7/22/2019 4. PROTIDE

1/48

4. Protide

4.1. Aspecte generale. Clasificare

Protidele constituie componenii cei mai importani ai tuturor vieuitoarelor i n

special ai organismelor cu organizare superioar. Ele ocup un loc central nstructura materiei vii i joac un rol de prim ordin n funcionarea ei. n esuturileanimalelor proteinele reprezint 10 20%, n timp ce glucidele i lipidele,mpreun, 1-5%. Prin urmare, protidele formeaz materialul de baz al celulei.Coninutul n protide al unor esuturi animale i vegetale este urmtorul (% dinesutul proaspt):

muchi 18-23 semine de cereale 10-13ficat 18-19 semine de leguminoase 23-40rinichi 16-17 frunze 1-3inim 16-18 fructe 0,3-1

Protidele alctuiesc clasa cea mai divers dintre toate componentele sistemelor vii.Se cunosc mii de protide iar numrul diverselor tipuri de astfel de compui este

enorm. Totodat, protidele sunt foarte specifice i structura lor este caracteristicnumai pentru anumite organisme n care ele s-au format.

Protidele ndeplinesc funcii fiziologice foarte variate, ca o reflectare a unui naltgrad de organizare structural i de specializare. (Tabelul 2 )

n felul acesta, protidele i derivaii lor joac un rol hotrtor n toate procesele ifenomenele vieii ceea ce nseamn c sunt principalii purttori materiali ai vieii.

Compoziia elementar de baz a protidelor, indiferent de natura i provenienalor, este n general, similar. Toate sunt substane cel puin cuaternare i coninntotdeauna C, H, O i N; unele conin i S i/sau P, iar altele i metale: Fe, Mn, I,Cu, Zn etc. Proporia elementelor chimice de baz este urmtoarea: C aprox.50%, H ~ 7%, oxigen ~ 23%; azot ~ 16%; S pn la 3%.

7/22/2019 4. PROTIDE

2/48

Tabelul 2

Diversitatea funciilor protidelor

n grupa protidelor se clasific, n mod convenional, toi compuii chimici care prinhidroliz elibereaz aminoacizi, precum i aminoacizii nii. n funcie de numrulaminoacizilor constitueni, ca i a existenei unor compui de natur neprotidic nstructura lor, protidele se clasific astfel: (Figura 4.1.)

PROTIDE

Aminoacizi

PeptideOligopeptide

ProteineProteine simple

Proteine conjugat

Polipeptide

Fig. 4.1. Schema clasificrii protidelor

Categoria Funcia general Exemple Rol biologic

EnzimeCataliza reaciilor

biochimiceAnhidrazacarbonic

Accelerarea schimburilor de CO2

Proteinede

structur

Organizarea iconsolidarea celulelor i

structurilor

Colagen,Elastina

Constituent al tendoanelor, cartilagiilor,esutului conjunctiv

Proteinede

transport

Facilitarea transportuluiionilor sau moleculelor latraversarea membranei

Permeazalactozei

Asigur trecerea i acumularea lactozein celula bacterian

Proteinede aprare

Neutralizeaz structurilestrine

Imunoglobuline(anticorpi)

Fixeaz specific structurile strine(antigene) i favorizeaz eliminarea lor

Proteinede rezerv

Nutriia paleativ adescendenilor(ou, cereale)

Ovoalbumina Proteina principal a oului

ReceptoriDetecia i transduciasemnalelor chimice,electrice, luminoase

Rodopsina Captarea fotonilor n retin

Receptoride

transcripie

Modulatori ai expresieigenelor Gena 4p

Controleaz metabolismul azotat

HormoniComunicarea chimic

ntre esuturi i organe InsulinaAsigur intrarea i consumul glucozein esuturile vertebratelor

7/22/2019 4. PROTIDE

3/48

4.2. Aminoacizi

Aminoacizii reprezint unitile structurale de baz ale proteinelor, compuimacromoleculari a cror molecul este alctuit din resturi de -aminoacizi. Prinhidroliza proteinelor, de exemplu prin fierberea lor n cantiti suficiente de acizisau baze concentrate, sau sub aciunea enzimelor proteolitice, se obine unamestec de -aminoacizi, la care grupa aminic primar i grupa carboxil suntlegate la acelai atom de carbon.

Aminoacizii pot fi considerai derivai ai acizilor organici obinui prin substituireaunuia sau unor atomi de H cu grupe aminice.

Din proteine, prin hidroliz, se elibereaz 19-25 -aminoacizi, ns de regul seobin 20 de -aminoacizi. Diferenierea aminoacizilor este determinat de naturaradicalului R, care constituie catena lateral a fiecrui aminoacid i careinflueneaz particularitile funcionale i specifice ale proteinelor ce-i conin.

Mai jos sunt redate trei moduri de reprezentare a unui -aminoacid:

RR

RC

O O

O-

H

COOH

NH2

NH2OH

NH3+

A B C

unde R radical, adic un grup de atomi din molecula aminoacidului, legat deatomul de carbon i care nu ia parte la formarea lanului polipeptidic.

A i B nu pot exista la nici un pH fiziologic, dar pot fi utilizate n modformal atunci cnd se discut chimia aminoacizilor;

C este structura ionic a unui aminoacid la pH-ul fiziologic.

4.2.1. Aminoacizi existeni n proteine

Aminoacizii existeni n proteine se pot clasifica dup mai multe criterii. n funciede structura radicalului R se pot mpri n alifatici i nealifatici (ciclici). O altclasificare se poate face n funcie de reacia lor: aminoacizi neutri, bazici i acizi.

