Witaminy jako koenzymy, Schematy z Biologia

Pobierz Witaminy jako koenzymy i więcej Schematy w PDF z Biologia tylko na Docsity!

Witaminy jako koenzymy

Wprowadzenie Przeczytaj Film samouczek Sprawdź się Dla nauczyciela

Chyba każdy przynajmniej raz w życiu usłyszał: „Jedz owoce i warzywa, bo mają witaminy”. Wiemy, że białka budują nasz organizm, a węglowodany i tłuszcze dostarczają energii. A do czego są nam potrzebne witaminy? W jaki sposób związki te wpływają na prawidłowe funkcjonowanie organizmu?

Twoje cele

Wskażesz różnice między enzymem, koenzymem i grupą prostetyczną. Wyjaśnisz, na czym polega rola witamin w reakcjach metabolicznych. Przeanalizujesz przykłady reakcji, w których witaminy pełnią funkcję koenzymów.

Witaminy z grupy B są koenzymami lub składnikami koenzymów. Źródło: Val-gb, domena publiczna.

Witaminy jako koenzymy

S – substrat, S* – stan przejściowy, P – produkty końcowe, ES* – stan pośredni.

Enzymy obniżają energię aktywacji, dzięki czemu zwiększa się szybkość reakcji. Źródło: Karol Głąb, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Część białkowa enzymu, określana jako apoenzym, do specyficznego wiązania się z substratem wymaga zazwyczaj obecności jednostek niebiałkowych, tzw. kofaktorów (np. jonów nieorganicznych, koenzymów). Aktywne katalitycznie białko połączone z kofaktorem nazywa się holoenzymem.

Enzymy i koenzymy. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Niektóre kofaktory tworzą tzw. grupy prostetyczne. Są one silnie związane z białkiem poprzez wiązania kowalencyjne lub koordynacyjne i podczas reakcji enzymatycznej nie odłączają się od białka. Natomiast koenzymy są luźno związane z białkiem za pomocą wiązania niekowalencyjnego. Ich cechą charakterystyczną jest to, że podczas reakcji mogą się łączyć z różnymi cząsteczkami enzymu lub od nich odłączać. Koenzymami są m.in. witaminy.

Przykłady witamin jako koenzymów

Witamina B

Kompleks witamin B obejmuje witaminy: B (tiaminę), B (ryboflawinę), B (niacynę), B (kwas pantotenowy), B (pirydoksynę), B (biotynę), B i B (kwas foliowy – grupa związków chemicznych różnych form kwasu foliowego) oraz witaminę B (kobalaminę). Związki te są niezbędne w wielu procesach biochemicznych. Ich niedobór m.in. wywołuje podrażnienia skóry, zmniejsza odporność na stres i prowadzi do zaburzeń metabolizmu.

Tiamina (witamina B ) jest kofaktorem karboksylazy, uczestniczącej w przemianach węglowodanów do aldehydu octowego i dwutlenku węgla. Ryboflawina (witamina B ) to prekursor dinukleotydu flawinoadeninowego (FAD) oraz mononukleotydu flawinowego (FMN), będących koenzymami oksydoreduktaz. Niacyna (witamina B ) stanowi składnik formy utlenionej dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NAD ) i estru fosforanowego dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADP ), uczestniczących w metabolizmie węglowodanów, syntezie i modyfikacji cholesterolu oraz metabolizmie związków azotowych. Kwas pantotenowy (witamina B ) jest składnikiem koenzymu A – nośnika grup acylowych podczas cyklu kwasu cytrynowego.

1 2 3 5 6 7 9 11 12

1 2 3 + + 5

Witamina B jako koenzym w metabolizmie białek i aminokwasów. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Witamina C

Witamina C (kwas askorbinowy) jest powszechnie kojarzona z dobroczynnym wpływem na odporność oraz aktywnością antyoksydacyjną.

Ciekawostka

W epoce wielkich odkryć geograficznych, na przełomie XVI i XVII w., niedobór witaminy C, prowadząc do choroby zwanej szkorbutem (gnilcem), stał się jedną z głównych przyczyn śmierci żeglarzy. Było to spowodowane ubogą dietą podczas długich rejsów. Do głównych objawów szkorbutu należą krwawienia z dziąseł, stawów oraz wypadanie zębów. W XVIII w. odkryto, że spożywanie soku z owoców cytrusowych może zapobiegać tej chorobie i ją leczyć.

