PROTEINE-REFERAT-

Biochimia este definit ca fiind tiina ce se ocup cu studiul structurii chimice a organismelor

vii, totalitatea reaciilor i transformrilor care au loc n celula vie, reglarea acestora i interdependena

permanent cu mediul nconjurtor.

Proteinele sunt substane macromoleculare prezente n celulele tuturor organismelor vii unde

reprezint peste 50% din masa uscat a acestora. Proteinele ndeplinesc n organismele vii mai multe

funcii biochimice absolut indispensabile tuturor proceselor metabolice i fiziologice.

a) Rolul plastic este jucat de proteinele structurale ce reprezint constitueni principali ai

membranei celulare, citoplasmei, organitelor subcelulare, umorilor i fluidelor tuturor organismelor vii.

b) Rolul energetic este asigurat prin faptul c n urma degradrii lor catabolice se elibereaz o

mare cantitate de energie ce se nmagazineaz n legturile macroergice ale moleculelor de ATP,

energie ce va fi utilizat n diferite procese vitale (efort fizic i intelectual, procese de biosintez etc.).

c) Rolul reglator este ndeplinit de o serie de hormoni cu structur polipeptidic (hormonii

reglatori ai hipotalamusului, ai hipofizei, hormonii pancreasului, hormonii paratiroidieni, ai timusului i

cei gastrointestinali).

d) Rolul de aprare este ndeplinit de proteinele specifice din clasa imunoglobulinelor

(anticorpi) care prezint proprieti speciale de a interaciona cu proteinele strine (antigene) n

procesul complex de aprare a organismului fa de agenii patogeni din mediul extern.

e) Rolul de transport al proteinelor se refer att la transportul activ prin membranele biologice

care se efectueaz cu consum energetic, contra gradientului de concentraie al metabolitului transportat,

ct i la transportul specific al unor metabolii sau elemente absolut necesare vieii. n acest din urm

caz, un exemplu concludent l reprezint hemoglobina al crui rol biologic const n transportul

oxigenului de la plmni la nivelul tuturor organelor i esuturilor i a dioxidului de carbon pe calea

invers.

f) Rol n contracia muscular. Procesul contraciei musculare, care st la baza efortului fizic,

este un proces fiziologic i biochimic complex realizat prin consum energetic (cnd se utilizeaz

energia nmagazinat n legturile macroergice ale moleculelor de ATP) de ctre o serie de proteine

specifice actina i miozina ce formeaz un complex proteic cuaternar cunoscut sub numele de

complexul acto-miozinic.

g) Rolul catalitic este ndeplinit de ctre enzime care sunt, fr excepie, substane proteice. n

afara funciilor enumerate mai sus, proteinele reprezint instrumentul molecular al expresiei informaiei

genetice coninute n acidul deoxiribonucleic din cromozomi. De aceea, proteinele sunt componente

structurale i funcionale intim legate de procesele vieii, procese ce nu pot i concepute n lipsa

substanelor proteice.

Clasificarea proteinelor

n funcie de structura loc chimic, de rolul pe care l ndeplinesc n organismele vii i de

proprietile lor fizico-chimice, proteinele pot fi clasificate n mai multe moduri.

Delimitarea net ntre proteine i polipeptide este foarte dificil deoarece exist proteine

alctuite numai din catene polipeptidice (aa-numitele proteine simple sau holoproteine). Majoritatea

autorilor delimiteaz aceste dou clase de biomolecule dup masa lor molecular considernd c

polipeptidele au o mas molecular de pn la 10.000 Da, iar proteinele au masa molecular superioar

acestei valori. n funcie de forma moleculelor, proteinele sunt de dou tipuri:

proteine fibrilare care au molecula filiform i sunt, n general, insolubile n ap. Din aceast

grup fac parte de exemplu fibroina, keratinele, colagenul etc.

proteine globulare a cror molecul are form sferic sau elipsoidal i sunt uor solubile n

ap. Din clasa proteinelor globulare fac parte toate enzimele, globulinele serice i alte.

n funcie de rolul biologic principal pe care l ndeplinesc, proteinele se mparte n 6 clase

astfel:

Proteine structurale. Acestea sunt reprezentate de proteinele ce joac rol plastic, adic acele

proteine ce intr n structura membranelor biologice, a esuturilor i organelor. Proteinele structurale

cele mai bine studiate sunt: colagenul ntlnit n esutul conjunctiv din cartilaje, tendoane, piele, oase

etc., elastina ce intr n structura esutului conjunctiv elastic din ligamente, fibroina din mtasea

produs de Bombix mori, sclerotina ntlnit n exoscheletul insectelor, keratina ce se gsete n

cantiti mari n derm, pr, pene etc., proteinele membranare ce intr n structura tuturor

membranelor biologice i altele.

