ściąga z biochemii.doc

STĘŻENIE PROCENTOWE ROZTWORÓW
Stężenie roztworu określa zawartość substancji w jednostce masy lub jednostce objętości. Najważniejsze są dwa rodzaje stężeń: stężenie procentowe i stężenie molowe.
Stężenie procentowe określa liczbę gramów substancji rozpuszczonej w 100g roztworu.
cp = ms/mroztworu • 100% mroztw = mrozp + ms
cp (c%) - stężenie procentowe
ms - masa substancji rozpuszczonej
mrozp - masa rozpuszczalnika
mrozt - masa roztworu
Reakcja z Ninhydryną:
Aminokwasy zawierające w cząsteczce ugrupowanie –NH2 tworzą z ninhydryną związek o charakterystycznym niebiesko-fioletowym zabarwieniu. W trakcie tej reakcji aminokwas ulega dekarboksylacji, dezaminacji i utlenieniu. Reakcję tą pozytywnie dają także inne związki zawierające pierwszorzędową grupę aminową czyli np.: aminy, aminocukry, białka, peptydy i amoniak.
Reakcja biuretowa - charakterystyczna reakcja chemiczna otrzymywania wiązań biuretowych.Reakcja ta odgrywa duże znaczenie przy otrzymywaniu pochodnych biuretu, występuje w trakcie tworzenia się pianek poliuretanowych oraz jest elementem testu na występowanie co najmniej dwóch wiązań peptydowych bezpośrednio obok siebie lub przedzielonych nie więcej niż jednym atomem węgla w rozmaitych związkach organicznych, głównie w białkach i innych polipeptydach.
Wysalanie białek - tzw. wypadanie białek z roztworu. Polega na uszkodzeniu otoczki solwatacyjnej i agregacji cząsteczek białek, która jest możliwa dzięki temu, że między polarne grupy w strukturze białka, wprowadzamy bardzo dobrze zdysocjowane i zhydratowane jony soli nieorganicznych.Ważne jest, by dodawana sól, była solą metalu lekkiego (wyjątek KCl!). Proces ten nie narusza struktury IV, III, II ani tym bardziej I białka, więc jest odwracalny (koagulacja, przejście zolu w żel).
Denaturacja białka - zmiany w II, III- i IV-rzędowej strukturze białka natywnego, które prowadzą do utraty aktywności biologicznej lub innej indywidualnej cechy charakterystycznej przy zachowaniu jego struktury pierwszorzędowej.Podczas denaturacji niszczone są wiązania wodorowe, a w obecności odczynników redukujących zerwaniu ulegają wiązania disulfidowe.Denaturacja może być procesem odwracalnym (patrz renaturacja) i nieodwracalnym. Przejście od natywnego, niskoenergetycznego stanu do formy zdenaturowanej związane jest ze wzrostem nieuporządkowania łańcucha, której to przemianie towarzyszy wzrost entropii. Uporządkowanie najbliższych cząsteczek wody wzrasta jednak, w wyniku hydratacji grup hydrofobowych łańcuchów bocznych uwolnionych podczas denaturacji.Podczas denaturacji zachodzą także zmiany rozpuszczalności i przesunięcie punktu izoelektrycznego. Rozwinięcie łańcucha peptydowego może prowadzić do wzrostu lepkości, a także zmian absorpcji w nadfiolecie. Obserwuje się również często procesy agregacji i wytrącania, co jest związane ze zmianami stopnia hydratacji i rozpuszczalności białek.Najważniejszymi metodami fizycznymi denaturacji są: ogrzewanie, silne mieszanie, wytrząsanie, naświetlanie promieniowaniem nadfioletowym, rentgenowskim i jonizującym lub działanie ultradźwiękami.Denaturacja chemiczna zachodzi pod wpływem związków, które są zdolne do rozerwania wiązań wodorowych, na przykład pod wpływem roztworu mocznika o stężeniu 6-8 mol/dm³ lub chlorku guanidyny o stężeniu 4 mol/dm³, na skutek działania kwasów lub zasad (wartość pH poniżej 3 lub powyżej 9), soli metali ciężkich, a także 1 %-owego roztworu dodecylosiarczanu sodu.
Reakcja Molischa, próba Molischa – reakcja służąca do wykrywania cukrów.W wyniku działania stężonego kwasu siarkowego na cukry powstaje furfural lub jego pochodne (w zależności od rodzaju cukru). Reagując z α-naftolem tworzą produkty o barwie czerwono-fioletowej.Do probówki wlać 1 cm³ badanego roztworu cukru. Następnie dodać 1cm³ wody destylowanej i 2 krople naftolu. Wymieszać i wlać ostrożnie po ściance probówki 1cm³ stężonego kwasu siarkowego. Na granicy faz pojawi się czerwono-fioletowe zabarwienie.
Próba Fehlinga - metoda analityczna stosowana do wykrywania aldehydów. Często wykorzystywana do wykrywania cukrów redukujących (np. glukozy). Cukry nieredukujące, większość ketonów i aldehydy aromatyczne dają wynik negatywny.Odczynnik Fehlinga (roztwór Fehlinga) to zasadowy, ciemnoniebieski roztwór zawierający związek kompleksowy miedzi(II) z anionami kwasu winowego. Odczynnik sporządza się bezpośrednio przed użyciem lub bezpośrednio w analizowanej próbce. Sumaryczny przebieg reakcji, zachodzącej w trakcie próby na przykładzie aldehydu octowego:2Cu(OH)2 + CH3CHO + OH- → Cu2O↓ + CH3COO- + 3H2O Przebieg:
Do badanego roztworu dodaje się równomolowe ilości roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) i alkalicznego roztworu winianu sodu lub winianu sodowo-potasowego. Całość gotuje się, a obecność ceglastoczerwonego osadu tlenku miedzi(I) świadczy o obecności aldehydu lub cukru redukującego. Formaldehyd (metanal) jest tak silnym reduktorem, że powoduje wytrącenie metalicznej miedzi.Próba Fehlinga jest modyfikacją próby Trommera, różnica polega na tym, że w próbie Fehlinga wodorotlenek miedzi(II) jest w postaci kompleksu z winianem, przez co jest lepiej rozpuszczalny i reaktywniejszy. Próba Fehlinga często zastępowana jest próbą Benedicta.
Reakcja zmydlania tłuszczów
Tłuszcze ulegają hydrolizie zwanej reakcją zmydlania, wynikiem której jest powstanie gliceryny i mydła

