Białka - budowa, właściwości i znaczenie

BIAŁKA to podstawowe składniki wszystkich organizmów zwierzęcych i roślinnych. Niektóre białka są materiałem budulcowym organizmu, inne kierują przemiana materii (enzymy, hormony). Białka 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 budulcowym 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. Są to substancje wielkocząsteczkowe ( masa cząsteczkowa od ok. 10 000 do kilku milionów), zbudowane z a-aminokwasów powiązanych wiązaniem peptydowym -CO-NH-, które powstaje z grupy karboksylowej jednego kwasu i grupy aminowej drugiego przez odcięcie cząsteczki wody. Większość białek ma naturę koloidalną. Są wrażliwe na różne czynniki fizyczne i chemiczne pod wpływem których ulęgają denaturacji. Wyodrębnianie białek z materiału biologicznego
i oczyszczanie jest trudne. Pod wpływem hydrolizy chemicznej lub enzymatycznej białka rozpadaja się na na mniejsze fragmenty - peptydy, a w końcowym etapie na ? aminokwasy( hydrolizaty białkowe).

Budowa białek jest bardzo skomplikowana i w wielu wypadkach dotąd nie ustalona. Określa się ją czterostopniowo: struktura I - rzędowa (pierwotna) i II-, III- i IV- rzędowa ( wtórna).

Struktura I ? rzędowa ( pierwotna) określa ilość, jakość i sekwencję aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym białek. Te strukturę bada się metodami chemicznymi.

Struktura II ? rzędowa określa kształt łańcucha polipeptydowego czyli konformacje ( łańcuch rozciągnięty lub zwinięty w spiralę). W tej strukturze istotna role odgrywają wiązania wodorowe.

Struktura III- rzędowa mówi o kształcie cząsteczki, czyli o zwinięciu łańcucha polipeptydowego. W tej strukturze istotną role odgrywają wiązania dwusiarczkowe.
Ostatnie dwie struktury określa się metodami fizyko- chemicznymi.

Struktura IV- rzędowa. się Ten poziom struktury dotyczy tylko niektórych białek i polega na łączeniu się niektórych podjednostek ( łańcuchów polipeptydowych ) w tzw. formy ?polimeryczne?. Przykładem takiego białka jest hemoglobina.

Białka dzielimy ze względu na ich budowę, właściwości chemiczno-fizyczne oraz funkcje.

1. Podział ze względu na budowę:

Białka proste zbudowane są tylko z aminokwasów. Dzieli się je na białka globularne ( rozpuszczalne)
i skleroproteiny ( białka włókniste).
Do białek globularnych zalicza się:
a) albuminy, rozpuszczalne w wodzie, trudnowysalajace się; tu należą białka roślinne, białka jaja kurzego mleka; zawierają dużo aminokwasów siarkowych, nie zawierają gliceryny;
b) globuliny, nie rozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne w rozcieńczonych roztworach soli, kwasów i zasad;
tu nalezą białka roślinne, surowicy krwi;
c) gluteiny, rozpuszczalne w kwasach i zasadach;
d) prolaminy, rozpuszczalne w alkoholu obie te grupy białek są bogate w kwas glutaminowy i występują
w ziarnach zbóż;
e) histony, rozpuszczalne w wodzie i i rozcieńczonych kwasach;
f) protaminy, rozpuszczalne w wodzie, zasadowe; składowe części jąder komórkowych, czerwonych i białych ciałek krwi.
Skleroproteiny są to nierozpuszczalne białka szkieletowe, materiał budulcowy chrząstek, rogów, łusek,włosów itp. tu należą fibroina (białka jedwabiu), kolagen (białka tkanki łącznej , ścięgna), keratyna 9 białka piór, kopyt, włosów, rogów)

Białka złożone składają się z części białkowej i z części niebiałkowej zwanej grupa czynną lub prostetyczną,
Zależnie od rodzaju tej grupy białka dzieli się na :
a) fosforoproteidy , zawierające kwas fosforowy; nie koagulują na ciepło, lecz po zakwaszeniu; tu należy kazeina;
b) glikoproteidy, zawierające pewne cukry , np. białko jaja kurzego;
c) chromoproteidy, np. hemoglobina , chlorofil;
d) lipoproteid, grupą prostetyczną są sa związki o charakterze tłuszczów;
e) nukleoproteidy, zawierające składniki wszystkich komórek.
Białka złożone są bardziej rozpowszechnione w przyrodzie od protein.

2. 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

Rozpuszczalność: Rozpuszczalność białek w roztworach jest uzależniona od wzajemnego stosunku 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 koloido-osmotyczną 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.