Współczesna dieta jest bogata w witaminę C, dlatego dziś szkorbut występuje rzadko.

Kwas askorbinowy jest pochodną sacharydów. Wykazuje silne działanie redukujące, które umożliwia utrzymanie aktywności katalitycznej enzymów zawierających jony metali w centrum aktywnym. Witamina C uczestniczy przede wszystkim w syntezie kolagenu, jako kofaktor hydroksylazy prolinowej oraz hydroksylazy lizynowej. Dzięki obecności sąsiadujących ze sobą grup hydroksylowej i karbonylowej jest donorem wodoru lub elektronów wykorzystywanych podczas hydroksylacji prokolagenu w kolagen. Niedobór witaminy C często występuje u palaczy (dym tytoniowy ogranicza jej przyswajanie), u których w konsekwencji pojawiają się zmarszczki mimiczne. Nie jest natomiast znany toksyczny wpływ zbyt dużej podaży witaminy C. W przypadku przyjęcia nadmiernych ilości tej substancji organizm zaprzestaje jej wchłaniania z układu pokarmowego i wydala ją z moczem w postaci kwasu moczowego i szczawianów. Z tego względu prowadzi się badania wpływu dużych dawek witaminy C na ryzyko wystąpienia kamicy nerkowej.

Ciekawostka

Kwas askorbinowy syntetyzowany jest u większości kręgowców. Wyjątkiem są: naczelne, kawia domowa (potocznie świnka morska), pstrąg, łosoś i niektóre rasy psów (np. dalmatyńczyk), które pobierają witaminę C z pożywieniem.

Witamina K

6

Działanie witaminy K w mineralizacji tkanki kostnej i zapobieganiu kalcyfikacji naczyń. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Witamina K dostarczana jest do organizmu z produktami sojowymi oraz pochodzenia zwierzęcego. Bierze udział m.in. w syntezie białek kości (np. osteokalcyny – białka transportującego do kości jony wapnia: Ca ) oraz czynników krzepnięcia krwi (II, VII, IX i X). Rola tego związku polega na potranslacyjnej obróbce białek. Witamina K jest m.in. kofaktorem dla enzymu γ‐karboksylazy, katalizującego reakcję karboksylacji kwasu glutaminowego do kwasu γ‐karboksyglutaminowego. Proces ten jest niezbędny do syntetyzowania czynników krzepnięcia krwi, a następnie przekształcenia protrombiny (czynnika II) w trombinę. Z kolei trombina umożliwia powstanie fibryny − białka tworzącego rusztowanie skrzepu i dzięki temu tamującego krwotoki. Ponadto witamina K zmniejsza ryzyko zwapnienia naczyń krwionośnych poprzez udział w karboksylacji tzw. białka MGP, co umożliwia jego wiązanie się z jonami Ca. Zapobiega to odkładaniu się wapnia i fosforu w ścianie naczyń krwionośnych, a w rezultacie pozwala zachować ich prawidłową średnicę.

Słownik

apoenzym

białkowa część enzymu

białko MGP

2+

2+

Film samouczek

Polecenie 1 Obejrzyj film, a następnie wymień witaminy, które pełnią funkcję koenzymów.

Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DDNdqMnfL Witaminy jako koenzymy. Źródło: Inga Wójtowicz, reż. Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Film nawiązujący do treści materiału

Polecenie 2 Opisz jedną funkcję witaminy K jako kofaktora.

Polecenie 3 Scharakteryzuj rolę karboksylaz w syntezie kwasów tłuszczowych, w odpowiedzi uwzględniając ich kofaktory.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Zaznacz poprawne dokończenie zdania.

Witaminy są...

apoenzymami.

grupami prostetycznymi.

koenzymami.

holoenzymami.

Ćwiczenie 2

Przyporządkuj pojęcia do ich definicji.

Apoenzym

Rodzaj kofaktora, niebiałkowy składnik białek enzymatycznych, niezbędny do swoistego wiązania substratów; luźno związany z enzymem.

Holoenzym W pełni aktywny enzym.

Koenzym Rodzaj kofaktora, jednostka niebiałkowa silnie związana z enzymem.

Grupa prostetyczna Białkowa część enzymu.

Ćwiczenie 5

Oceń prawdziwość poniższych twierdzeń.