Metody badań stosowane w biochemii:
Absorpcjometria, metody chemicznej analizy instrumentalnej oparte na badaniu i pomiarach absorpcji promieniowania w zakresie od ultrafioletu do podczerwieni
Chromatografia, metoda chemicznej analizy instrumentalnej, w której dokonuje się podziału substancji (w przeciwprądzie) między fazę nieruchomą (bibuła filtracyjna, cienka warstwa adsorbentu naniesiona na płytkę, wypełnienie kolumny) i fazę ruchomą, stanowiącą roztwór ciekły (chromatografia cieczowa) lub gazowy (chromatografia gazowa). W tym celu wykorzystywana jest:
1) różnica w zdolności adsorpcyjnej fazy stacjonarnej względem różnych składników znajdujących się w fazie ruchomej (chromatografia adsorpcyjna);
2) różnica wielkości współczynnika podziału składników rozdzielanych między cieczą umieszczoną na nośniku (w fazie stacjonarnej) a fazą ruchomą (chromatografia podziałowa);
3) różnica wielkości cząsteczek separowanych składników (chromatografia sitowa);
4) zatrzymywanie jonów na podłożu jonitowym (chromatografia jonowymienna).

Skład organizmów żywych ;

-makroelementy  ich zawartość stanowi co najmniej 1%suchej masy są to węgiel, wodór azot fosfor ,magnez,siarka,chlor,wapń,

-mikroelementy stanowią 0,01%suchej masy są tobor,fluor,krzem, żelazo,cynk,olów cyna,wanad,molibden.Węgiel ,wodór tlen i azot to pierwiastki najobficiej występujące w organizmie żywym stanowią 99%masy większości komórek ,łatwo wytwarzają wiązania kowalencyjne.

Zredukowane cząsteczki organiczne w żywej materii są bogate w energie .Przeważająca cześć masy większości organizmów stanowi woda ,pełni funkcje rozpuszczalnika w którym zachodzi większość reakcji biochemicznych .Woda dzięki swym właściwościom chemicznym czyli: wysokim ciśnieniem parowania ,ciepłem właściwym ,wysoką temperaturą topnienia i napięciem powierzchownym  stanowi ważny czynnik uczestniczący w określaniu cech struktury i biologicznych właściwości składników budujących komórką

.Rodzaje i funkcje wiązań chemicznych;Wiązanie kowalencyjne jest stabilnym wiązaniem chemicznym.Przykładem wiązanie jest wiązanie pomiędzy atomami węgla; pojedyncze -C-C, podwojne –C=C,potrójne-C=C-,i wiązanie pomiędzy tlenem a wodorem-O-H. Wiązania kowalencyjne utworzone pomiędzy atomami o podobnej elektroujemności są obojętne ,natomiast wytworzone pomiędzy atomami różniącymi się elektroujemnościa  są to wiązania polarne.