Aminoacizi neutri au cte o singur grup aminic i o singur grup carboxil, ntimp ce la cei bazici exist o grup aminic suplimentar. n aminoacizii cu caracteracid exist dou grupe carboxilice i una aminic.Cea mai raional clasificare este cea care se bazeaz pe polaritatea radicaliloraminoacizilor. La pH 7, adic la pHul ce corespunde condiiilor intracelulare,radicalii R se submpart n nepolari ( hidrofobi), polari sau nencrcai, ncrcaipozitiv i ncrcai negativ. n concordan cu aceasta, aminoacizii care intr nstructura proteinelor se pot submpri n patru clase:

a) cu radicali nepolari (sau hidrofobi);

7/22/2019 4. PROTIDE

4/48

b) cu radicali polari neutri (nencrcai);

c) cu radicali polari ncrcai pozitiv;

d) cu radicali polari ncrcai negativ.

a) Aminoacizi cu radicali nepolari

n aceast clas intr patru aminoacizi alifatici (alanina, valina, leucina,izoleucina), doi aminoacizi aromatici (fenilalanina, triptofanul), un aminoacid cu sulf

(metionina) i un iminoacid (prolina). Caracteristica general a tuturor acestoraminoacizi o constituie solubilitatea lor mai mic n ap n comparaie cu cea aaminoacizilor polari. Componentul cel mai slab hidrofob al acestei clase estealanina care este astfel aproape de grania dintre aminoacizii nepolari i cei curadicali polari neutri.

Alanina (Ala)

+H3N CH COO-

CH3

Valina (Val)

+H3N

CH

CH COO-

CH3H3C

Leucina (Leu)

+H3N CH

CH

COO-

CH2

CH3H3C

Izoleucina (Ile)

+H3N CH

CH

COO-

H3C C2H5

+H3N CH COO-

CH2

Fenilalanina (Phe) Triptofanul (Trp)

+H3N CH COO-

CH2

NH

COO-

CH3

+H3N CH

(CH2)2

S

Metionina (Met)

COO-

CC

CNH2

+H2

H2 H2

Prolina (Pro)

Datorit radicalului alifatic R, alanina, valina, leucina, izoleucina i metioninaparticip la interaciuni hidrofobe cu alte resturi de radicali R ai unor aminoacizi ceaparin aceleiai clase. Catena lateral fenilic a fenilalaninei i ciclul indolic altriptofanului sunt, de asemenea, capabili de a interaciona hidrofob. Atomul dehidrogen de la azotul ciclului indolic poate s participe la formarea legturilor dehidrogen cu alte grupe localizate n interiorul globulei proteice.

n aceast grup intr i prolina, un -iminoacid care conine o amin secundar nciclul pirolidinic. Prezena restului de prolin n lanul polipeptidic al proteinei ipermite acestuia s se rsuceasc i s se adune.

Aminoacizii aromatici sunt responsabili de proprietatea pe care o au majoritateaproteinelor de a prezenta absorbie n ultraviolet (UV), cu un maxim ntre 275 i285 nm.

Dintre toi aminoacizii aromatici, cea mai mare absorbie o prezint triptofanul.

b) Aminoacizi cu radicali polari nencrcai

Aceast clas include un aminoacid alifatic glicina (glicocol), doi hidroxi-aminoacizi (serina i treonina), un aminoacid cu sulf (cisteina), un aminoacidaromatic (tirozina) i dou amide (asparagina i glutamina). Aceti aminoacizi sunt

mai solubili n ap dect aminoacizii cu radicali nepolari deoarece grupele lorpolare pot forma legturi de hidrogen cu moleculele de ap:

7/22/2019 4. PROTIDE

5/48

+H3N COO-CH2

Glicina (Gly)

+H3N CH COO-

CH2OH

Serina (Ser)

+H3N CH

CH

COO-

CH3

OH

Treonina (Thr)

+H3N CH COO-

CH2 SH

Cisteina (Cys)

CH2

+H3N CH COO-

OH

Tirozina (Tyr)

CH2

+H3N CH COO-

CO NH2

Asparagina (Asn)

+H3N CH COO-

CH2

CH2

CO NH2

Glutamina (Gln)

Glicina se deosebete de ceilali aminoacizi prin lipsa radicalului R. De aceea,resturile de glicin se pot distribui att n zone hidrofobe interioare, ct i pesuprafaa proteinelor. Tot datorit lipsei grupei R din restul de glicin, lanulpolipeptidic este mai flexibil, deoarece prezena diferitelor grupe afecteazformarea spiralelor i pliurilor. O serie de enzime i datoreaz accesul uor alsubstraturilor la suprafaa lor tocmai prezenei resturilor de glicin din molecul.

Polaritatea serinei, treoninei i tirozinei este datorat grupelor lor hidroxil, cea aasparaginei i glutaminei - grupelor amid, iar cea a cisteinei - grupei ei sulfhidril.

Serina, treonina, asparagina i glutamina sunt suficient de polare pentru ca radicaliilor R, care sunt distribuii la suprafaa proteinelor, s determine solubilizareaacestora n ap sau, n cazul n care sunt localizai n interiorul globulei, s formezelegturi de hidrogen cu alte grupe polare.

CH CH2

HN

O

OH

C

C

NH

CH

CH

O

R

R

CH2

O

C

NH2

HN

C

O

CH OC

R

R

HN

CH

CH

Cisteina i tirozina au cei mai polari substitueni ai acestei clase de aminoacizi ianume grupele tiol i, respectiv, hidroxilul fenolic. Aceste grupe tind s piardprotoni prin ionizare mult mai rapid dect radicalii R ai altor aminoacizi din aceastclas, dei ei sunt slab ionizai la pH 7.Grupele ionizate dispuse la suprafaa proteinelor determin solubilizarea acestoran ap.

