Κεφάλαιο 2.3 – Πρωτεΐνες: Διαδεδομένες, πολύπλοκες και εύθραυστες – Απαντήσεις – Λύσεις (σελ. 39-41)

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα (σελ. 39-41)

Άσκηση 3 (σελ. 39)

Σημειώστε την ένδειξη Σ ή Λ δίπλα σε κάθε πρόταση, ανάλογα εάν το νόημά της είναι αντίστοιχα σωστό ή λάθος. α) Το DNA είναι πρωτεΐνη. β) Τα νουκλεοτίδια είναι τα μονομερή των πρωτεϊνών. γ) Η δομή των πρωτεϊνικών μορίων καθορίζει τη λειτουργία τους. δ) Το μονομερές των πρωτεϊνών είναι ένα σάκχαρο. ε) Κάθε αμινοξύ περιέχει στο μόριό του ένα σταθερό τμήμα που ονομάζεται πλευρική ομάδα. στ) Η έκθεση της πρωτεΐνης σε ακραίες τιμές pH ονομάζεται μετουσίωση. ζ) Η κατάτμηση των πρωτεϊνών σε δομικές και λειτουργικές γίνεται με κριτήριο τη δομή τους. η) Οι υδατάνθρακες διακρίνονται μόνο σε μονοσακχαρίτες και δισακχαρίτες. θ) Οι δισακχαρίτες προκύπτουν από τη συνένωση δύο νουκλεοτιδίων της αδενίνης. ι) Οι πολυσακχαρίτες προκύπτουν από τη συνένωση πολλών αμινοξέων.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ελέγχουμε κάθε πρόταση συγκρίνοντάς την με τους ορισμούς του §2.3 (πρωτεΐνες/αμινοξέα/μετουσίωση) και του §2.5 (υδατάνθρακες).

Λύση:

1. α. Το DNA είναι νουκλεϊκό οξύ, όχι πρωτεΐνη — Λ.
2. β. Τα νουκλεοτίδια είναι τα μονομερή των νουκλεϊκών οξέων, όχι των πρωτεϊνών (μονομερή πρωτεϊνών είναι τα αμινοξέα) — Λ.
3. γ. Η τρισδιάστατη δομή μιας πρωτεΐνης καθορίζει τη λειτουργία της — Σ.
4. δ. Το μονομερές των πρωτεϊνών είναι το αμινοξύ, όχι σάκχαρο — Λ.
5. ε. Το σταθερό τμήμα του αμινοξέος δεν ονομάζεται πλευρική ομάδα· η πλευρική ομάδα (R) είναι το μεταβλητό τμήμα — Λ.
6. στ. Η έκθεση σε ακραίες τιμές θερμοκρασίας ή pH προκαλεί μετουσίωση της πρωτεΐνης — Σ.
7. ζ. Η διάκριση σε δομικές και λειτουργικές πρωτεΐνες γίνεται με κριτήριο τη λειτουργία τους, όχι τη δομή τους — Λ.
8. η. Οι υδατάνθρακες διακρίνονται σε μονοσακχαρίτες, δισακχαρίτες ΚΑΙ πολυσακχαρίτες — Λ.
9. θ. Οι δισακχαρίτες προκύπτουν από τη συνένωση δύο μονοσακχαριτών, όχι νουκλεοτιδίων — Λ.
10. ι. Οι πολυσακχαρίτες προκύπτουν από τη συνένωση πολλών μονοσακχαριτών, όχι αμινοξέων — Λ.

Απάντηση: α. Λ, β. Λ, γ. Σ, δ. Λ, ε. Λ, στ. Σ, ζ. Λ, η. Λ, θ. Λ, ι. Λ.

Πρόσεξε:

• Προσοχή στη διάκριση: το μονομερές των πρωτεϊνών είναι το αμινοξύ, το μονομερές των νουκλεϊκών οξέων είναι το νουκλεοτίδιο, το μονομερές των πολυσακχαριτών είναι ο μονοσακχαρίτης — μην τα συγχέετε.

