Struktura a vlastnosti biopolymerů
Mezi biopolymery řadíme proteiny,
nukleové kyseliny a polysacharidy. Někdy se do této skupiny látek řadí i
lipidy, ačkoli ve skutečnosti nejde o makromolekuly (jejich molekuly se však spontánně
spojují za vzniku struktur o vysoké molekulové hmotnosti). Všechny biopolymery
vytvářejí v organismech organizované nadmolekulové struktury, které jsou
stavebním materiálem buněk, dále řídí a realizují veškeré buněčné děje.
Ve struktuře proteinů a nukleových kyselin je obsažena veškerá informace
živého systému (genetická informace v nukleových kyselinách, vlastnosti a
biologická aktivita proteinů je funkcí jejich struktury). Proteiny a nukleové
kyseliny plní stejné funkce u všech organismů a podmiňují jejich druhovou
specifitu.
Biopolymery vznikají spojováním
stavebních jednotek (monomerů) procesem, který se nazývá kondenzace. Pro
jednotlivé typy makromolekul tak vznikají charakteristické kovalentní vazby za
současného odštěpení molekuly vody. Při degradaci těchto látek pak probíhá
proces opačný, většinou jde o tzv. hydrolytické štěpení za účasti vody a
specifického enzymu. Různorodost makromolekul je dána specifickým pořadím
monomerů v polymerním řetězci. Sled stavebních jednotek je pro každou makromolekulu
charakteristický, u proteinů a nukleových kyselin je dán geneticky.
Biopolymery jsou složeny z několika set až tisíců stavebních jednotek.
Lipidy také často tvoří nadmolekulové komplexy, nejsou v nich však spojeny
kovalentními vazbami. Konečná struktura všech biopolymerů má charakter
speciální účelné organizace nestatistické povahy.
Popis struktury biopolymerů
Struktura biopolymerů se popisuje
podle řádu jejich organizace: primární, sekundární, terciární a kvarterní.
Má-li molekula strukturu vyššího řádu, musí mít současně všechny struktury řádů
nižších.
Při popisu „konformace
biopolymeru“ nejde o konformaci na úrovni jednotlivých vazeb, ale o popis
prostorového uspořádání makromolekuly jako celku (konformace biopolymeru = jeho
prostorová struktura).
1) primární struktura
·
je dána pořadím monomerních
jednotek v polymerním řetězci
·
popis primární struktury
zahrnuje konstituci i konfiguraci na úrovni kovalentních vazeb (kovalentní
struktura)
·
pro daný typ biopolymeru je
dána konfigurace monomerních jednotek i způsob jejich vazebného spojení
2) sekundární struktura
·
popisuje vnitřní prostorovou
strukturu jednotlivých částí molekuly: vzájemný prostorový vztah sousedních
nebo blízkých monomerních jednotek
·
má většinou určité rysy
pravidelnosti
3) terciární struktura
·
popisuje vzájemné prostorové
vztahy vzdálených částí řetězce, které mají danou sekundární strukturu
·
je informací o hrubém tvaru
biopolymeru
·
většinou nemá rysy
pravidelnosti
4) kvarterní struktura
·
jde o popis pravidelné
nadmolekulové struktury, která je dána spojením dvou a více molekulových
podjednotek
·
popisuje vysoce symetrické
útvary, které je možno charakterizovat pravidelnými geometrickými tělesy
Biologické funkce biopolymerů jsou
přímým důsledkem struktury jejich molekul. Přirozeně se vyskytující prostorová
struktura makromolekul se označuje jako „nativní struktura“. Při ztrátě tohoto
specifického prostorového uspořádání (procesem zvaným denaturace) ztrácí
biopolymery svou biologickou aktivitu.
Vlastnosti biopolymerů
·
jejich struktura je účelně
organizovaná
·
v konečné struktuře se
kombinují uspořádané a neuspořádané úseky
·
na konečný prostorový
tvar (konformaci) biopolymerů mají kromě kovalentních vazeb významný vliv i
slabé, nekovalentní vazby
·
slabé vazby fixující prostorovou
strukturu mohou být přerušeny procesem zvaným denaturace, který vede ke ztrátě
biologické funkce makromolekuly
·
organizované uspořádání
molekuly je flexibilní - umožňuje makromolekule přizpůsobovat se vnějším
podnětům
·
prostorová struktura
v krystalickém stavu se příliš neliší od konformací ve vodných roztocích
·
vlastnosti jednotlivých úseků
řetězce závisí na struktuře jiných částí molekuly (kooperativní efekt)
·
při změně vnějších podmínek
jsou změny konformace (a současně i vlastností) náhlé
·
jejich organizovaná struktura
umožňuje přenos impulsu podél řetězce (alosterický efekt)
·
mívají antigenní vlastnosti a
jsou schopny se specificky vázat na určité komplementární struktury
·
na jednotlivé složky
(monomery) mohou být v živých organismech hydrolyzovány pomocí enzymů,
které jsou specifické k typu vazby i typu monomerů, mezi nimiž je
vazba vytvořena
·
jsou-li rozpustné ve vodě, rozpouštějí se nejprve
pomalu (botnají) a tvoří koloidní roztoky
Literatura:
Murray, R.,
K.; Granner, D., K.; Mayes, P., A.; Rodwell, V., W.: Harperova biochemie.
Nakladatelství a vydavatelství H & H, Jinočany, 1998. ISBN 80-85787-38-5
Koolman, J.; Röhm, K., H.: Color Atlas of Biochemistry.
Thieme, Stuttgard, 1996. ISBN 3-13-100371-5
Musil, J.;
Nováková, O.: Biochemie v obrazech a schématech, 2. vyd. Avicenum, Praha,
1989.
Racek, J. et al: Klinická biochemie, 1. vydání. Galén, Praha, 1999.
ISBN 80‑7262‑023‑1. Karolinum, Praha, 1999. ISBN 80‑7184‑971‑5
Musil, J.;
Nováková, O.: Biochemie v obrazech a schématech, 2. vyd. Avicenum, Praha,
1989.
Kotlík, B.; Růžičková, K.: Chemie v kostce II. Pro střední školy.
Organická chemie a biochemie, 2. vydání, Fragment, 1997. ISBN
80-7200-342-9
Vodrážka, Z.: Biochemie, 2. přepracované vydání, Academia, Praha,
1999. ISBN 80-200-0600-1
Další informace:
Vladimíra Kvasnicová (květen 2004)