CH2O CH2S

grup fenolic grup tiol

Resturile de tirozin i cistein pot fi dispuse i n zonele hidrofobe interioare aleproteinelor, deoarece grupele lor R neionizate pot participa la interaciunihidrofobe sau la formarea legturilor de hidrogen:

7/22/2019 4. PROTIDE

6/48

CH CH2

HN

O

OH

C

C

NH

CH

O

R

CH2

O

HN

C

CH SH O C

RCH

NH

Un exemplu de protein la care resturile de tirozin sunt dispuse n interiorulglobulei este ribonucleaza. Prin denaturarea acestei proteine, resturile de tirozinse developeaz la suprafa i pierd protoni.

Uneori, n proteine cisteina se gsete sub forma sa oxidat cistina, care este undisulfid format din dou resturi de cistein. Datorit structurii sale cistina poate luaparte la formarea a patru legturi peptidice (pe seama celor dou grupe carboxilicei a dou grupe aminice).

CH2 CH2HOOC COOHSSC C

H

H

NH2

NH2

Cistina

Aceast proprietate a cisteinei de a se oxida conduce la formarea legturiicovalente disulfidice ntre dou pri constitutive ale aceluiai lan polipeptidic(legtur disulfidic intracatenar) sau, mai frecvent, la formarea legturii ntre

dou lanuri polipeptidice (legtur disulfidic intercatenar). Legturile disulfidicese distrug prin reducere.

c) Aminoacizi cu radicali polari ncrcai negativ (acizi)

n aceast clas intr doi aminoacizi dicarboxilici (aspartic i glutamic) care la pH7 prezint o sarcin total negativ datorit grupei carboxilice - i -, respectiv.

COO-

CH2

+H3N CH COO-

Acidul aspartic (Asp)

CH2

+H3N CH COO-

CH2

COO-

Acidul glutamic (Glu)

d) Aminoacizi cu radicali polari ncrcai pozitiv (bazici)

Aceast clas cuprinde doi aminoacizi bazici (lizina i arginina) i un aminoacidslab bazic (histidina) care la pH 7 sunt capabili s primeasc un proton i s sencarce pozitiv. Grupa amino a lizinei, grupa guanil a argininei i ciclulimidazolic al histidinei se protonizeaz cu formarea urmtoarelor structuri:

7/22/2019 4. PROTIDE

7/48

+H3N CH COO-

CH2

CH2

CH2

CH2

NH3+

Lizina (Lys)

+H3N CH COO-

(CH2)3

NH2

+NH2

NH

C

Arginina (Arg)

+H

+H3N CH COO-

CH2

NN H

Histidina (His)

Fiecare protein nu conine neaprat toi aminoacizii menionai n aceast

clasificare, iar aminoacizii care intr n structura diferitelor proteine n modpermanent, se gsesc n acestea n cantiti inegale.

4.2.2. Aminoacizi rari n proteine

Pe lng aminoacizii care se ntlnesc permanent n proteine, exist i aminoaciziprezeni numai n anumite proteine. Astfel, n compoziia colagenului i gelatineiintr aminoacizii hidroxilizin i hidroxiprolin, n compoziia tireoglobulinei intraminoacidul tiroxina care are proprieti hormonale, iar n elastin aminoaciduldesmozin.

Structura dezmozinei i permite s lege patru lanuri polipeptidice ntr-o structurradial. De aceea, elastina difer de celelalte proteine fibroase prin faptul c estecapabil s sufere o ntindere n dou sensuri

OH

+H3N CH COO-

CH2

(CH2)2CH

NH2

Hidroxilizina

COO-C

CC

CNH2

+H2

H2

Hidroxiprolina

HO

H

H

+H3N CH COO-

CH2

O

OH

i i

ii

Tiroxina

(CH2)2+

+H3N CH COO-

(CH2)2

N

(H2C)2

(CH2)4+H

3N CH COO-

NH3

CH

COO-

+H3N

HC

-OOC

+

Dezmozina

Aminoacizii care se gsesc mai rar n proteine reprezint de fapt derivai aiaminoacizilor obinuii i sub aspect genetic se deosebesc de acetia deoarece nusunt codificai de codoni.

7/22/2019 4. PROTIDE

8/48

4.2.3. Aminoacizi neproteici

n afara aminoacizilor care intr n compoziia proteinelor, s-au izolat din plante,animale i microorganisme mai mult de 150 de aminoacizi care exist fie n stareliber, fie n stare combinat (n peptide inferioare), dar niciodat n proteine. nmajoritatea, ei reprezint derivai ai -aminoacizilor, dar pot fi i derivai , i -aminoacid. Printre aceti aminoacizi se pot meniona:

-Alanina, intr n compoziia vitaminei B3 (acid pantotenic) i a derivatului su coenzima A; se gsete de asemenea n peptidele naturale carnozina i anserina:

H2N CH2 CH2 COOH

Alanina

Acidul -aminobutiric se gsete n plante, precum i n esutul nervos almamiferelor i psrilor. Particip n calitate de agent chimic n transmitereaimpulsurilor nervoase.

(CH2)3H2N COOH

Acid aminobutiric

Ornitina i citrulina sunt intermediari importani ai biosintezei ureei. Citrulina esteprecursorul direct al argininei.

Acidul ,diaminopimelic se gsete n cantiti importante n membrana celuleibacteriene.