Άσκηση 5 (σελ. 40)

Περιγράψτε τα τέσσερα επίπεδα οργάνωσης των πρωτεϊνών.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση των τεσσάρων επιπέδων οργάνωσης με τη σειρά, όπως περιγράφονται στο §2.3.

Απάντηση: Πρωτοταγής δομή: η αλληλουχία των αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα. Δευτεροταγής δομή: η πολυπεπτιδική αλυσίδα αναδιπλώνεται και αποκτά ελικοειδή ή πτυχωτή μορφή. Τριτοταγής δομή: η (πτυχωτή ή ελικοειδής) αλυσίδα αναδιπλώνεται περαιτέρω στο χώρο, αποκτώντας μια καθορισμένη τρισδιάστατη μορφή· αν η πρωτεΐνη έχει μία μόνο αλυσίδα, αυτό είναι και το τελικό στάδιο. Τεταρτοταγής δομή: εμφανίζεται μόνο σε πρωτεΐνες με περισσότερες από μία πολυπεπτιδικές αλυσίδες και είναι ο συνδυασμός των επιμέρους αλυσίδων σε ένα ενιαίο μόριο (π.χ. η αιμοσφαιρίνη, με τέσσερις αλυσίδες ανά δύο ίδιες).

Άσκηση 6 (σελ. 40)

Μία πρωτεΐνη χάνει τη λειτουργικότητά της ύστερα από θέρμανση στους 80°C. Πώς χαρακτηρίζεται το σχετικό φαινόμενο και πού οφείλεται;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η απώλεια λειτουργικότητας λόγω ακραίας θερμοκρασίας είναι το φαινόμενο της μετουσίωσης· εξηγούμε τι συμβαίνει σε μοριακό επίπεδο.

Απάντηση: Το φαινόμενο ονομάζεται μετουσίωση. Οφείλεται στο ότι η υψηλή θερμοκρασία σπάει τους (μη ομοιοπολικούς) δεσμούς που έχουν αναπτυχθεί ανάμεσα στις πλευρικές ομάδες των αμινοξέων, με αποτέλεσμα να καταστρέφεται η τρισδιάστατη (δευτεροταγής/τριτοταγής/τεταρτοταγής) δομή της πρωτεΐνης και η πρωτεΐνη να χάνει τη λειτουργικότητά της, χωρίς να σπάνε οι πεπτιδικοί δεσμοί της πρωτοταγούς δομής.

Πρόσεξε:

• Η μετουσίωση δεν αλλάζει την πρωτοταγή δομή (αλληλουχία αμινοξέων) — καταστρέφει μόνο τα ανώτερα επίπεδα οργάνωσης.

Άσκηση 12 (σελ. 41)

Δικαιολογήστε γιατί είναι σημαντικός ο ρόλος της πλευρικής ομάδας (R) των αμινοξέων.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η πλευρική ομάδα είναι το μοναδικό μεταβλητό τμήμα του αμινοξέος — από αυτήν προκύπτει τόσο η ποικιλία των αμινοξέων όσο και η τελική διαμόρφωση της πρωτεΐνης.

Απάντηση: Η πλευρική ομάδα (R) είναι το μοναδικό τμήμα που διαφέρει από αμινοξύ σε αμινοξύ (το υπόλοιπο μόριο —αμινομάδα, καρβοξυλομάδα, άτομο H— είναι κοινό σε όλα τα αμινοξέα). Επομένως, η ύπαρξη 20 διαφορετικών πλευρικών ομάδων είναι αυτή που δημιουργεί τα 20 διαφορετικά αμινοξέα. Επιπλέον, ανάμεσα στις πλευρικές ομάδες αμινοξέων της ίδιας αλυσίδας αναπτύσσονται δεσμοί που καθορίζουν την αναδίπλωση (δευτεροταγή και τριτοταγή δομή) της πρωτεΐνης στο χώρο, άρα τελικά και τη λειτουργία της.

