Zagadnienia na Kolokwium I: Białka i Kwasy Nukleinowe

Budowa i Klasyfikacja Białek

Podstawowa jednostka budulcowa: Białka są polimerami składające się z aminokwasłw białkowych (L-alfa-aminokwasłw). KaŴdy aminokwas zawiera grupę aminową ( $-NH_2$ ), grupę karboksylową ( $-COOH$ ), atom wodoru oraz specyficzny łańcuch boczny (grupę R), połączone z centralnym atomem węgla $\alpha$ .
Budowa wiązania peptydowego:
- Jest to wiązanie amidowe powstawające między grupę $\alpha$ -karboksylową jednego aminokwasu a grupą $\alpha$ -aminową drugiego.
- Charakteryzuje się sztywnořcią i płaską strukturą ze względu na charakter częřciowo podwłjny (rezonans elektronłw między wiązaniem $C-N$ a $C=O$ ).
- Atomy wchodzące w skład grupy peptydowej ( $C, O, N, H$ ) leżą w jednej płaszczyŹnie.
- Zazwyczaj występuje w konfiguracji trans, co minimalizuje zawady przestrzenne między grupami R.
Struktury białek:
- Struktura pierwszorzędowa: Okreřla sekwencję (kolejnořć) aminokwasłw w łańcuchu. Stabilizowana przez silne wiązania kowalencyjne (peptydowe).
- Struktura drugorzędowa: Przestrzenne ułożenie blisko położonych aminokwasłw. Przykłady to $\alpha$ -helisa (stabilizowana wewnątrzłańcuchowymi wiązaniami wodorowymi co 4 reszty) oraz $\beta$ -kartka (harmonijka). Kluczowe aminokwasu: prolina często przerywa $\alpha$ -helisę.
- Struktura trzeciorzędowa: Ostateczne pofałdowanie pojedynczego łańcucha polipeptydowego w przestrzeni. Stabilizowana przez: mostki dwusiarczkowe ( $-S-S-$ między cysteinami), oddziaływania hydrofobowe, wiązania jonowe i siły van der Waalsa.
- Struktura czwartorzędowa: Wzajemne ułożenie kilku podjednostek (np. hemoglobina składająca się z 4 łańcuchłw). Stabilizowana głłwnie przez oddziaływania niekowalencyjne.
Białka globularne vs. fibrylarne:
- Białka globularne: Mają kształt kulisty, są dobrze rozpuszczalne w wodzie i roztworach soli. Pełnią funkcje dynamiczne: enzymy (np. pepsyna), transportowe (np. albumina, hemoglobina), odpornořciowe (immunoglobuliny).
- Białka fibrylarne (włłkniste): Mają wydłużony kształt, są nierozpuszczalne w wodzie. Pełnią funkcje strukturalne i ochronne. Przykłady: keratyna (włosy), kolagen (tkanka łączna), fibroina jedwabiu.

Włařciwořci Fizykochemiczne Białek

Rozpuszczalnořć i Płaszcz wodny:
- Płaszcz wodny to warstwa cząsteczek wody zorientowanych wokłł powierzchni białka (głłwnie wokłł grup polarnych). Zapobiega on agregacji cząsteczek białka, stabilizując roztwłr koloidalny.
Wysalanie: Jest to proces odwracalny, polegający na wytrącaniu białka z roztworu pod wpływem wysokich stężeę soli obojętnych (np. siarczanu amonu). Słl zabiera wodę tworzącą płaszcz wodny, co prowadzi do agregacji białek.
Denaturacja: Proces nieodwracalny (zazwyczaj) polegający na zniszczeniu struktur wyższego rzędu (2, 3, 4) bez zrywania wiązań peptydowych. Czynniki: wysoka temperatura, promieniowanie UV, silne kwasy/zasady, sole metali ciężkich, detergenty.
Punkt izoelektryczny (pI):
- Jest to wartořć pH, przy ktłrej ładunek sumaryczny białka wynosi zero (forma jonu obojnaczego).
- W pI białka wykazują minimalną rozpuszczalnořć, najłatwiej ulegają koagulacji i nie poruszają się w polu elektrycznym.
Domena białkowa: Niezależna, zwarta funkcjonalnie i strukturalnie częřć łańcucha polipeptydowego, ktłra może zachować swoją strukturę nawet po odseparowaniu od reszty białka.
Sekwencje homologiczne: Sekwencje aminokwasowe rłżnych białek wykazujące znaczne podobieństwo, co sugeruje wspólne pochodzenie ewolucyjne.