CH COOH

+H3N CH COO-

(CH2)3

NH2

Acid ,diaminopimelic

Sarcozina este un produs intermediar de metabolism al compuilor cu un singuratom de carbon; intr n compoziia unei grupe de antimetabolii ai actinomicetelor.Este un derivat metilat al glicinei:

NH CH2H3C COOH

Sarcozina

Betaina este un produs intermediar al metabolismului lipidelor; este derivatultrimetilat al glicinei existent n esuturile animalelor i plantelor. Betaina din sfeclade zahr intr n aa-numitul azot vtmtor ce mpiedic cristalizarea zaharozeii diminueaz randamentul fabricilor de zahr.

Ornitina

+H3N CH COO-

(CH2)3NH2

+H3N CH COO-

(CH2)3

NH2

NH

C

Citrulina

O

7/22/2019 4. PROTIDE

9/48

+N CH2 COO

-H3C

H3C

H3C

Betaina

Homoserina este un produs intermediar de metabolism care se gsete nesuturile animale i vegetale.

CH

IOH

H2N

CH2

CH

2

COOH

Homoserina

Aminoacizi neeseniali i eseniali. n organismul majoritii animalelor i alomului se sintetizeaz aproximativ jumtate din aminoacizii necesari pentru sintezaproteinelor. Acetia se numesc aminoacizi banali sau neeseniali : glicina, alanina,serina, cisteina, tirozina, acidul aspartic, acidul glutamic, prolina. Ceilali aminoacizi(10) nu pot fi sintetizai de aceste organisme. Ei trebuie s ptrund n organismcu hrana i de aceea se numesc aminoacizi eseniali (indispensabili) : valina,leucina, izoleucina, treonina, lizina, histidina, arginina, fenilalanina, triptofanul,metionina. Tipul aminoacizilor eseniali este oarecum diferit pentru diverseorganisme animale.

4.2.4. Proprietile generale ale aminoacizilor

Proprietile fizice

Aminoacizii sunt substane incolore n majoritatea cazurilor, cristalizate, care setopesc la temperaturi nalte (mai mari de 250C), descompunndu-se. Suntsolubili n ap i insolubili n eter.

Proprietile acido bazice

n soluii apoase neutre aminoacizii se afl, mai ales sub form de ioni dipolari sau

amfioni, dect ca molecule nedisociate.

C

NH2

COOHRH

R C

NH3+

H

COO-

forma nedisociat forma dipolar

Echilibrul dintre moleculele nedisociate ale aminoacidului i ionii dipolari estedeplasat complet spre dreapta cnd soluia este neutr. Prin urmare, un aminoacidamfionic, cnd este dizolvat n ap, poate reaciona att ca un acid (donor deproton):

+H3N CH COO- CH COO-

R

H

R

++ H2N

ct i ca o baz (acceptor de proton):

7/22/2019 4. PROTIDE

10/48

H+ + +H3N CH COO-

R

+H3N CH COOH

R

Substanele cu astfel de proprieti sunt amfotere i sunt numite amfolii. Caracterulamfoter al aminoacizilor se evideniaz n prezena bazelor sau acizilor.n soluii puternic acide, aminoacizii se gsesc sub form de ioni pozitivi rezultai nurma reaciei dintre protonii acidului i grupa anionic a amfionului:

H+++H3N CH COO-

R

+H3N CH COOH

R n soluii alcaline, se gsesc sub form de ioni negativi ca urmare a reaciei dintreionii de hidroxil ai bazei i grupa cationic a amfionului:

OH--H2O

COO-H2N

R

CH++H3N CH COO-

R

n funcie de valoarea pH-ului, un aminoacid posed att sarcin pozitiv ct isarcin negativ. Pentru fiecare aminoacid exist o anumit concentraie a ionilorde hidrogen (pH) caracteristic, cnd se gsete n soluie sub form de moleculneutr fr sarcin electric net. Acesta este pH-ul izoelectric (pH i). La pH-ulizoelectric aminoacizii au solubilitatea cea mai mic i prin urmare precipit. Laacest pH ei nu migreaz n cmpul electric.

Stereochimia aminoacizilor

Toi aminoacizii rezultai prin hidroliza proteinelor, cu excepia glicocolului, suntoptic activi deoarece la atomul de carbon exist un centru asimetric. Din 18aminoacizi proteici optic activi, 10 sunt dextrogiri (+) i 8 sunt levogiri (-), inndcont de sensul de rotaie a planului luminii polarizate.

Toi aminoacizii proteici posed o configuraie absolut proprie seriei L.Configuraia L sau D a aminoacizilor se stabilete prin analogie cu configuraia L-alaninei, care la rndul ei deriv din configuraia L-gliceraldehidei.

CHO

HOCH2OH

HIC HCH3

COOH

ICH2N

I

H

COOH

NH2

CH3

C

I

I

L-gliceraldehida L-alanina D-alanina

Prin urmare, aminoacizii care aparin configuraiei L se reprezint n felul urmtor:

iar cei ce aparin configuraiei D, sub forma: Seria D

NH2

COOH

R

H

n unii compui naturali au fost gsii i aminoacizi din seria D.

Importana fiziologic i metabolismul L- i D-aminoacizilor sunt diferite.Aminoacizii seriei D nu sunt asimilai de animale i plante sau sunt asimilai prostdeoarece sistemele enzimatice ale acestor organisme sunt specific adaptate la L-

Seria L

COOH

R

HH2N

7/22/2019 4. PROTIDE

11/48

aminoacizi. De asemenea, s-a constatat c mucegaiul Penicillium glaucumfolosete forma L a acidului glutamic i a leucinei i nu se atinge de formele D aleacestor aminoacizi. Diferene analoage n utilizarea izomerilor aminoacizilor s-auobservat i la drojdii.