Άσκηση 13 (σελ. 41)

Αιτιολογήστε το γεγονός ότι το πλήθος των διαφορετικών πρωτεϊνών που υπάρχουν σε ένα κύτταρο καθορίζει το πλήθος των διαφορετικών λειτουργιών και δομικών χαρακτηριστικών του.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Κάθε πρωτεΐνη έχει μοναδική τρισδιάστατη δομή, άρα και συγκεκριμένο (δομικό ή λειτουργικό) ρόλο· περισσότερες διαφορετικές πρωτεΐνες σημαίνουν περισσότερους διαφορετικούς ρόλους.

Απάντηση: Κάθε πρωτεΐνη έχει μια συγκεκριμένη, μοναδική πρωτοταγή δομή (αλληλουχία αμινοξέων), η οποία καθορίζει τη δική της τρισδιάστατη διαμόρφωση στο χώρο, και αυτή με τη σειρά της καθορίζει τον συγκεκριμένο βιολογικό της ρόλο — είτε ως δομικό συστατικό είτε ως εκτελεστή μιας συγκεκριμένης λειτουργίας. Επομένως, όσο περισσότερα και πιο διαφορετικά είδη πρωτεϊνών υπάρχουν σε ένα κύτταρο, τόσο περισσότερες διαφορετικές δομές και λειτουργίες μπορεί να υποστηρίξει το κύτταρο αυτό.

Άσκηση 14 (σελ. 41)

Μια πρωτεΐνη έχει μοριακό βάρος 34.000 και αποτελείται από τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες, που είναι ανά δύο ίδιες. Αν η μία από αυτές έχει μοριακό βάρος 9.000 και το μέσο μοριακό βάρος των αμινοξέων είναι 100, να βρείτε τον αριθμό των αμινοξέων κάθε πολυπεπτιδικής αλυσίδας. ΣΗΜ: Να μην ληφθεί υπόψη η αφαίρεση μορίων νερού κατά το σχηματισμό των πεπτιδικών δεσμών.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η πρωτεΐνη έχει δύο ζεύγη ίδιων αλυσίδων (όπως η αιμοσφαιρίνη). Αγνοώντας την αφαίρεση νερού, το συνολικό ΜΒ ισούται με το άθροισμα των ΜΒ των τεσσάρων αλυσίδων. Γνωρίζοντας το ΜΒ του ενός τύπου αλυσίδας, βρίσκουμε το ΜΒ του άλλου τύπου με αφαίρεση, και διαιρώντας κάθε ΜΒ με το μέσο ΜΒ αμινοξέος (100) βρίσκουμε τον αριθμό αμινοξέων κάθε τύπου αλυσίδας.

Λύση:

1. Έστω x το ΜΒ κάθε αλυσίδας του δεύτερου τύπου (η πρωτεΐνη έχει 2 αλυσίδες ΜΒ=9.000 και 2 αλυσίδες ΜΒ=x): 2(9.000) + 2x = 34.000
2. 18.000 + 2x = 34.000 ⟹ 2x = 16.000 ⟹ x = 8.000
3. Αριθμός αμινοξέων στην αλυσίδα με ΜΒ 9.000: 9.000/100 = 90 αμινοξέα
4. Αριθμός αμινοξέων στην αλυσίδα με ΜΒ 8.000: 8.000/100 = 80 αμινοξέα

Απάντηση: Η πρωτεΐνη αποτελείται από δύο αλυσίδες με 90 αμινοξέα η καθεμία (ΜΒ 9.000) και δύο αλυσίδες με 80 αμινοξέα η καθεμία (ΜΒ 8.000· 2×9.000+2×8.000=34.000).

Πρόσεξε:

• Η άσκηση ζητά ρητά να αγνοηθεί η απώλεια μορίων νερού κατά τη συμπύκνωση, άρα το ΜΒ της αλυσίδας θεωρείται απλό άθροισμα των ΜΒ των αμινοξέων της.