Semestr III –fizjologia komórki
•Budowa i funkcje białek –własności ogólne
Białka - wielkocząsteczkowe (masa cząsteczkowa od ok. 10 000 do kilku mln) biopolimery a właściwie biologiczne polikondensaty, zbudowane z reszt aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi -CONH-. Występują we wszystkich żywych organizmach oraz wirusach. Synteza białek odbywa się w specjalnych organellach komórkowych zwanych rybosomami.Zazwyczaj liczba reszt aminokwasowych pojedynczego łańcucha polipeptydowego białka jest większa niż 100, a cała cząsteczka może być zbudowana z wielu łańcuchów polipeptydowych (podjednostek).Głównymi pierwiastkami wchodzącymi w skład białek są C, O, H, N, S, także P oraz niekiedy kationy metali Mn2+, Zn2+, Mg2+, Fe2+, Cu2+, Co2+ i inne.Skład ten nie pokrywa się ze składem aminokwasów. Wynika to stąd, że większość białek (są to tzw. białka złożone lub proteidy) ma dołączone do res zt aminokwasowych różne inne cząsteczki. Regułą jest przyłączanie cukrów, a ponadto kowalencyjnie lub za pomocą wiązań wodorowych dołączane może być wiele różnych związków organicznych pełniących funkcje koenzymów oraz jony metali.
Budowa białek
Zsyntetyzowany w komórce łańcuch białkowy przypomina unoszącą się swobodnie w roztworze "nitkę", która może przyjąć dowolny kształt (w biofizyce nazywa się to kłębkiem statystycznym), ale ulega procesowi tzw. zwijania białka (ang. protein folding) tworząc mniej lub bardziej sztywną strukturę przestrzenną, zwaną strukturą lub konformacja białka "natywną". Tylko cząsteczki, które uległy zwinięciu do takiej struktury, mogą pełnić właściwą danemu białku rolę biochemiczną.
Ze względu na skalę przestrzenną pełną strukturę białka można opisać na czterech poziomach:
· Struktura pierwszorzędowa białka, zwana również strukturą pierwotną - jest określona przez sekwencję (kolejność) aminokwasów w łańcuchu białkowym
· Struktura drugorzędowa białka - są to lokalne struktury powstające w wyniku tworzenia się wiązań wodorowych pomiędzy tlenem grupy >C=O, a wodorem grupy -NH, dwóch niezbyt odległych od siebie w łańcuchu wiązań peptydowych. Do struktur drugorzędowych zalicza się:
o helisę - gł. helisę alfa (ang. α helix)
o beta nici tworzące "pofałdowane kartki" (ang. β sheet)
o beta zakręt (ang. turn)
· Struktura trzeciorzędowa białka - Wzajemne położenie elementów struktury drugorzędowej stabilizowane przez oddziaływania reszt aminokwasowych oraz tworzenie mostków dwusiarczkowych -S-S-, powstających pomiędzy dwiema resztami cysteiny, dwoma resztami metioniny lub też jeden metioniny drugi zaś cysteiny w łańcuchu.
· Struktura czwartorzędowa białka - przestrzenna budowa białka zbudowanego z kilku łańcuchów polipeptydowych oraz zawierającego w swojej budowie jakąś część nie będąca częścią białka (np.: cukier lub barwnik) - np: hemoglobina może przybierać czwartorzędową budowę białka, gdyż poza kilkoma łańcuchami polipeptydowymi posiada jeszcze barwnik - hem.
Według najnowszej klasyfikacji białka mają tylko trzy rzędy budowy, trzeciorzędowa odpowiada trzeciorzędowej i czwartorzędowej razem według starej klasyfikacji. Powodem zmiany były trudności w klasyfikacji struktur niektórych białek oraz brak czwartorzędowowej innych. Dopuszcza się stosowanie obu klasyfikacji w okresie przejściowym.
Funkcja białek
Białka mają następujące funkcje:
· kataliza enzymatyczna - od uwadniania dwutlenku węgla do replikacji chromosomów,
· transport i magazynowanie - hemoglobina, transferyna, ferrytyna,
· kontrola przenikalności błon - regulacja stężenia metabolitów w komórce,
· ruch uporządkowany - np. skurcz mięśnia, aktyna i miozyna,
· wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych,
· bufory,
· kontrola wzrostu i różnicowania,
· immunologiczna,
· budulcowa, strukturalna.