Un exemplu clar privind aciunea fiziologic diferit a izomerilor aminoacizilor oconstituie efectul D- i L-asparaginei asupra organismului omului: L-asparaginanatural este fr gust, izomerul D are gust dulce. Aceast caracteristic, de altfel,se ntlnete i la ceilali aminoacizi: izomerii L sunt amari sau fr gust, izomerii Dsunt dulci.

Proprietile chimice

Aminoacizii particip la o serie de reacii chimice datorit prezenei n molecula lora unor grupe capabile de a reaciona. Aminoacizii alifatici monoamino-monocarboxilici manifest proprieti chimice tipice pentru grupele aminice igrupele carboxilice. Ceilali aminoacizi, pe lng acestea, particip la reacii ncare iau parte grupele funcionale ale radicalilor lor.

Reaciile grupelor carboxil

Decarboxilarea

Aminoacizi se pot decarboxila, rezultnd amine. Acest proces se poate realiza

chimic, ns el are loc n mod curent n toate organismele, fiind catalizat i controlatde o serie de enzime specifice. Aminele formate sub aciunea enzimelor , audiverse proprieti biologice i poart denumirea de amine biogene; unele din elesunt toxice, ns altele manifest roluri importante n organism, exercitnd aciunifarmacodinamice diferite, sau constituind precursori ai unor coenzime, hormoni,vitamine.

Amine biogene mai importante:

Histamina rezult prin decarboxilarea histidinei. Posed aciune vasodilatatoare,este deci hipotensiv, regleaz tonusul fibrelor musculare netede, este implicat nreaciile de tip alergic.

Tiramina provine din tirozin. Este hipertensiv (antagonist al histaminei).

Triptamina provine din triptofan, este hipertensiv. Derivatul su serotonina esteun agent vasoconstrictor care n organismul animal joac un rol important n

funcionarea sistemului nervos central.

CH2 NH2CH2

NN H

Histamina

CH2

OHTiramina

CH2 NH2

7/22/2019 4. PROTIDE

12/48

HN

CH2 CH2 NH2

Triptamina HN

CH2 CH2 NH2

Serotonina

HO

Cisteamina se formeaz prin decarboxilarea cisteinei. Este component acoenzimei A (CoA-SH).

CH2 NH2CH2HS

Cisteamina

alanina este amina ce provine din acidul aspartic; intr n structura aciduluipantotenic (vitamin), a coenzimei A, a dipeptidelor carnozin i anserin.

CH2 NH2CH2HOOC

-alanina

Putresceina rezult prin decarboxilarea ornitinei; este o diamin toxic.

Cadaverina se formeaz din lizin; este toxic.

H2N

Putresceina

NH2(CH2)4

H2N

Cadaverina

NH2(CH2)5

Aminele biogene se pot ntlni i n produsele alimentare, unde pot exista cametabolii naturali ai materiilor prime (ex.cpuni), sau se pot forma n urma aciuniimicroorganismelor utile (histamina n bere, vin, brnzeturi maturate, salamurimaturate), sau a microorganismelor de alterare (cadaverina i putresceina ncarnea alterat). Ele pot fi considerate compui normali ai unor alimente i nuprezint un pericol pentru om atunci cnd sunt ingerate cu hrana n cantiti mici.Constituie ns un factor de risc, n cazul consumrii produselor fermentate saumaturate, pentru persoanele hipertensive sau cu sensibilitate la factori alergeni.

Esterificarea

Aminoacizii reacioneaz cu alcooli formnd esteri. Esterificarea se realizeaz nmediu acid (HCl) i se obine esterul sub form de clorhidrat.

ICH

NH2

R COOH + R' OHHCl

-H2OCOOR'CHR

NH3+

Cl-

aminoacid alcool ester

Formarea amidelor

n prezen de amoniac, esterul aminoacidului formeaz amide:

ICH

NH2

R CONH2+ R' OHCOOR' CHR

NH2

+

aminoacid

NH3

amid

Formarea de amide constituie un proces care are loc n mod continuu n organismi este de mare importan biologic. Dou dintre principalele amide, glutamina i

7/22/2019 4. PROTIDE

13/48

asparagina, care rezult din acizii glutamic i respectiv aspartic, sunt i constitueniai unor proteine.

Reaciile grupelor amino

Cu acidul azotos

Prin grupa amino, aminoacizii reacioneaz cu acidul azotos, formnd oxiacidulcorespunztor i azot gazos.

I+OH

H2OCHR +CHNH2

R COOH

aminoacid

COOH N2HNO2 +

oxiacid

Aceast reacie st la baza determinrii cantitative a aminoacizilor dup metodaVan Slyke, prin msurarea volumului de azot format.

Cu aldehida formic

n prezena aldehidei formice se produce o blocare a grupei amino, ceea cepermite titrarea grupei carboxil rmas liber.

R-H2O

CHNH2

COOH +CH2CH

O

H

RCH NCOOH

aminoacid aldehida

formic

Aceast reacie este utilizat la dozarea aminoacizilor prin metoda Srensen.

Metilarea

Att pe cale chimic, ct i pe cale biochimic (n organism) aminoacizii se potmetila formndu-se derivaii metilai respectivi. Prin metilarea glicocolului seformeaz betaina, substan care, la rndul ei, poate fi donatoare de grupe metil.

CH3

CH3

glicocol

CH2 NH2

COOH

CH2 N

COOH

+ 3 " CH3" + CH3

betaina

Salifierean mediu puternic acid, aminoacizii i salific grupa aminic:

HCl Cl-NH3

+R CH NH2

COOH

R CH

COOH

+

aminoacid clorhidrat

Acilarea

Aminoacizii pot lega restul unui acid (acil), cum este acidul carbonic cu careformeaz un acid carbaminic:

7/22/2019 4. PROTIDE

14/48

+R CH NH2

COOH

aminoacid

H2CO3NHR CH

COOH

COOH

acid carbaminic

Aceast reacie are loc la transportul CO2 de ctre hemoglobin.

