Właściwości białek, nukleotydy i kwasy nukleinowe - Biologia na czasie 1 (ZR)

1.Roztwór koloidalny białka

Większość białek tworzy z wodą roztwór koloidalny, w którym cząsteczki białka są otoczone cząsteczkami wody. Ta otoczka wodna zapobiega agregacji białek, czyli ich łączeniu się w większe grupy.

2.Koagulacja białek

Łączenie się cząsteczek białka pod wpływem czynników chemicznych lub fizycznych w duże agregaty, które wytrącają się z roztworu w postaci osadu. Wyróżnia się dwa rodzaje koagulacji: wysalanie i denaturację.

3.Wysalanie białka

Koagulacja pod wpływem soli metali lekkich, np. chlorku sodu $\ce{NaCl}$: sól odwadnia białko (odbiera mu otoczkę wodną), białko agreguje i wytrąca się osad. Proces jest odwracalny, bo nie narusza struktury przestrzennej białka.

4.Peptyzacja

Rozpuszczanie się osadu wysolonego białka po dodaniu wody i jego ponowne przejście w roztwór koloidalny.

5.Denaturacja białka

Zniszczenie struktury przestrzennej (drugo-, trzecio- i czwartorzędowej) białka przez zerwanie stabilizujących ją wiązań. Wywołują ją czynniki fizyczne (np. wysoka temperatura, powyżej 40°C) lub chemiczne (stężone kwasy i zasady, alkohole, sole metali ciężkich). Białko traci aktywność biologiczną i wytrąca się jako osad.

6.Renaturacja

Powrót białka do formy wyjściowej po usunięciu czynnika denaturującego. Zachodzi w wielu białkach, gdy denaturacja jest odwracalna; denaturacja może jednak być też nieodwracalna (np. ścięte białko jaja).

7.Jak odróżnić wysalanie od denaturacji białka?

Do osadu białka dodaje się wodę. Osad wysolonego białka (np. po $\ce{NaCl}$) rozpuszcza się - zachodzi peptyzacja, bo struktura białka nie została naruszona. Osad zdenaturowanego białka (np. po etanolu, stężonym kwasie lub ogrzaniu) pozostaje bez zmian.

8.Badanie wpływu substancji chemicznych na białko - próby i wynik

Próba badawcza: białko jaja kurzego z dodatkiem stężonego etanolu $\ce{C2H5OH}$, stężonego kwasu siarkowego(VI) $\ce{H2SO4}$ albo stężonego roztworu $\ce{NaCl}$. Próba kontrolna: samo białko jaja kurzego. We wszystkich próbach badawczych wytrąca się osad; po dodaniu wody znika tylko osad po $\ce{NaCl}$ (wysalanie), a po etanolu i kwasie zostaje (denaturacja).

9.Badanie wpływu wysokiej temperatury na białko - próby i wynik

Próba badawcza: białko jaja kurzego ogrzane nad palnikiem. Próba kontrolna: białko jaja kurzego pozostawione w temperaturze pokojowej. W próbie badawczej powstaje osad, który po dodaniu wody się nie rozpuszcza - wysoka temperatura denaturuje białko, zrywając wiązania stabilizujące jego strukturę przestrzenną.

10.Reakcja biuretowa

Reakcja wykrywająca białka i peptydy o co najmniej dwóch wiązaniach peptydowych. Odczynnik to niebieski wodorotlenek miedzi(II) $\ce{Cu(OH)2}$, otrzymany ze zmieszania roztworów siarczanu(VI) miedzi(II) $\ce{CuSO4}$ i wodorotlenku sodu $\ce{NaOH}$. W środowisku zasadowym białka tworzą z jonami miedzi związki kompleksowe - barwa zmienia się z niebieskiej na fioletową.

11.Wykrywanie białek w napoju sojowym - próby

Próba badawcza: napój sojowy z odczynnikiem biuretowym. Próba kontrolna (kontrola pozytywna): białko jaja kurzego, o którym wiadomo, że zawiera białka, z odczynnikiem biuretowym - pokazuje wygląd wyniku pozytywnego. Fioletowe zabarwienie w obu probówkach oznacza obecność białek.