Kwasy Nukleinowe i Kod Genetyczny

Struktura DNA i RNA:
- DNA (kwas deoksyrybonukleinowy): Zbudowany z nukleotydłw (cukier deoksyryboza, reszta fosforowa, zasady: A, T, G, C). Zazwyczaj dwuniciowa helisa.
- RNA (kwas rybonukleinowy): Zbudowany z nukleotydłw (cukier ryboza, reszta fosforowa, zasady: A, U, G, C). Zazwyczaj jednoniciowy.
- Prokarioty: DNA koliste (nukleoid), obecnořć plazmidłw, brak jądra komłrkowego.
- Eukarioty: DNA liniowe w jądrze komłrkowym (związane z histonami), DNA koliste w mitochondriach i chloroplastach.
Replikacja:
- Semiconserwatywna: Nowa cząsteczka DNA zawiera jedną nić starą (matrycową) i jedną nowo dosyntetyzowaną.
- Enzymy replikacyjne:
  - Helikaza: Rozrywa wiązania wodorowe i rozplata helisę.
  - Topoiizomeraza / Gyraza: RozluŹnia napięcia torsyjne przed widelcami replikacyjnymi.
  - Polimeraza DNA III: Głłwny enzym syntetyzujący nową nić (kierunek $5' \rightarrow 3'$ ).
  - Polimeraza DNA I: Usuwa primery (startery) RNA i uzupełnia luki DNA.
  - Ligaza: Łączy fragmenty Okazaki.
Cechy kodu genetycznego:
1. Trłjkowy: Trzy nukleotydy (kodon) kodują jeden aminokwas.
2. Uniwersalny: Te same kodony kodują te same aminokwasy u prawie wszystkich organizmłw.
3. Zdegenerowany: Jeden aminokwas może być kodowany przez kilka rłżnych kodonłw.
4. Bezprzystankowy: Między kodonami nie ma przerw.
5. Nienakładający się: Nukleotyd wchodzący w skład jednego kodonu nie należy do sąsiedniego.
6. Jednoznaczny: Dany kodon zawsze koduje tylko jeden, konkretny aminokwas.
Upakowanie DNA u eukariota:
1. Nukleosom: DNA nawinięte na oktamer histonowy.
2. Solenoid (włłkno 30 nm): Spiętrzenie nukleosomłw.
3. Pętle (domeny): Mocowane do białek szkieletowych jądra.
4. Chromatydy / Chromosomy: Maksymalny stopień kondensacji podczas podziału.

Ekspresja Genłw i Obrłbka Białek

Transkrypcja i Obrłbka potranskrypcyjna:
- Przepisanie informacji z DNA na mRNA.
- U eukariota zachodzi splicing (wycinanie intronłw, łączenie eksonłw), dodawanie czapeczki (cap $5'$ ) oraz ogona poli-A ( $3'$ ).
Translacja i Obrłbka potranslacyjna:
- Synteza białka na rybosomach na matrycy mRNA.
- Obrłbka obejmuje: fałdowanie (z udziałem chaperonłw), glikozylację, fosforylację, proteolizę (aktywacja proenzymłw).
Budowa Rybosomłw: Składają się z dużej i małej podjednostki (zbudowane z rRNA i białek). U prokariota 70S, u eukariota 80S.
DNA Mono- i Policistronowe:
- Monocistronowe: Jedna cząsteczka mRNA zawiera informacje o jednym białku (charakterystyczne dla eukariota).
- Policistronowe: Jedna cząsteczka mRNA zawiera informacje o kilku białkach, zazwyczaj o zbliżonej funkcji (operony u prokariota).
Ubikwitynacja: Proces przyłączania małego białka (ubikwityny) do białek przeznaczonych do degradacji. Zachodzi w cytozolu. Naznaczone białka są niszczone w proteasomach.
Informosomy i Polisomy:
- Polisomy (polirybosomy): Zespłł wielu rybosomłw pracujących jednoczeřnie na jednej cząsteczce mRNA, co przyspiesza syntezę białka.
- Informosomy: Kompleksy mRNA z białkami, służące do przechowywania lub transportu matrycowego RNA w cytoplazmie.

Cykl Mocznikowy (Ornitynowy)

Funkcja: Detoksykacja amoniaku ( $NH_3$ ) poprzez przekształcenie go w nietoksyczny mocznik. Jest to głłwny mechanizm usuwania azotu u organizmłw ureotelicznych.
Lokalizacja: Wątroba (hepatocyty). Reakcje zachodzą w mitochondrium (etapy 1-2) oraz w cytozolu (etapy 3-5).
Reakcje szczegłłowe:

Synteza karbamoilofosforanu: $CO_2 + NH_4^+ + 2ATP \rightarrow \text{Karbamoilofosforan} + 2ADP + P_i$ Enzym: Syntetaza karbamoilofosforanowa I (w mitochondrium).
Powstanie cytruliny: $\text{Karbamoilofosforan} + \text{Ornityna} \rightarrow \text{Cytrulina} + P_i$ Enzym: Karbamoilotransferaza ornitynowa.
Powstanie argininobursztynianu: $\text{Cytrulina} + \text{Asparaginian} + ATP \rightarrow \text{Argininobursztynian} + AMP + PP_i$ Enzym: Syntetaza argininobursztynianowa (w cytozolu).
Rozpad argininobursztynianu: $\text{Argininobursztynian} \rightarrow \text{Arginina} + \text{Fumaran}$ Enzym: Liaza argininobursztynianowa.
Hydroliza argininy: $\text{Arginina} + H_2O \rightarrow \text{Mocznik} + \text{Ornityna}$ Enzym: Arginaza. Mocznik jest wydalany, a ornityna wraca do mitochondrium, zamykając cykl.

Związek z cyklem Krebsa: Fumaran powstający w kroku 4 może wejřć do cyklu kwasu cytrynowego (mostek dwuwęglanowy).