[Muzyka] Witajcie moi drodzy w kolejnym odcinku działu chemia życia kontynuujemy temat białek i teraz zajmiemy się ich budową na końcu poprzedniego odcinka zadałam takie pytanie dlaczego to właśnie białka A nie jakaś inna grupa związków organicznych na przykład tłuszcze czy cukry objęły tak dominującą rolę w życiu organizmów żywych pełnią tak wiele funkcji są odpowiedzialne za tyle różnych procesów No i odpowiedziałam sama sobie że Wynika to z ich budowy No i w tym odcinku właśnie wyjaśnimy sobie w jaki sposób to wynika z ich budowy no i w ogóle Jak zbudowane są białka Zacznijmy od podstaw czyli od aminokwasów ponieważ Białka są polimerami aminokwasów czyli są związkami zbudowanymi z wielu cząsteczek aminokwasów połączonych ze sobą liniowo i tutaj mamy wzór ogólny aminokwasu w środku znajduje się centralnie atom węgla mamy po jednej stronie grupy aminową po drugiej grupę karboksylową i ta część jest wspólna dla wszystkich aminokwasów mamy ich około 20 w organizmach żywych w sensie tyle aminokwasów buduje białka u organizmów żywych natomiast tutaj mamy coś co się nazywa łańcuchem bocznym albo podstawnikiem i on jest zwykle oznaczony właśnie symbolicznie literą R I to jest ta część którą aminokwasy różnią się między sobą i tutaj zobaczymy sobie kilka przykładowych aminokwasów żebyśmy mogli się przekonać jak może wyglądać ten łańcuch boczny więc może to być dłuższy lub krótszy taki po prostu łańcuch wodorowęglowy prosty albo rozgałęziający się może to być jakiś pierścień aromatyczny może tutaj być czasami podwójny pierścień może być reszta karboksylowa kolejna może być aminowa może być w takim łańcuchu bocznym A tą siarki wtedy mówimyłam aminokwasach siarkowych i tak dalej tych opcji Jest dużo i ten łańcuch boczny nadaje aminokwasowi charakter chemiczny i to jest bardzo ważne bo te łańcuchy boczne i charakter chemiczny decydują potem o kształcie białka jako takiego do czego dojdziemy za chwilę natomiast ze względu na ten charakter chemiczny aminokwasy dzielimy na kwasowe jeżeli w takim aminokwasie jest więcej grup karboksylowych niż aminowych mamy aminokwasy zasadowe czyli odwrotnie te Gdzie jest więcej grup aminowych niż karboksylowych i mamy aminokwasy obojętne gdzie jest po tyle samo tych grup i je dzielimy na polarne i niepolarne polarne czyli takie gdzie ten łańcuch boczny jest obdarzony ładunkiem niepolarny gdzie nie jest obdarzony ładunkiem czyli na przykład jest to właśnie taki prosty łańcuch czy rozgałęziony ale po prostu takie łańcuch wodorowęglowy No i jakby te łańcuchy boczne niepolarne będą miały charakter hydrofobowy polarny charakter hydrofilowy i to też będzie bardzo ważne dla ostatecznego kształtu białka do czego właśnie dojdziemy za chwilę OK teraz tak powiedziałam że Białka są polimerami aminokwasów a w jaki sposób połączone są między sobą aminokwasy aminokwasy połączone są tak zwanymi wiązaniami peptydowymi które powstają między grupą aminową jednego aminokwasu i grupą karboksylową drugiego aminokwasu i żeby zrobić takie wiązanie peptydowe Musimy odjąć cząsteczkę wody od tych dwóch grup i wtedy powstaje nam to wiązanie peptydowe jak przyjrzycie się temu gifowi to tak się to właśnie dzieje odejmujemy cząsteczkę wody i te wolne łapki łączą się ze sobą i tworzą właśnie wiązanie peptydowe także jest to stosunkowo łatwe do zapamiętania odejmujemy cząsteczkę wody i powstaje nam wiązanie OK i teraz tak aminokwasy są połączone ze sobą w łańcuch właśnie tymi wiązaniami peptydowymi tutaj mamy skrótowe nazwy poszczególnych aminokwasów salanina kwas glutaminowy tyrozyna metinina jest też inny