje się być niemożliwe.
Związki te są powiązane z przeważającą większością procesów zachodzących w komórce.
Białka wchodzą w skład wszystkich organelli komórkowych, a także są składnikami wirusów.
W sumie jest to króciutki opis tej najszlachetniejszej formy architektonicznej stworzonej
przez przyrodę.