Budowa białek
Białka są związkami, które charakteryzują złożona budowa oraz duża masa cząsteczkowa. Aminokwasy są zbudowane z węgla, azotu, tlenu, wodoru, jak również siarki. Dodatkowo, mogą w nich być obecne także fosfor, żelazo, cynk, miedź, mangan czy jod. Wszystkie aminokwasy posiadają podobną strukturę podstawową. Wartościowości atomu węgla w szkielecie węglowym są wysycone: atomem wodoru (-H), grupą aminową (-NH2), grupą karboksylową (-COOH) oraz łańcuchem bocznym (R) (np. grupą metylową (-CH3) lub bardziej rozbudowanym rodnikiem) (Rycina 1). Ponadto, tak jak wcześniej zostało wspomniane, że w aminokwasach mogą występować dodatkowe pierwiastki, niektóre z nich posiadają bardziej rozbudowany łańcuch boczny, który może dodatkowo zawierać: grupę iminową (-NH), wodorotlenową (-OH), wodorosiarczkową (-SH), pierścień aromatyczny bądź heterocykliczny lub po prostu dodatkową grupę aminową czy karboksylową.
Rycina 1. Podstawowa budowa aminokwasu – do centralnego atomu węgla przyłączone są: wodór, grupa aminowa, grupa karboksylowa oraz łańcuch boczny
Białka są zbudowane z α-L-aminokwasów. α oznacza, że grupa aminowa znajduje się przy węglu (α), przyległym z grupą karboksylową – obie te grupy sąsiadują z tym samym atomem węgla. Forma L odnosi się z kolei do występowania grupy aminowej po lewej stronie związku, D natomiast po prawej (Rycina 2).
Rycina 2. Ogólny wzór aminokwasów w formach L i D
Poszczególne aminokwasy są ze sobą połączone wiązaniem peptydowym, powstałym na skutek odłączenia grupy (-OH) od grupy karboksylowej oraz odłączenia atomu wodoru od grupy aminowej, z wytworzeniem cząsteczki wody (Rycina 3)
Rycina 3. Połączenie dwóch aminokwasów skutkuje powstaniem dipeptydu z wydzieleniem cząsteczki wody
W zależności od liczby aminokwasów w cząsteczce, związki przyjmują określone nazwy w klasyfikacji. Połączone ze sobą aminokwasy nazywane są peptydami. Dwa aminokwasy tworzą dipeptyd, analogicznie trzy aminokwasy tworzą tripeptyd itd. Gdy w łańcuchu obecnych jest do 10 aminokwasów – mowa o oligopeptydach. Ponad 10 aminokwasów tworzy polipeptydy, natomiast ponad 100 – makropeptydy, czyli właśnie białka. Większość protein prostych stanowią polipeptydy złożone nawet z kilkuset aminokwasów. Poza samymi aminokwasami, mogą one zawierać także inne składniki, np.: cukry, lipidy, metale czy barwniki.
Białka określane są przez struktury, które posiadają (I, II, III i IV-rzędową).
-
Struktura I-rzędowa określa rodzaj i kolejność poszczególnych aminokwasów w łańcuchu. Obecne są tu dwa rodzaje wiązań: peptydowe oraz dwusiarczkowe
-
Struktura II-rzędowa determinowana jest przez przyjmowanie przez łańcuch określonej konfiguracji przestrzennej (kształt α-helisy lub β-harmonijki). Wiązaniami utrwalającymi formę są wiązania wodorowe
-
Struktura III-rzędowa tworzona jest przez wzajemne położenie względem siebie elementów struktury II-rzędowej – jest to wtórne skręcenie się łańcuchów, które utrzymywane jest przez wiązania: hydrofobowe oraz jonowe
-
Struktura IV-rzędowa odnosi się do konkretnej lokalizacji względem siebie poszczególnych elementów białka (w białkach złożonych mogą być dodatkowo obecne inne komponenty – lipidy, węglodowany, jony metali)
Rycina 4. Schemat struktury rzędowej białek
W roztworach wodnych aminokwasy występują jako jony obojnacze (grupy aminowe i karboksylowe są zdysocjowane), są więc związkami amfoterycznymi – w roztworze reagują zarówno z kwasami oraz zasadami, tworząc sole.