Proteinele de rezerv au rolul principal de a constitui principala rezerv de aminoacizi a

organismelor vii. Din aceast grup fac parte cazeina care este componenta proteic major a laptelui,

gliadina din cariopsele cerealelor, zeina ce reprezint principala protein de rezerv din boabele de

porumb, ovalbumina i lactalbumina din ou i respectiv din lapte, feritina care faciliteaz

acumularea ionilor de fier n splin i altele.

Proteinele contractile au un rol important pentru micarea organismelor vii fiind implicate n

contracia muchilor, cililor, flagelilor etc. Cele mai bine studiate proteine contractile sunt actina i

miozina implicate n contracia miofibrilelor i dineina care asigur micarea cililor i flagelilor la

nevertebrate.

Proteinele de transport sunt proteine cu o structur deseori complex ce ndeplinesc un

important rol n transportul diferiilor metabolii n organism. Cele mai bine studiate proteine de

transport sunt hemoglobina care asigur transportul oxigenului i dioxidului de carbon, mioglobina cu

rol n transportul oxigenului la nivel muscular, albuminele serice care realizeaz transportul acizilor

grai n circulaia sanguin, - lipoproteinele serice care asigur transportul lipidelor n snge etc. Tot

din aceast categorie fac parte i transportorii membranari care realizeaz transportul activ, contra

gradientului de concentraie, al diferiilor metabolii prin membranele biologice.

Proteinele cu rol catalitic i hormonal reprezint o grup extrem de important de proteine

funcionale. Din aceast grup fac parte enzimele (care sunt toate, fr nici o excepie, proteine),

precum i unii hormoni (hormonii reglatori ai hipotalamusului, hormonii hipofizei, cei pancreatici,

hormonii paratiroidieni, hormonii timusului etc.).

Proteine cu rol de protecie. Acestea sunt proteine implicate n diferite procese fiziologice de

protecie i aprare a organismului fa de anumii factori externi. Cele mai bine studiate sunt trombina

(o protein ce particip la procesul coagulrii sanguine), fibrinogenul (care este precursorul fibrinei,

protein implicat, de asemenea, n procesul coagulrii sanguine), imunoglobulinele sau anticorpii

(proteine capabile s formeze compleci anticorp antigen cu proteinele strine organismului

respectiv i altele.

n funcie de structura lor chimic, proteinele se mpart n dou mari grupe: proteine simple i

proteine complexe.

Proteine simple (holoproteine). Acestea sunt proteine ale cror molecule sunt formate numai

din catene polipeptidice. Acest lucru a fost demonstrat prin faptul c prin hidroliz complet,

holoproteinele pun n libertate numai aminoacizi. Din aceast grup fac parte o serie de proteine ce

ndeplinesc importante funcii biochimice i fiziologice: , i -globulinele serice, anticorpii,

histonele, protaminele, fibrinogenul, miozina, actina, colagenul, fibroina, keratinele etc.

Proteinele complexe (numite i conjugate, sau heteroproteine) conin n molecula lor, pe

lng componenta proteic i o component de alt natur numit grupare prostetic. La rndul lor,

heteroproteinele se mpart n mai multe grupe n funcie de natura chimic a gruprilor prostetice.

Cromoproteinele conin n molecula lor o grupare prostetic de natur protoporfirinic. Din

aceast categorie fac parte o serie de proteine ce ndeplinesc importante funcii biochimice i

fiziologice: hemoglobina, mioglobina, citocromii, catalaza, peroxidaza etc.

Lipoproteinele conin n molecula lor grupri prostetice de natur lipidic. Din aceast grup

fac parte de exemplu lipoproteinele serice.

Fosfoproteinele. Gruprile prostetice ale hetero-proteinelor din aceast grup sunt

reprezentate de resturi de serin esterificate cu acid fosforic. Cele mai cunoscute fosfoproteine sunt

cazeina, vitelina, vitelenina, fosvitina i altele.

Glicoproteinele conin grupri prostetice de natur glucidic (galactoza, manoza, unele

hexozamine, acidul N-acetilneuraminic etc.). Din grupa glicoproteinelor sunt bine studiate -

globulinele, orosomucoidul plasmatic, ovalbumina, glucoproteinele serice ce determin grupele

sanguine i altele.