Wiązanie jonowe powstaje wskutek elektrostatycznego przyciągania się różnoimiennych jonów. W tym wiązaniu elektrony są całkowicie przeniesione z jednego atomu do drugiego Zwiazki które zawieraja wiązania jonowe w środowisku wodnym ulegaja dysocjacji.W wiązaniach jonowych występuja kationy i aniony które pełnia role w utrrzymaniu polaryzacji, błony komórkowej ,przewodzeniu sygnałów nerwowych i innych procesach Wiązanie niekowalencyjne jest to wiązanie w których nie ma  wspólnego wykorzystania elektronów .Energia takich wiązań jest niewielka lecz liczne wiązanie niekowalencyjne powodują silne i wysoce specyficzne oddziaływania między cząsteczkami .należa do niego wiązanie wodorowe,siły van der Wasala i oddziaływania hydrofoboweWiązanie wodorowe jet to słabe ogniwo elektrostatyczne .Atomy tworzące wiązanie wodorowe mogą znajdowac się w dwu różnych regionach tej samej cząsteczki lub w róznych cząsteczkach . Wiązania wodorowe odgrywają zasadniczą rolę w wielu układach biologicznych. Jednym z najważniejszych z nich jest woda - spolaryzowane cząsteczki H2O silnie oddziałują ze sobą za pomocą wiązań wodorowych. Dzięki istnieniu wiązań wodorowych lekkie cząsteczki wody nie ulatniają się już w niskich temperaturach, tylko tworzą stan ciekły - dopiero w 100°C woda zaczyna przechodzić w stan gazowy. Inne ważne funkcje wiązań wodorowych to zwiększanie rozpuszczalności związków i tworzenie trójwymiarowych struktur makrocząsteczek - białek, kwasów nukleinowych, DNA.

Charakterystyka aminokwasów Aminokwasy są składnikami białek ,występują tez w stanie wolnym jako itermediaty.Zawieraj grupę karboksylowa –COOH i grupe aminową –NH2połaczona z atomem węgla .Aminokwasy mogą występować jako formy stereoizomerów. Aminokwasy różnią się budową łańcuchów bocznych .Dziela się na aminokwasy polarne i niepolarne. Aminokwasy niepolarne inaczej hydrofobowe -ich łańcuchy boczne nie tworza wiązan wodorowych i jonowych. Aminokwasy polarne zawierają w łańcuchach bocznych dodatkowe gruy –OH, -NH2 ,-COOH ,-SH które wchodzą w integracje z cząsteczkami wody i mogą tworzyć wiazania wodorowe .

Ważne metaboliczne reakcje

Aminokwasy ulegaja jonizacji W środowisku ujemnym grupa karboksylowa i aminowa aminokwasu są zdysocjowane,a aminokwas przyjmuje forme jonu obojnaczego .W środowisku kwaśnym zdysocjowana jest grupa aminowa a w środowisku zasadowym grupa karboksylowa Reakcja tworzenia wiązania dwusiarczkowego Wiazanie to powstaje miedzy dwiema cysternami leżącymi w różnych częściach tego samego łańcucha polipeptydowego  lub roznych łańcuchach polipeptydowych Jest to wiazanie kowalencyjne powstające na skutek utleniania grupy –SH w cysternie .Wiazania dwusiarczkowi nadają trwałość strukturze przestrzennej łańcucha peptydowego.

Białka utworzone są z aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi. Odgrywają ważna rolę we wszystkich procesach biologicznych ponieważ pełnia wiele funkcji tjk.: kataliza enzymatyczna, funkcje mechaniczno-strukturalne, transport, magazynowanie, soordynowany ruch, odbieranie, wytwarzanie i  przekazywanie sygnałów, ochrana imulogiczna, wrażliwość na bodźce, kontrola wzrostu i różnicowania, koordynowanie funkcji biologicznych.

Podział białek

Do klasyfikacji stosuje się kilka kryteriów w zależności od właściwości fizyko-chemicznych oraz pełnionych funkcji:

1. ze względu na różnorodność budowy białka wyróżniamy białka proste i złożone. Białka proste są zbudowane wyłącznie z łańcuchów polipeptydowych np. albuminy, globuliny, histony. Białka złożone zawierają oprócz łańcuchów polipeptydowych, trwale wbudowany składnik niepeptydowy np. glikopeptydy zawierają resztę cukrową, w lipoproteidach występuje reszta tłuszczowa, w nukleoproteida

występuje kwas nukleinowy, chromoproteidach grupa hemowa, natomiast w metaloproteidach jony metalu.