· przyleganie komórek (np. kadheryny)
· regulatorowa - reguluje przebieg procesów biochemicznych
•Układ immunologiczny i immunoglobuliny
Układ immunologiczny - zwany również układem odpornościowym, nadaje kręgowcom zdolność odróżnienia własnych składników ustroju (ang. self) od obcych (ang. non-self) i odpowiedzi immunologicznej, dzięki której zwalcza zakażenia wywołane przez wirusy, bakterie i pierwotniaki, odrzuca obce przeszczepy tkankowe, a także przeciwstawia się rozwijającym się w organizmie nowotworom. Sprawnie funkcjonujący układ odpornościowy wychodzi na ogół zwycięsko z tej walki, ale w przypadku nowotworów ponosi zwykle porażkę.
Wielokomórkowe organizmy posiadają złożony układ immunologiczny pozwalający na walkę z patogenami. Składniki układu limfatycznego są również odpowiedzialne za wchłanianie płynów zewnątrzkomórkowych do krwi, jak i za produkcję białych ciałek krwi.
Bakterie i jednokomórkowe organizmy posiadają układ odpornościowy pozwalający na walkę przede wszystkim z bakteriofagami. Walka ta polega na wzmożeniu ekspresji genów enzymów tnących DNA w miejscach określonych sekwencji (enzymy restrykcyjne) oraz enzymów chroniących DNA przed enzymami restrykcyjnymi poprzez metylację. Dzięki temu mechanizmowi wirusowe DNA, które wniknęło do komórki bakteryjnej nie jest chronione i zostaje zdegradowane przez enzymy restrykcyjne.
Bezkręgowce posiadają różnego rodzaju mechanizmy obronne chroniące organizm przed patogenami. Są to zazwyczaj komórki żerne (np. celomocyty u pierścienic), enzymy proteolityczne, lektyny czy hemolizyny obecne w płynie jamy ciała.
Zazwyczaj, gdy mówimy o układzie odpornościowym mamy na myśli układ immunologiczny kręgowców. Rozważając bezkręgowce raczej mówimy o zjawiskach odpornościowych.
Skład i podstawowe mechanizmy działania układu immunologicznego człowieka:
Układ immunologiczny może być rozpatrywany jako skomplikowana sieć informacyjna, składająca się z wzajemnie ze sobą oddziałujących komórek, której zadaniem jest ciągła kontrola środowiska wewnętrznego organizmu, identyfikacja, ocena i ewentualna likwidacja zagrożeń natury biologicznej, czy wynikających z obecności innych organizmów (patogenów), czy niekontrolowanego namnażania się komórek własnego organizmu (nowotwór). Najważniejszymi elementami tej sieci są :
· Fagocyty (granulocyty, makrofagi itp.), komórki NK oraz dopełniacz i kilka innych składników osocza krwi jako składniki odpowiedzi nieswoistej, oraz odpowiedzialne za „podniesienie alarmu”.
· Komórki APC, limfocyty T, limfocyty B: część systemu odpowiedzialna za pozyskanie, ocenę antygenu oraz ewentualne zainicjowanie i kontrolowanie odpowiednich mechanizmów efektorowych. Procesy sterowane przez te komórki zwykło nazywać się odpowiedzią swoistą.
· Ramię efektorowe odpowiedzi immunologicznej, mające zwykle na celu likwidację, a przynajmniej neutralizację patogenu: fagocyty (w zasadzie te same co wyżej), komórki K, komórki NK, przeciwciała, limfocyty T (cytotoksyczne).
Antygeny:
Antygeny to substancje (praktycznie to zwykle makromolekuły białek lub ich fragmenty) mające następujące właściwości:
· immunogenność, to znaczy zdolność do wywoływania przeciw sobie swoistej odpowiedzi immunologicznej
· antygenowość, czyli zdolność do swoistego łączenia się z immunoglobulinami i receptorami limfocytu T.
Substancję wykazującą tylko antygenowość nazywamy haptenem.
Jest to podstawowe pojęcie immunologii, ponieważ działanie układu immunologicznego polega na nieustannym patrolowaniu organizmu, przechwytywaniu, obróbce i ocenie istniejących w tym środowisku antygenów, ignorowaniu i hamowaniu odpowiedzi na antygeny własne i nieszkodliwe, oraz reagowaniu na groźne. Jak są rozróżniane antygeny własne od cudzych, prawidłowe od nowotworowych jest do dziś tajemnicą, niewątpliwie jest ona zakodowana komórkach układu immunologicznego i ich reakcjach, a ten co to odkryje niewątpliwie zasłuży na Nobla w kilku dziedzinach.
Upośledzenia układu immunologicznego:
Zespoły niedoboru odporności mogą być pierwotne bądź wtórne.
· Pierwotne niedobory odporności to m.in.:
o Agammaglobulinemia
o Hipogammaglobulinemia
o Zespół DiGeorge'a
o ...
Nomnomnom2110