Metaloproteinele conin unii ioni metalici (Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+) n calitate de grupare

prostetic. Din aceast grup fac parte de exemplu alcooldehidrogenaza, enolaza, feritina, conalbumina,

ceruloplasmina i altele. Trebuie menionat faptul c la metaloproteine, ionul metalic este legat direct

de catenele polipeptidice ale componentei proteice i nu este inclus ntr-o alt structur (cum ar fi

nucleul protoporfirinic la cromoproteine).

Flavoproteinele conin un flavinnucleotid n calitate de grupare prostetic. Din aceast grup

fac parte flavoenzimele FMN- i FAD-dependente (succinat-dehidrogenaza, aminoacid-oxidazele etc.).

Nucleoproteinele sunt poate cele mai importante proteine complexe datorit faptului c

gruparea lor prostetic este reprezentat de un acid nucleic. n funcie de natura acidului nucleic ce

joac rol de grupare prostetic ele se mparte n ribonucleoproteine (nucleoproteine ce conin ARN) i

deoxiribonucleoproteine (ce conin ADN n calitate de grupare prostetic).

n moleculele proteinelor, resturile de aminoacizi sunt unite prin legturi peptidice ca i n cazul

peptidelor:

H2N CH C N CH C .......... N CH COOHI

II

I I

II

I IR1

O

H R2

O

H Rn

Datorit efectelor electronice, i n cazul proteinelor legtura peptidic prezint un caracter

parial de legtur dubl, mpiedicnd rotirea liber a substituenilor.

Structura proteinelor

Elucidarea structurii proteinelor a reprezentat i continu s reprezinte una din problemele

principale ale biochimiei aplicate. Fiecare protein nativ reprezint un edificiu tridimensional complex

a crui conformaie depinde de dispoziia spaial a catenelor polipeptidice din care este format.

Orientarea n spaiu a catenelor polipeptidice componente poart denumirea de conformaie.

Comparativ cu celelalte biomolecule, proteinele prezint o structur chimic mult mai complex de

care depind n mod direct funciile lor biologice i care se caracterizeaz prin existena a patru nivele de

organizare numite structur primar, secundar, teriar i respectiv cuaternar.

1. Structura primar a proteinelor este dat de numrul, natura i succesiunea resturilor de

aminoacizi n catenele polipeptidice ce intr n structura acestora.

n structura primar, resturile de aminoacizi sunt unite prin legturi peptidice identice cu cele

ntlnite n structura peptidelor:

........ NHCHCONHCHCO .......I IR R'

legtur peptidic

Studiul peptidelor sintetice cu ajutorul metodei difraciei de raze X prin cristale pure a permis

determinarea distanelor interatomice ntr-o caten polipeptidic, precum i a unghiurilor dintre atomii

componeni. Aceste determinri au demonstrat existena unei perioade de identitate de 7,2 pentru

fiecare dou resturi de aminoacizi. Totodat s-a observat c distana interatomic C N este mai mic,

iar distana C = O este mai mare dect cele normal ntlnite n ali compui (fig. I.1.).

R'

H

R

H

OC

C

N

C

H

110121

122

117

120

110

120

120

1,531,23

1,32

1,47

Fig. I.1. Reprezentarea schematic a distanelor interatomice i unghiurilor de valen n

catenele polipeptidice

Aceste rezultate indic prezena unei stri de rezonan a legturii peptidice ntre dou forme

limit din care cauz, legtura peptidic C N nu este simpl ci parial dubl, fiind astfel mpiedicat

rotaia liber a substituenilor. Acest caracter de legtur parial dubl are o importan deosebit pentru

structurile de ordin superior ale proteinelor.

La nivelul legturilor peptidice se ntlnete izomeria de tip trans, iar rotaia liber este permis

numai la nivelul celorlalte legturi covalente. Orientarea spaial a catenelor polipeptidice este datorat,

n principal, acestor rotaii libere n jurul legturilor menionate:

C

O

N

H

R

O

NH

C

H

R'

I

I

I

IC

C

H

I

-

-

+ +

2. Structura secundar a proteinelor.

Structura secundar este dat de orientarea spaial a catenei polipeptidice, fr a lua n calcul

interrelaiile dintre radicalii aminoacizilor. Posibilitatea de rotaie a radicalilor de aminoacizi n jurul

axelor de legtur C-C i C-N din lanul polipeptidic favorizeaz apariia unei structuri spaiale

specifice a macromoleculelor de protein, cunoscute sub numele de structur secundar. Structura

secundar este stabilizat de puni de hidrogen care se formeaz intracatenar sau intercatenar ntre

grupele carbonilice i iminice ale legturilor peptidice. Legturile de hidrogen sunt dispuse aproape

paralel cu axa -helixului. Cea mai rspndit variant a structurii secundare a lanurilor polipeptidice

este -helixul sau structura -helicoidal (fig. I.2.).