2, ze względu na rozpuszczalność w wodzie wyróżniamy białka hydrofilowe i hydrofobowe. Białka hydrofobowe (nierozpuszczalne) występują najczęściej w błonach komórkowych, natomiast białka hydrofilowe (rozpuszczalne) umiejscowione SA najczęściej w cytoplazmie komórki.

3. ze względu na różnicę cząsteczki białka wyodrębniono białka globularne i fiblyralne. Cząsteczki białek globularnych maja kształt kulisty lub elipsoidalny. Łańcuchy polipeptydowe w białkach globularnych przyjmują zwartą strukturę przestrzenną. Białka globularne są dobrze rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli. Enzymy na ogół mają kształt globularny. Białka fiblyralne mają kształt wydłużony, włókienkowaty. Ich łańcuchy polipeptydowe ułożone SA równolegle. Ważnymi przedstawicielami tych białek są: keratyna, kolagen i elastyna. Białka fiblyralne są nierozpuszczalne w wodzie i roztworach soli.

4. ze względu na pełnione funkcje wyróżniamy białka enzymatyczne, receptorowe, zapasowe, strukturalne, transportujące przeciwciała, białka ochronne, kurczliwe, regulatorowe, toksyny i hormony.

Struktura przestrzenna białka warunkuje jego biologiczną funkcję

Białko może pełnić swoja biologiczną funkcję tylko wówczas gdy przyjmuje właściwą dla siebie strukturę przestrzenną (konformację). Konformacja cząsteczki białka jest określona przez wzajemne ułożenie przestrzenne atomów w cząsteczce. Trójwymiarowa cząsteczka białka jest hierarchicznie uporządkowana i wyróżnia się w niej cztery typy struktury przestrzennej:

1. struktura pierwszorzędowa białka określona jest przez kolejność (sekwencję) aminokwasów połączonych ze sobą za pomocą wiązania peptydowego. Każde białko ma jedyna w swoim rodzaju, właściwą sobie sekwencję aminokwasów, która jest zdeterminowana genetycznie. Sekwencja aminokwasów wq białku jest odzwierciedleniem sekwencji nukleotydów w DNA, a dokładniej sekwencji kodonów (trójek nukleotydów).

ru2. struktura drugorzędowa białka tworzona jest przez lokalne pofałdowanie łańcucha polipeptydowego i stabilizowana jest przez wiązania wodorowe.

Tworzenie wiązań wodorowych pomiędzy dwoma fragmentami łańcucha polipeptydowego. Strzałka wskazuje na wiązanie wodorowe, R- reszta aminokwasowi.

Wyróżnia się cztery rodzaje struktury drugorzędowej białka: helisa α, harmonijka β, helisa kolagenu, zakręty β.

Helisa α  powstaje, wówczas gdy łańcuch polipeptydowy ulega skręceniu i tworzy regularną, cylindryczną, prawoskrętną spiralę. Takie spiralne ułożenie aminokwasów możliwe jest dzięki wiązaniom wodorowym utworzonym między tlenem karbonylowym jednego wiązania peptydowego a wodorem pochodzącym z grupy aminowej czwartego z kolei aminokwasu leżącego w łańcuchu polipeptydowym. Wiązania wodorowe przebiegają równolegle do osi helisy α

W strukturze β wiązania wodorowe powstają miedzy przylegającymi częściami łańcucha polipeptydowego. Struktura β obrazowo nazywana jest także struktura „pofałdowanej kartki” lub „składanego paska”. Jeżeli fragmenty łańcucha polipeptydowego ułożone są w tym samym kierunku powstaje równoległa struktura beta natomiast gdy leżą one w przeciwnych kierunkach mówimy o antyrównoległej strukturze. Przykładem białek w których występuje struktura beta jest kreatyna i fibroina jedwabiu.

Struktura kolagenu tworzona jest przez trzy łańcuchy polipeptydowe o charakterystycznej budowie. Sekwencja aminokwasów w łańcuchach polipeptydowych jest regularna, co trzecia reszta aminokwasowi to glicyna, występuje tu także dużo proliny i hydroksyproliny. Każdy z łańcuchów polipeptydowych ma strukturę alfa helisy. Trzy takie łańcuchy ułożone są równolegle do siebie i owijają się jeden wokół drugiego na kształt superhelikalnej liny. struktura ta stabilizowana jest przez liczne wiązania wodorowe i oddziaływania między resztami prolini i hydroksyproliny.