system gdzie każdemu aminokwasowi przypisana jest pojedyncza litera także można je tak nazwać albo tak No i teraz właśnie tutaj powoli Zbliżamy się do odpowiedzi na nasze pytanie dlaczego to właśnie białka ponieważ Jeżeli weźmiecie pod uwagę że aminokwasów jest koło 20 Powiedzmy że 20 a białko może mieć na przykład koło 100 aminokwasów albo nawet więcej no to Spróbujcie sobie wyobrazić prawdopodobnie jak ktoś jest inteligentny to może to policzyć Ja niestety nie jestem w stanie Ile różnych kombinacji może być wielu różnych kombinacjach ta aminokwasy mogą występować Przy takiej liczbie aminokwasów jak jest przeciętny białku No jak się domyślacie jest to naprawdę dużo nawet nie licząc tego możemy sobie wyobrazić że jest tego naprawdę dużo sprawię że nieograniczona liczba choć w praktyce na przykład u człowieka występuje tylko kilkadziesiąt tysięcy różnych białek także to nie jest tak że wszystkie możliwe jakie mogą powstać także Białka są po prostu niezwykle różnorodną grupą związków organicznych dlatego mogą pełnić tak bardzo wiele różnych funkcji Zwłaszcza gdy dodamy do tego fakt że wiele białek ma jeszcze dodatkowo przyłączoną część niebiałkową są to tak zwane białka złożone o których powiemy za chwilę także liczba kombinacji Tym sposobem nam się jeszcze zwiększa teraz jeszcze król koło nazewnictwie bo mówiłam że o tym wspomnę więc tak ja tutaj wszędzie używam określenia białko natomiast formalnie jeżeli łańcuch aminokwasów jest krótszy niż 100 aminokwasów co się mówi o peptydzie Natomiast jeżeli jest dłuższy mówi się o białkach z tym że peptydy też mają bardzo wiele różnych funkcji pełni one często rolę przekaźników hormonów na przykład insulina jest peptydem endorfiny czyli przeciwbólowe neuroprzekaźniki w naszym mózgu są takimi króciutkimi peptydami i tak dalej także Zarówno peptydy jak i białka mają w organizmie ważne funkcje różnią się po prostu wielkością i tak naprawdę jest jakiś tam umowny podział który sobie wprowadziliśmy i teraz tak rodzaje białek białka Możemy podzielić na różne kategorie pod względem różnych kryteriów i na przykład ze względu na kształt wyróżniamy białka globularne i fibrylarne białka fibrylarne to są takie które mają postać długich włókien i to jest na przykład kolagen keratyna o których mówiliśmy ostatnio i jest to też fibrynogen o którym ostatnio Zapomniałam powiedzieć ale on też jest wymagany w podstawie programowej fibrynogę albo fibryna to jest takie włókniste białko fibrynogę jest postacią nieaktywną jak jest końcówka gen to zwykle jest w postaci nieaktywna jakiegoś białka fibryna jest postacią że tak powiem aktywną Jest to po prostu tak zwany włóknik to jest białko które bierze udział w procesie krzepnięcia krwi tworzy jakby ten taki taką siateczkę która nam zabudowuje w tym miejscu gdzie jest przerwane naczynie krwionośne natomiast białka globularne to są takie które mają bardziej kształt kulisty i to są na przykład albuminy globuliny czy histony o których też wspominaliśmy sobie w poprzednim odcinku natomiast ze względu na budowę możemy białka podzielić na proste i to są takie które się składają tylko z aminokwasów i białka złożone które posiadają też część niebiałkową i przykłady takich białek złożonych to są na przykład glikoproteiny czyli takie które mają dodatkowe resztę cukrową na przykład Interferon to jest białko takie przeciwwirusowe działające w naszym Układzie odpornościowym fosfoproteiny które mają resztę fosforanową jest to na przykład kazeina czyli białko mleka krowiego i poproteiny które mają dodatkowo przyłączony jakiś tłuszcz lipid są to na