Prawda Fałsz Witaminy C i B są kofaktorami biorącymi udział w syntezie glikogenu. Witaminy B i B są kofaktorami biorącymi udział w metabolizmie kwasów nukleinowych. Witaminy B , B i B są kofaktorami biorącymi udział w metabolizmie aminokwasów. Witamina K jest kofaktorem oksydoreduktaz.

7

9 12

6 7 9

Ćwiczenie 6

Uzupełnij tekst odpowiednimi pojęciami.

Związkami funkcjonującymi ogólnie jako koenzymy są. Oznacza to, że ich obecność działanie enzymów. Koenzymy są jednostkami przyłączonymi do

. Obie te jednostki tworzą tzw. , który jest aktywną postacią enzymu.

przyspiesza niebiałkowymi witaminy z grupy B holoenzym białkowe

spowalnia umożliwia witaminy rozpuszczalne w tłuszczach apoenzymu

Ćwiczenie 7

Schemat działania kofaktorów. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Przeanalizuj powyższy schemat i wyjaśnij, co to są kofaktory.

Ćwiczenie 8 Wyjaśnij, dlaczego prawidłowa dieta powinna zawierać witaminy i prowitaminy.

Wskażesz różnice między enzymem, koenzymem i grupą prostetyczną. Wyjaśnisz, na czym polega rola witamin w reakcjach metabolicznych. Przeanalizujesz przykłady reakcji, w których witaminy pełnią funkcję koenzymów.

Strategie nauczania:

nauczanie wyprzedzające; konstruktywizm; konektywizm;

Metody i techniki nauczania:

z użyciem komputera; ćwiczenia interaktywne; burza mózgów; gwiazda pytań; mapa myśli.

Formy pracy:

praca indywidualna; praca w parach; praca w grupach; praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne:

komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do internetu; zasoby multimedialne zawarte w e‐materiale; tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda; telefony z dostępem do internetu; arkusze papieru, flamastry, magnesy.

Przebieg zajęć

Faza wstępna:

1. Nauczyciel rozdaje uczniom gwiazdę pytań dotyczącą podstawowych informacji na temat witamin. Każdy indywidualnie odpowiada na pytania zawarte na schemacie.
2. Nauczyciel przedstawia uczniom temat i cele lekcji.

Faza realizacyjna:

1. Nauczyciel rozpoczyna burzę mózgów, mówiąc: „W każdej sekundzie w naszym organizmie zachodzą tysiące reakcji chemicznych. Od czego zależy ich szybkość?”.

Uczniowie wymieniają czynniki wpływające na metabolizm, wskazują rolę enzymów jako katalizatorów reakcji.

2. Uczniowie zapoznają się z filmem samouczkiem zawartym w e‐materiale, a następnie wykonują polecenie nr 1, w którym mają za zadanie wymienić witaminy pełniące funkcję koenzymów.
3. Uczniowie indywidualnie zapoznają się z tekstem zamieszczonym w sekcji „Przeczytaj”, a następnie wykonują w parach ćwiczenie nr 7, w którym mają za zadanie wyjaśnić – na podstawie analizy schematu – co to są kofaktory. Wybrane osoby przedstawiają odpowiedź na forum klasy.
4. Nauczyciel dzieli uczniów na 4‐osobowe grupy. Każda z nich otrzymuje arkusz papieru i flamastry. Na podstawie tekstu zamieszczonego w sekcji „Przeczytaj” uczniowie wykonują w zespołach mapę myśli związaną z rolą witamin jako koenzymów.
5. Zespoły kolejno prezentują wyniki swojej pracy. Nauczyciel w razie potrzeby dopowiada potrzebne informacje lub koryguje błędy.

Faza podsumowująca:

1. Uczniowie odpowiadają na pytania podsumowujące lekcję:

Co to jest kofaktor? Jaka jest różnica pomiędzy grupą prostetyczną a koenzymem? Dlaczego prawidłowa dieta powinna zawierać witaminy i prowitaminy? Na czym polega rola witamin w reakcjach enzymatycznych?

Praca domowa:

Wykonaj ćwiczenia od 1 do 6 zawarte w e‐materiale.

Materiały pomocnicze:

Załącznik 1. Gwiazda pytań. Plik o rozmiarze 66.21 KB w języku polskim

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania filmu samouczka:

Film samouczek może zostać wykorzystany w fazie przygotowującej do lekcji.