Cu zaharurile reducatoare

Aminoacizii pot intra n reacie i cu ali compui care conin funcia carbonil, deexemplu cu zaharurile reductoare. Reacia se desfoar la cald i conduce la

descompunerea att a aminoacidului iniial, ct i a zahrului reductor care areacionat cu el. Se formeaz compui de culoare nchis (brun) care se numescmelanoidine. Fenomenul a fost sesizat iniial de Maillard i ca urmare reaciapoart aceast denumire sau mbrunare neenzimatic. Deoarece s-a constatat creacia de formare a melanoidelor poate avea loc i prin interaciunea dintrezaharurile reductoare i proteine, la ora actual prin reacia Maillard se nelegefenomenul care are loc, la nclzire, ntre glucidele reductoare i proteine sauaminoacizi.Reacia Maillard se produce n mai multe etape: mai nti are loc o adiie aaminoacidului la zahrul reductor, dup care compusul de adiie, pierznd ap, setransform ntr-o baz Schiff:

+

I

I

I

I

ICHO

CHOH

HOCH

CHOH

CHOH

CH2OH

H2N

R

CH COOH-H2O

I

I

I

I

I

ICH

CHOH

HOCH

CHOH

CHOH

CH2OH

OHHN

R

CH COOH

I

I

I

I

ICH

CHOH

HOCH

CHOH

CHOH

CH2OH

N

R

CH COOH

zahr

reductor

compus

de aditie

baz

Schiff

Baza Schiff se ciclizeaz, se transform n N-glicozil-amin, compus ce sufer otranspoziie (Amadori) trecnd ntr-o cetozamin:

I

I

I

I

ICH

CHOH

HOCH

CHOH

CHOH

CH2OH

N

R

CH COOH

baz

Schiff

I

I

I

I

ICH

CHOH

HOCH

CHOH

CH2OH

N

R

CH COOH

HC

H

O

I

I

I

I

ICH2

HOCH

CHOH

CHOH

CH2OH

N

R

CH COOH

C O

H

transpozitie

N-glicozilamin 1-amino-1-dezoxi-2-cetoz

(cetozamin)

n continuarea procesului, cetozaminele se descompun pe dou ci: prin sciziunei prin deshidratare. Prin sciziune dau compui carbonilici cu lan scurt, iar

7/22/2019 4. PROTIDE

15/48

deshidratarea se poate face prin pierderea fie a dou molecule de ap, fie a treimolecule. Pierznd trei molecule de ap se formeaz furfurol i hidroximetilfurfurol,compui care intr uor n reacie cu noi molecule de aminoacizi, dnd produi deculoare brun denumii melanoidine rezultai prin condensare succesiv.

Pierznd dou molecule de ap, cetozaminele conduc la dehidroreductone,substane capabile de a reaciona cu noi molecule de aminoacizi prin reaciaStrecker. Are loc o decarboxilare i o dezaminare a aminoacidului cu formare deamine, aldehide i CO2.

n rezumat reaciile decurg dup schema din figura 4.2.:

Cetozamine

Sciziune

Compusi carbonilici

cu lant scurt

Deshidratare

Aminoacizi

-3H2O-2H2O

Furfuroli Reductone

-2H

Dehidroreductone

Reactia Strecker

amine aldehide CO2

MELANOIDINE

Fig. 4.2. Schema reaciilor Maillard

Aldehidele formate prin descompunerea aminoacidului n urma reaciei Streckersunt responsabile de aromele care se formeaz n decursul reaciei Maillard.

Astfel, prin nclzirea glucozei cu glicocolul se formeaz o arom de caramel;nlocuind glicocolul cu cistein se obine o arom de carne fiart, pe cnd valinaconfer o arom de fructe.

Formarea melanoidelor reprezint cauza nchiderii la culoare a multor produsealimentare n timpul obinerii i pstrrii lor. Deosebit de intens este reacia dintreglucidele reductoare i aminoacizi sau proteine odat cu ridicarea temperaturii ntimpul uscrii diferitelor produse (legume, fructe, mal, lapte), n timpul coaceriipinii, a concentrrii sucurilor de fructe, la prelucrarea termic a vinurilor.

Reacia Maillard este influenat de o serie de factori: temperatur, reaciamediului, timpul de desfurare, natura substanelor ce intr n reacie, activitateaapei.

7/22/2019 4. PROTIDE

16/48

Reacii la care particip concomitent grupeleCOOH i NH2

Cu ninhidrina

Datorit prezenei grupei amino, aminoacizii reacioneaz cu ninhidrina cuformarea CO2, amoniacului i a unei aldehide care conine un atom de carbon maipuin dect aminoacidul respectiv. Ca rezultat al reaciei se formeaz o coloraiealbastr sau violet care permite determinarea cantitativ pe cale colorimetric aaminoacizilor. Reacia cu reactivul specific, ninhidrina, decurge n modul urmtor:

+2OH

OHC

C

C

O

O

-CO2R C

O

+

IC

C

C

O O

OH

N

O

H

C

C

C

ninhidrina complex colorat

CH

NH2

R COOH

aminoacid

Formarea legaturii peptidice

Prin reacia grupei -COOH cu grupa -NH2, doi sau mai muli aminoacizi se pot unintre ei formnd un di -, tri , tetrapeptid etc., compui care conin legturipeptidice. CO-NH-. Procesul de sintez a peptidelor, care a fost realizat i nlaborator, are coresponden n organism un proces de biosintez, extrem decomplex i de fin, reglat de sisteme care controleaz n mod riguros toate etapelecare se parcurg.