przykład LDL i HDL czyli takie lipoproteiny naszej krwi występujące metaloproteiny czyli takie które posiadają atom metalu na przykład ferrytyna o której też wspominaliśmy ostatnio chemo proteiny tutaj mamy hemoglobinę to są białka które mają cząsteczkę barwnika nukleoproteiny czyli takie które mają przyłączone jakieś kwasy nukleinowe są to na przykład białka rybosomów No i to są właśnie przykłady białych złożonych ich jest jakby strasznie dużo też rodzajów i można podawać strasznie dużo przykładów to są te które są dla was najważniejsze I teraz tak moje rysunki bardzo tutaj upraszczają to jak białka wyglądają naprawdę natomiast takie wizualizacje komputerowe mogą wyglądać na różne sposoby one starają się oddać jak najwierniej taką budowę białka No i jak się domyślacie ono jest zwykle bardzo bardzo skomplikowane ten łańcuch jest pofałdowany na różne sposoby wasza w przypadku tych białek globularnych No bo te fibrylarne bardziej mają postać długiego włókna Natomiast te regularne są niesamowicie pozwijane mają taką bardzo skomplikowaną strukturę No i właśnie z tego wynika że jeżeli chcemy opisać taką strukturę Jeżeli mam takie białko jak tutaj przykładowo i chcę opisać jak ono wygląda No to jak się domyślacie nie jest to takie proste nawet nie wiem do końca Od czego zacząć prawda i właśnie po to istnieje system opisywania białek polegający na podawaniu struktur o kolejnych rzędowościach o co chodzi można to porównać do tego jakbyśmy mieli na przykład dom Powiedzmy że mam dom Nie mam domu w sensie takiego domu wiecie prawdziwego ale powiedzmy że mam dom i chcę wam opisać jak on wygląda tak żebyście mogli go sobie dobrze wyobrazić No i tak jeżeli zacznę opisywać gdzieś tam od środka i powiem wam że No mam pokój nad nim trochę po prawo mam drugi pokój a bezpośrednio pod nim jest kuchnia a do piwnicy wjedzie jedna kondygnacja schodów No będzie wam trochę trudno to sobie w jakiś sensowny sposób wyobrazić prawda jeżeli będzie takich chaotyczne opis Natomiast jeżeli będę opisywać to w sposób uporządkowany i powiedzmy powiem Wam tak mój dom Ma dwa piętra i piwnice i to będzie struktura pierwszorzędowa Czyli macie jakby taki pierwszy już zarys OK są trzy kondygnacje potem wam powiem że na każdym piętrze są po 4 pokoje a w piwnicy są dwa pomieszczenia To będzie nasza struktura drugorzędowa Czyli już wam dodaje jakby drugi poziom informacji już trochę więcej wiecie już Wyobrażacie sobie więcej co jest na poszczególnych kondygnacjach No i teraz powiedzmy powiem że na przykład piętra i pokoje połączone są ze sobą dwiema klatkami schodowymi i kilkoma korytarzami I to będzie struktura trzeciorzędowa czyli podaje wam kolejne poziomy informacji możecie sobie dalej wyobrazić strukturę tego budynku No i powiedzmy że Powiem jeszcze że na przykład do ściany domu przylega z jednej strony taka drewniana przybudówka a na tyłach jest garaż i to będzie nasza struktura czwartorzędowa jeżeli opiszę to w ten sposób to możecie sobie stopniowo dość dokładnie wyobrazić jak ten mój dom wygląda i w taki sposób właśnie podobny opisuje się białka tak żeby można je było chociażby zwizualizować w programie komputerowym tak jak to mieliśmy przed chwilą i tak struktura pierwszorzędowa to jest po prostu kolejność aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym czyli w tym szeregu No i to jest na przykład to co mamy tutaj czy byśmy mieli jakiś inny łańcuch powiedzmy alanina glicyna glicyna leucyna histydyna cokolwiek czyli to jest ten nasz pierwszy poziom szczegółowości wyobraziliśmy sobie już łańcuch On nie jest jeszcze pozwijany nie jest