Fig. I.2. Reprezentarea schematic a modelului -helicoidal al structurii secundare a proteinelor

(dup Buckow, 2006).

Fiecare tur (spir) este alctuit din 3,6 resturi de aminoacizi. Distana ntre ture de-a lungul

axei -helixului este egal cu 0,541nm (). Diametrul -helixului este de 0,101nm (). O alt variant

a structurii secundare a proteinelor este structura -pliat care este de dou tipuri:

modelul straturilor pliate antiparalele format din lanuri polipeptidice n form de zig-zag,

ale cror grupe NH2 terminal i COOH terminal sunt orientate n direcii opuse;

modelul straturilor pliate paralele alctuit din lanuri polipeptidice cu aceeai orientare (fig.

I.3).Ambele tipuri, existente n proporii diferite, sunt stabilizate prin puni de hidrogen intercatenare

ntre grupele carbonilice i aminice ale legturilor peptidice din lanurile polipeptidice adiacente.

Fig. I.3. Reprezentarea schematic a modelului straturilor pliate ale structurii secundare a

proteinelor(dup Buckow, 2006).

Structura teriar. Structura teriar reprezint replierea i nfurarea segmentelor -

helicoidale i -pliate ntr-o organizare spaial complex sub form de ghem sau globul. Structura

teriar a proteinelor se constituie ntr-un sistem stabil datorit interaciunilor hidrofobe ntre radicalii

laterali ai aminoacizilor, legturilor de hidrogen, legturilor ionice i legturilor disulfidice.

Structura cuaternar. Structura cuaternar este specific numai anumitor proteine i

reprezint nivelul de organizare structural cel mai nalt. Este rezultatul asocierii a dou sau mai multe

catene polipeptidice numite protomeri, fiecare cu structura sa primar, secundar i teriar ntr-un

conglomerat spaial complex. Proteinele formate din mai multe lanuri (catene) polipeptidice se numesc

proteine oligomere.

Proprieti specifice proteinelor

Masa molecular a proteinelor este foarte mare i diferit de la cteva mii pn la sute de mii i

chiar milioane de daltoni. De ex. insulina-5.700 D, hemoglobina-64.500 D, fibrinogenul 339.700 D.

Solubilitatea proteinelor este diferit. Unele se dizolv uor n ap i soluii saline, altele numai n

soluii de sruri sau n amestecul de ap i alcool. Sunt insolubile n solveni organici. Precipitarea

proteinelor poate fi reversibil sau ireversibil. Precipitarea ireversibil se mai numete denaturare

care poate fi cauzat de factori fizici (cldur, radiaii, agitare) sau de diferii reactivi. Denaturarea

conduce la schimbarea proprietilor fizice i reactivitii moleculelor proteice. De cele mai multe ori

prin denaturare, proteinele pierd activitatea lor biologic.

Soluiile de proteine au comportare de acid sau baz (amfoter) n funcie de partenerul cu care

reacioneaz, deoarece conin grupe NH2 i -COOH libere, aparinnd aminoacizilor constitueni.

Caracterul amfoter al proteinelor se afl la baza funciei lor de sisteme tampon care asigur meninerea

constant a pH-ului lichidelor biologice n organismul animal i vegetal. Starea de ionizare a

proteinelor determin migrarea lor n cmpul electric Pe aceast proprietate se bazeaz separarea i

determinarea cantitativ a proteinelor cu ajutorul electroforezei. La un pH specific pentru fiecare

protein denumit punct izoelectric (pI), moleculele ei sunt neutre din punct de vedere electric i nu se

deplaseaz sub aciunea curentului electric. Molecula proteic se ncarc pozitiv dac pH-ul mediului

este mai mic dect pI i negativ dac pH-ul mediului este mai mare dect pI.

Bibliografie

1. Dumitru, I. F. 1980, Biochimie, Ed. Did. i Ped., Bucureti.2. Artenie, Vl. 1987, Biochimia i organizarea molecular a cromozomului eucariot, Ed. Univ.

Al. I. Cuza Iai.3. Artenie, Vl. 1991, Biochimie, Ed. Univ. Al. I. Cuza Iai.4. Cojocaru, D.C., Mariana Sandu 2004, Biochimia proteinelor i acizilor nucleici, Ed. Pim,

Iai5. Gavril Ardelean 2001, Biochimia si energetica contractiei musculare, Ed. Bion, Satul Mare