HOOC

HR1

+ +CH NH

R2O

HO

CH N

H

C

H R3

NH2O

HO

CHC-2H2O

Tripeptid

R1

CH NHHOOC

R3

O CH NH2CO

R2

CH NHC

legturi peptidice

Chelarea

Aminoacizii pot forma sruri complexe cu metalele grele ( Cu, Ni, Cd). Acestesruri sunt colorate, stabile i greu solubile. Servesc la diverse reacii derecunoatere. Se numesc chelai (sruri interne).

2 + Cu

O

Cu

NH2 H2NCH CHR R

C COOO

complex colorat

CH

NH2

R COOH

aminoacid

7/22/2019 4. PROTIDE

17/48

Reaciile radicalilor R

Aminoacizii dau i reacii specifice pentru anumite funciuni prezente n radicalii lor,cum sunt:

- Grupa tiol (-SH) din molecula cisteinei se poate oxida reversibil n mediubiologic cuplndu-se cu alt molecul de cistein pentru a forma o legturdisulfidic (- S-S-) n molecula de cistin.

2 SH S S-2H

+2HCis CisCis

Cistein Cistin

Datorit grupei SH care este foarte reactiv, cisteina are un rol important nmetabolism ca surs de sulf i ca agent reductor.

- Grupa alcoolic (-OH) din molecula serinei d reacii de esterificare. Esterulfosforic al serinei are importan fiziologic n calitate de element structural al unorproteine (cazeina din lapte) sau enzime.

CH2 OPOH

OHO

CH NH2

COOH

Fosforilserina

- Cea de-a doua grup carboxil (-COOH) a aminoacizilor dicarboxilici (acidaspartic, acid glutamic) poate fi neutralizat cu baze, cu formare de sruri. Dinacid glutamic se formeaz glutamatul monosodic (GMS), un compus care areproprietatea de a conferi aroma de carne sau de a intensifica aroma de carne ncazul produselor vegetale, supelor concentrate, sosurilor etc.

GSM este utilizat n industria alimentar capoteniator de gust i arom.

- Radicalul fenil al tirozinei se poate oxida n prezena unei enzime specifice,transformnd tirozina n compui colorai melanine care pigmenteaz prul,pielea, ochii. Melaninele se formeaz pornind de la un produs de oxidare atirozinei, 3,4-dioxifenilalanina (DOPA) din care deriv i catecolaminele (hormoni).

CH2

OH OH

CH2 CH CH COOHCOOH

NH2 NH2 O2O21/2

HO

++Melanine

Catecolamine

Tirozin DOPA

HOOC CH

NH2

CH2 CH2 COONa

Glutamat monosodic

7/22/2019 4. PROTIDE

18/48

4.3. Peptide

4.3.1. Caracteristici generale

Peptidele sunt compui care iau natere ca rezultat al formrii legturilor peptidicentre resturile unui numr restrns de aminoacizi. Legtura peptidic este olegtur puternic covalent ce se formeaz n reacia dintre doi aminoacizi cu

eliminare de ap ntre grupa -carboxilic i grupa -aminic:

CH

R2

COOHH2NCH

R1

COOHH2N

aminoacidaminoacid

+-H2O

CONHCH

R1

H2N CH

R2

COOH

dipeptid

Peptidul care conine dou resturi de aminoacizi se numete dipeptid, cel careconine trei resturi se numete tripeptid, .a.m.d. n general, peptidele constituitedin dou pn la zece resturi de aminoacizi se definesc ca oligopeptide, iar cele acror structur este format din zece pn la sute de resturi de aminoacizi sedefinesc ca polipeptide.

Pentru stabilirea denumirii chimice a peptidelor, de regul primul rest de aminoacid

este considerat cel ce are grupa aminic liber ( N-terminal), i ultimul, cel cu grupacarboxilic liber (C-terminal). Dac aminoacidul particip la legtura peptidic pringrupa sa carboxilic, atunci el este privit ca un radical acil i n consecin primeteterminaia il. Aminoacidul final care conine grupa carboxilic liber nu ischimb denumirea. Ca urmare, pentru denumirea unei peptide se indic succesivdenumirea fiecrui aminoacid component cu adugarea sufixului il, cu excepiaaminoacidului C-terminal.

De exemplu, dac un dipeptid este format din glicin i alanin, atunci el poate fi,fie glicilalanin:

CH2H2N CONH

CH3

CH COOH

fie alanilglicin:

CH2H2N CONH

CH3

CH COOH

Aceste dou dipeptide se deosebesc ntre ele prin proprietile lor fizice i chimice.Deci, dac la cuplarea aminoacizilor ntre ei variaz ordinea n care se succedpentru eliminarea moleculelor de ap, se obin peptide diferite. De exemplu, treiaminoacizi A, B, C pot forma urmtoarele ase tripeptide: A-B-C, A-C-B, B-A-C,B-C-A, C-A-B, C-B-A. Din patru aminoacizi diferii se pot obine 24 de tetrapeptidediferite, din cinci 120 de pentapeptide.

n felul acesta este clar c aminoacizii se pot lega unul cu altul prin legturipeptidice, conducnd la un numr foarte mare de izomeri.

Peptidele prezente n organism pot proveni fie prin biosintez din aminoacizi i segsesc ca atare n mod normal cum este cazul unor peptide cu funcii biologice,fie apar ca produi intermediari n procesele biochimice de degradare sau de

biosintez a proteinelor.Majoritatea peptidelor sunt substane incolore, cristaline, destul de uor solubile nap, oligopeptidele formnd soluii adevrate iar polipeptidele, dispersii coloidale.