Zakręt β jest elementem struktury dwurzędowej umożliwiającym zmianę kierunku i zgięcie łańcucha polipeptydowego. Strukturę te nazywano także „spinka do włosów”. W obrębie zakrętu β występuje najczęściej glicyna i prolina. Tworzą go najczęściej cztery reszty aminokwasowi, a struktura ta jest stabilizowana przez wiązania wodorowe.

3. Struktura trzeciorzędowa opisuje przestrzenne ułożenie łańcucha polipeptydowego, który  ma określoną strukturę pierwszo i drugorzędową, a także uwzględnia wzajemne oddziaływanie łańcuchów bocznych reszt aminokwasowych. Ta konformacja utrzymywana jest dzięki wiązaniom tj. : wiązanie dwusiarczkowi, oddziaływania jonowe, oddziaływania hydrofobowe, siły van der Waalsa.

4. Struktura czwartorzędowa występuje w przypadku białek, w których skład wchodzi więcej niż jeden łańcuch polipeptydowy. Opisuje ona przestrzenne ułożenie łańcuchów polipeptydowych i sposoby ich oddziaływania. Strukturę tą stabilizują wiązania kowalencyjne (wiązania dwusiarczkowe), i niekowalencyjne (siły van der Waalsa, wiązania wodorowe, oddziaływania hydrofobowe).

  Przykładem białka o budowie czwartorzędowej jest hemoglobina.. hemoglobina składa się z czterech łańcuchów polipeptydowych  połączonych ze sobą wiązaniami niekonwalencyjnymi. Każdy z łańcuchów zawiera grupę hemową i jedno miejsce wiązanie tlenu.

  O strukturze przestrzennej łańcucha polipeptydowego może decydować rozkład hydrofilowych i hydrofobowych reszt aminokwasowych. Reszty hydrofobowe aminokwasów zazwyczaj znajdują się we wnętrzu zwiniętej cząsteczki białka, a reszty hydrofilowe na zewnątrz tak aby mieć kontakt z  cząsteczkami  wody. Białka o różnej sekwencji aminokwasowej mogą przybierać podobna strukturę przestrzenną np.: hemoglobina i mioglobina – to białka o różnym składzie aminokwasowym, ale o podobnej strukturze przestrzennej cząsteczek.

Należy zwrócić uwagę na fakt, że struktura białka jest mało stabilna i w warunkach komórki białka podlegają zmianom konformacyjnym. Te dynamiczne zmiany konformacji zachodzą podczas: wiązania substratu przez enzym, transportu białek przez błony komórkowe, przekazywania sygnałów do komórki.

Białka o Zmienionej strukturze przestrzennej nie mogą spełniać swojej biologicznej funkcji. Gromadzenie się w komórce białek o wadliwej strukturze przestrzennej może być przyczyna wielu chorób. Skutki oddziaływania czynników fizycznych i chemicznych na białka

Struktura białka może ulec zniszczeniu i białko wówczas traci swoją biologiczna aktywność. Proces ten nazywany denaturacją wywołują czynniki fizyczne takie jak: kwasy, zasady, jony metali ciężkich, detergenty, moczniki. Denaturacja powoduje zmiany w strukturze czwartorzędowej, trzeciorzędowej i drugorzędowej białka, natomiast struktura pierwszorzędowa pozostaje nienaruszona. 

Większość peptydów i białek dobrze rozpuszcza się w wodzie. Cząsteczki białka maja zdolność do hydratacji. Cząsteczki wody łączą się z białkami za pomocą wiązań wodorowych lub silami oddziaływań typu dipol-dipol z grupami funkcyjnymi łańcuchów bocznych aminokwasów i tworzą na powierzchni białka  otoczkę hydratacyjna białka obserwujemy ze z klarownych roztworów białka wytrącają się ich osady. Wzrost stężenia soli w roztworze powoduje wytracanie rozpuszczonych cząsteczek białka. Zjawisko to nosi nazwę wysalania. Wysalanie białek przeprowadza się za pomocą soli metali alkaicznych lub soli amonowych. Wysalanie nie powoduje denaturacji białka pod warunkiem, że odwodnienie białka nie trwało zbyt długo. Zwiększając ilość wody można ponownie doprowadzić do rozpuszczenia wysolonego osadu białka.Wytrącanie białek z roztworu zachodzi również pod wpływem jonów metali ciężkich tj.: Cu2+, Zn2+, Ag2+, Pb2+, Hg2+. Białka tworzą kompleksy z jonami metali za pośrednictwem grup tiulowych.. pod wpływem jonów metali ciężkich następują zmiany konformacji cząsteczki białka.

...