12.Nukleotydy - charakterystyka

Związki organiczne o niewielkich cząsteczkach zbudowane z węgla, wodoru, tlenu, azotu i fosforu. W komórkach występują w stanie wolnym albo łączą się w dinukleotydy oraz polinukleotydy - kwasy nukleinowe.

13.Budowa nukleotydu

Nukleotyd składa się z: pięciowęglowego cukru (pentozy) - rybozy lub deoksyrybozy; jednej z pięciu zasad azotowych - guaniny (G), adeniny (A), cytozyny (C), tyminy (T) lub uracylu (U); od jednej do trzech reszt fosforanowych(V).

14.Nukleozyd, wiązanie N-glikozydowe i wiązanie estrowe w nukleotydzie

Pentoza łączy się z zasadą azotową wiązaniem N-glikozydowym (między węglem 1' pentozy a atomem azotu zasady) - powstaje nukleozyd. Nukleozyd łączy się z resztą fosforanową(V) wiązaniem estrowym (przy węglu 5' pentozy) - powstaje nukleotyd.

15.Zasady azotowe: puryny i pirymidyny

Puryny to zasady dwupierścieniowe - adenina (A) i guanina (G). Pirymidyny to zasady jednopierścieniowe - cytozyna (C), tymina (T) i uracyl (U).

16.Rybonukleotydy i deoksyrybonukleotydy

Rybonukleotydy zawierają rybozę i jedną z zasad: G, A, C lub U; oznacza się je trzyliterowymi skrótami (np. ATP - adenozynotrifosforan). Deoksyrybonukleotydy zawierają deoksyrybozę i jedną z zasad: G, A, C lub T; oznacza się je czteroliterowymi skrótami (np. dATP - deoksyadenozynotrifosforan).

17.Trifosforany, difosforany i monofosforany nukleozydów

Nukleotydy dzieli się według liczby reszt fosforanowych(V), np. ATP (adenozynotrifosforan, 3 reszty), ADP (adenozynodifosforan, 2 reszty) i AMP (adenozynomonofosforan, 1 reszta). Przekształcają się w siebie przez przyłączanie lub odłączanie reszt fosforanowych(V). Niektóre tworzą formy cykliczne (np. cAMP).

18.Funkcje nukleotydów w komórkach

Wolne nukleotydy są m.in. nośnikami energii chemicznej (np. ATP - adenozynotrifosforan) i cząsteczkami sygnałowymi (np. cAMP - cykliczny adenozynomonofosforan). Nukleotydy są też substratami do syntezy dinukleotydów i kwasów nukleinowych.

19.Dinukleotydy: NAD+, NADP+ i FAD

Związki z dwóch połączonych nukleotydów, pełniące funkcję przenośników elektronów w procesach metabolicznych. $\ce{NAD+}$ (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy) zawiera pochodną kwasu nikotynowego (witaminy B3). $\ce{NADP+}$ ma dodatkowo resztę fosforanową(V). FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy) zawiera pochodną ryboflawiny (witaminy B2).

20.Kwasy nukleinowe i wiązanie 3',5'-fosfodiestrowe

DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) i RNA (kwas rybonukleinowy) to polinukleotydy - polimery z wielu nukleotydów. Nukleotydy łączą się wiązaniami 3',5'-fosfodiestrowymi: reszta fosforanowa(V) łączy trzeci atom węgla pentozy jednego nukleotydu z piątym atomem węgla pentozy następnego.

21.Nić polinukleotydowa i zapis sekwencji nukleotydowej

Nić polinukleotydowa jest polarna: na końcu 5' ma resztę fosforanową(V), a na końcu 3' - grupę hydroksylową pentozy. Sekwencję nukleotydów zapisuje się od końca 5' literami zasad azotowych, np. 5'-ATCGT-3' (DNA) lub 5'-AUCGU-3' (RNA).

22.Budowa DNA - podwójna helisa

DNA jest zbudowany z czterech rodzajów deoksyrybonukleotydów (A, T, G, C). Zwykle tworzą go dwie nici skręcone śrubowo wokół wspólnej osi w prawoskrętną podwójną helisę, utrzymywaną przez wiązania wodorowe między zasadami obu nici (pary zasad). Na zewnątrz leży szkielet cukrowo-fosforanowy z deoksyrybozy i reszt fosforanowych(V), a do wnętrza skierowane są zasady.