w żaden sposób skomplikowany jest po prostu łańcuch i wiemy jakie są kolejna aminokwasy w dni następnie mamy strukturę drugorzędową i ona polega na tym że ten łańcuch może na dwa sposoby się skręcać bądź wyginać i przyjmuje wtedy postać albo Alfa helisy albo beta harmonijki albo obu naraz Oczywiście mogą obie te formy występować w jednym białku w różnych białkach może być przewaga jednej albo drugiej formy i obie te formy są stabilizowane przez wiązania wodorowe to są te kreseczki tutaj które mamy i te wiązane się tworzą między grupami aminowymi karboksylowymi aminokwasów co czwartego aminokwasu dokładnie i za chwilę Pokażę to jeszcze bardziej szczegółowo no i chylisa no to jest wtedy kiedy taki pojedynczy łańcuch skręca się wokół własnej osi natomiast beta harmonijka albo beta Kartka jest wtedy kiedy dwa odcinki jednego łańcucha na przykład tutaj to wygląda jakby to były dwa łańcuchy ale powiedzmy że to jest po prostu jeden łańcuch który zakręca i między sobą te odcinki łączą się też tymi wiązaniami wodorowymi teraz pokażę to jeszcze bardziej szczegółowo jak to wygląda właśnie już uwzględniając poszczególne atomy i tutaj widać nie że to jest grupa minowa tutaj jest grupa karboksylowa I między nimi właśnie powstają te wiązania wodorowe i podobnie z przypadku beta kartki też tak jak widzicie To są właśnie wiązania wodorowe między tymi resztami w aminokwasach OK i jeżeli chodzi o wizualizację jak się przedstawia te beta harmonijki i Alfa helisy to mniej więcej tak tutaj są Alfa helisy to są takie spirale a beta harmonijki to są takie strzałki tak się to klasycznie przedstawia No i dobra i to była struktura drugorzędowa i teraz mamy strukturę trzeciorzędową i w przypadku wielu białek to jest już najwyższa rzędowość Czyli mamy ten nasz łańcuch polipeptydowy w nim tutaj miejscami gdzieś występuje alfa helisa i beta kartka powiedzmy ale dochodzi cała masa różnych innych oddziaływań pomiędzy poszczególnymi fragmentami takiego łańcucha polipeptydowego i to powoduje że on się zwija na różne sposoby i na przykład tutaj powstaje jakieś wiązanie jonowe nie między łańcuchem bocznym biednego aminokwasu który tutaj nam gdzieś wystaje a łańcuchem bocznym drugiego aminokwasu który tutaj gdzieś tam wystaje powstaje wiązanie jonowe i dzięki temu tworzy się tutaj taka pętla tutaj z kolei mamy wiązanie wodorowe między jakimiś dwoma resztami i dzięki temu też tutaj na przykład ten łańcuch się zwija mamy mostek disiarczkowy albo mostek dwusiarczkowy który może powstawać między jakimiśniaminokwasami siarkowymi i ją też nam tutaj na przykład wytworzył tą pętlę prawda że te dwa odcinki łańcucha się połączyły więc nam się tutaj zwija i mamy też np oddziaływania hydrofobowe i to jest to co mówiłam prawda że aminokwasy są polarne i niepolarne jeżeli takie łańcuchy boczne są niepolarne tak jak tutaj na przykład te dwa to takie łańcuchy będą chciały się chować do środka takiego białka żeby jakby uniknąć kontaktu z wodą ponieważ przypominam w układach biologicznych praktycznie wszystko się dzieje w roztworach więc możemy sobie wyobrazić że takie białko znajduje się w uproszczeniu w wodzie Więc ona będzie się zwijać w taki sposób żeby te reszty hydrofobowe lądowały w środku białka żeby unikały właśnie kontaktu z wodą natomiast reszty polarne z kolei będą się kierować na zewnątrz do wody także te różne rodzaje oddziaływań między łańcuchami bocznymi aminokwasów decydują tej strukturze trzeciorzędowej która w przypadku prostych białek czyli takich które się składają tylko z jednego łańcucha aminokwasowego to jest ich najwyższa rzędowość