23.Reguła komplementarności zasad azotowych

W DNA adenina łączy się zawsze z tyminą (dwoma wiązaniami wodorowymi), a guanina - z cytozyną (trzema wiązaniami wodorowymi). Naprzeciw dwupierścieniowej puryny stoi zawsze jednopierścieniowa pirymidyna, dlatego helisa ma stałą średnicę.

24.Skutki komplementarności zasad w DNA

W dwuniciowym DNA ilość adeniny równa się ilości tyminy, a ilość cytozyny - ilości guaniny. Komplementarne są też obie nici: skład nukleotydów jednej nici wyznacza skład drugiej.

25.Antyrównoległość nici DNA

Nici w dwuniciowej cząsteczce DNA są przeciwnie zorientowane: koniec 5' jednej nici leży naprzeciw końca 3' drugiej nici.

26.Funkcje DNA - materiał genetyczny

DNA jest materiałem genetycznym wszystkich organizmów i niektórych wirusów. Jego odcinki - geny - zawierają informację genetyczną o syntezie białek warunkujących cechy organizmu. Cechy te są przekazywane z pokolenia na pokolenie, więc DNA jest nośnikiem informacji genetycznej odpowiadającym za dziedziczenie.

27.Kod genetyczny

Sposób zapisu informacji o cechach organizmu za pomocą czterech liter - G, A, C, T/U - oznaczających kolejne nukleotydy w nici. Sekwencja nukleotydów wyznacza sekwencję aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym, czyli strukturę pierwszorzędową białka.

28.Replikacja DNA

Powielanie DNA zachodzące przed każdym podziałem komórki. Po rozpleceniu cząsteczki każda nić służy jako matryca do syntezy nowej, komplementarnej nici. Z jednej cząsteczki macierzystej powstają dwie identyczne cząsteczki potomne, dzięki czemu organizmy mogą rosnąć i się rozmnażać.

29.Budowa RNA

RNA jest zbudowany z czterech rodzajów rybonukleotydów (A, U, G, C) i ma zwykle postać pojedynczej nici. Cząsteczki mRNA są jednoniciowe, a w rRNA i tRNA mogą występować fragmenty dwuniciowe, powstałe z połączenia komplementarnych nukleotydów jednej nici (A z U oraz G z C).

30.Główne rodzaje RNA: mRNA, rRNA i tRNA

mRNA (informacyjny RNA) przenosi informację genetyczną z DNA do miejsca syntezy białka. rRNA (rybosomowy RNA) wchodzi w skład rybosomów, które syntetyzują białko zgodnie z informacją w mRNA. tRNA (transportujący RNA) dostarcza aminokwasy do rybosomów. Wszystkie uczestniczą w odczytywaniu informacji genetycznej.

31.Inne cząsteczki RNA

Oprócz mRNA, rRNA i tRNA w komórkach występują inne RNA, m.in. o funkcji katalitycznej (rybozymy) i regulatorowej (miRNA, siRNA).

32.Różnice w budowie DNA i RNA

DNA zawiera deoksyrybozę i tyminę (T) i ma zwykle postać podwójnej helisy z dwóch nici. RNA zawiera rybozę i uracyl (U) zamiast tyminy i ma zwykle postać pojedynczej nici.

33.Wykrywanie wybranych związków organicznych - przegląd

Skrobia: płyn Lugola lub jodyna - barwa granatowa. Cukry z wolną grupą aldehydową: próba Fehlinga z $\ce{Cu(OH)2}$ - po ogrzaniu ceglastoczerwony osad $\ce{Cu2O}$. Tłuszcze: Sudan III - krople tłuszczu czerwone. Białka: reakcja biuretowa ($\ce{CuSO4}$ i $\ce{NaOH}$) - barwa fioletowa.

34.Wiązania łączące składniki związków organicznych - przegląd

Wiązania O-glikozydowe łączą monosacharydy w oligo- i polisacharydy. Wiązania estrowe łączą glicerol z kwasami tłuszczowymi w tłuszczach oraz nukleozyd z resztą fosforanową(V) w nukleotydzie. Wiązania peptydowe łączą aminokwasy w peptydy i białka. Wiązania N-glikozydowe łączą pentozę z zasadą azotową, a 3',5'-fosfodiestrowe - nukleotydy w kwasach nukleinowych.