i w ten sposób widzimy już to białko w jego ostatecznym kształcie Natomiast w przypadku niektórych białek istnieje jeszcze czwartorzędowa tutaj mam akurat hemoglobinę i struktura czwartorzędowa występuje u tych białek które się składają z więcej niż jednego łańcucha polipeptydowego przykładowo hemoglobina się składa z czterech a konkretnie z dwóch par tutaj widzimy że jest aparat czerwona i para nie wiem co to jest za kolor Khaki chyba no i te łańcuchy są położone względem siebie w określony sposób i to właśnie opisuje struktura czwartorzędowa czyli struktura czwartorzędowa to jest położenie łańcuchów polipeptydowych względem siebie jeżeli jest ich więcej niż jeden także to dotyczy tylko niektórych białek tych które właśnie mają więcej niż jeden łańcuch tutaj to co widać takie coś to są najprawdopodobniej cząsteczki barwnika które występuje w hemoglobinie dobra No i teraz tak po co my w ogóle o tym wszystkim mówimy dlaczego nas taki interesuje ta budowa białka ten kształt jakie to ma znaczenie Tak więc chodzi o to że ten kształt białka jest bardzo ważny bo jest ściśle związany z jego funkcją przykładowo białko enzymatyczne specyficznie pasuje swoim kształtem do cząsteczki z którą się wiąże czyli do substratu właśnie ten kształt białek szczególnie jest ważny w przypadku białek enzymatycznych i tutaj właśnie widzimy jakieś białko i jego substrat które to pasują do siebie kształtem i dzięki temu mogą się ze sobą łączyć no i też na przykład enzymy trawienne pasują do cząsteczek które rozkładają albo na przykład białko sygnałowe Musi pasować do receptora który odbiera ten sygnał i tak dalej i tak dalej także to jest bardzo ważne stwierdzenie że funkcja białka wynika z jego kształtu funkcja białka jest ściśle związana z jego strukturą I co się z tym wiąże zniszczenie struktury białka oznacza utratę jego funkcji biologicznej ponieważ takie białko zmienionym kształcie przestaje nam pasować do jakiegoś substratu Jeżeli to jest jakiś enzym No to przestaje pełnić swoją funkcję enzymatyczną i teraz to zniszczenie struktury białka może być wynikiem różnych czynników może to być albo koagulacja i to jest proces odwracalny on zachodzi na przykład pod wpływem soli metali lekkich czyli chociażby sól kuchenna i można to zrobić samemu mieszając białko jajka surowe Czy roztwór białka jajka z solą kuchenną i wtedy wytrąca nam się białka nam się wytrącają jako takie kłaczki No i to jest odwracalne po usunięciu tych soli białka wracają do siebie że tak powiem także to można dość łatwo sprawdzić natomiast jeszcze łatwiej jest sprawdzić drugi proces który jest nieodwracalny i to jest denaturacja i denaturacja zachodzi pod wpływem na przykład soli metali ciężkich albo wysokiej temperatury i to jest już nieodwracalne zniszczenie struktury białka No i to doskonale możemy zaobserwować na przykładzie chociażby gotowania jajka czy gotowania mięsa gdzie te białka nam się ścinają No i jak sądzę wiecie że na przykład jajka ugotowanego na twardo nie da się obgotować z powrotem na miękko prawda czy ugotowanego mięsa nie da się zrobić żeby było z powrotem surowe także ten proces denaturacji jest nieodwracalny No i z tego powodu chociażby bardzo wysoka temperatura w sensie gorączka jest niebezpieczna No bo może prowadzić do zniszczenia białek nieodwracalnego co z kolei może prowadzić do zgonu no i tym optymistycznym akcentem kończymy temat białek Znacie już ich budowę znacie funkcje a w następnym odcinku zajmiemy się kolejną grupą związków organicznych czyli lipidami Dziękuję wam serdecznie za uwagę i zapraszam do następnego odcinka