7/22/2019 4. PROTIDE

19/48

Tendina de cristalizare i solubilitatea n ap scad cu creterea greutiimoleculare. n alcool absolut i n ali solveni organici, peptidele sunt insolubile.Grupele NH2 i COOH terminale precum i radicalii R capabili de a se ioniza,determin proprietile acido-bazice ale peptidelor.

Peptidele constituite din cel puin trei aminoacizi reacioneaz, ca i proteinele, cusruri de cupru n mediu alcalin, producnd o coloraie albastr-violet. Aceastreacie este denumit reacia biuretului i este utilizat pentru identificarea idozarea peptidelor i proteinelor.

Prin hidroliz acid sau enzimatic, peptidele sunt scindate n aminoacizii

componeni.

4.3.2. Peptide naturale

Multe dintre peptidele care se ntlnesc n stare liber n plante, esuturile animalei la microorganisme au o mare importan n calitate de produi intermediari demetabolism i compui foarte activi fiziologic.

Carnozina ianserina sunt dou peptide cu structur asemntoare, prima este ocomponent specific muchilor mamiferelor, a doua, a muchiului pectoral alpsrilor.

Att carnozina ct i anserina iau natere prin unirea histidinei cu -alanina,diferena constnd din faptul c anserina conine o grup metil n ciclul imidazolic:

Carnozina

(-alanilhistidina)

H NN

CH2 CH COOH

NH CO NH2CH2 CH2

Anserina

(-alanilmetilhistidina)

H3C NN

CH2 CH COOH

NH CO NH2CH2 CH2

Glutationul este o tripeptid format din resturi de glicin,cistein i acid glutamic. Deoarece acidul glutamic i cisteina

particip n legturile peptidice cu grupele lor carboxilice,denumirea chimic este -glutamilcisteinilglicina.

Glutationul este prezent n toate celulele animale. Un coninutdeosebit de ridicat de glutation au germenii cerealelor idrojdiile. Prin germinarea cerealelor, coninutul de glutation semrete.

Prezena grupei tiolice (-SH) libere confer glutationului proprieti biologicedeosebite. Cel mai important rol al glutationului n metabolism const n faptul ceste un reductor puternic i se oxideaz foarte uor, asemntor cisteinei. Prinaceasta, ca i la cistein, se oxideaz grupa sulfhidril SH (se desprindehidrogenul) i dou molecule de glutation redus (G-SH) se unesc printr-o legturdisulfidic S-S- formnd o molecul de glutation oxidat (G-S-S-G). Aceastreacie poate fi redat schematic n modul urmtor:

COOH

CONH

CH

COOH

NH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CO NH

SH

CH

Glutation (G-SH)

7/22/2019 4. PROTIDE

20/48

G +HS GSH

- 2H+

+2H+G S S G

glutation redus glutation oxidat

Transformarea reciproc a formelor redus i oxidat ale glutationului are loc norganism sub aciunea catalitic a unei enzime specifice, glutationreductaz.

Posibilitatea aceasta de interconversie reprezint de fapt mecanismul de aciune alglutationului care, putnd ceda i accepta hidrogen, face parte din categoriatransportorilor neenzimatici de hidrogen.

Datorit structurii sale i mecanismului de aciune descris, glutationul particip laprocesele de oxido-reducere ale organismului i de neutralizare a radicalilor liberi.

Prezint interes biochimic i rolul pe care l are glutationul n metabolizarea ieliminarea xenobioticelor printr-un mecanism de conjugare.

De asemenea, glutationul este un activator al unor enzime SH-dependente iacioneaz ca un antioxidant, intervenind n protejarea unor substane mpotrivaoxidrii (acid ascorbic, hemoglobin, Fe2+).

Carnozina, anserina i glutationul intr n compoziia substanelor extractiveazotate ale crnii, contribuind la formarea gustului su specific.

4.4. Proteine

4.4.1. Caracterizare general

Proteinele sunt compui macromoleculari a cror molecul este constituit dinresturi de -aminoacizi. Prin hidroliza proteinelor, de exemplu prin nclzirea lor cuacizi sau baze concentrate sau prin aciunea asupra lor a enzimelor proteolitice,se obine un amestec de -aminoacizi. Aceste elemente structurale - crmizi deconstrucie - conin cel puin o grup carboxil i o grup - amino, dar difer ntreele prin natura radicalilor R. n mod obinuit, la hidroliza proteinelor se formeaz

20 de aminoacizi diferii care se deosebesc ntre ei prin mrimea acestor radicali.Pot fi radicali mai mici (ca H la glicin sau CH3 la alanin), sau mai mari(triptofan, leucin). Exist att radicali nepolari (la valin, leucin, fenilalanin etc.),ct i polari nencrcai (la tirozin, cistein, serin) i radicali polari ncrcai (lalizin, arginin, acid glutamic etc.). Toate grupele funcionale ale proteinelor segsesc n lanurile laterale (radicali), cu excepia unei grupei aminice terminale irespectiv, a unei grupe carboxilice terminale la capetele libere ale lanuluipolipeptidic.

n funcie de compoziia lor, proteinele se mpart n dou clase principale: proteinesimple i proteine conjugate. Proteinele simple sunt cele care la hidroliz daunumai aminoacizi; proteinele conjugate sunt cele care la hidroliz dau, pe lngaminoacizi i ali compui organici sau anorganici care alctuiesc aa numita

grupare prostetic.

7/22/2019 4. PROTIDE

21/48

n moleculele proteice, resturile de aminoacizi sunt legate covalent formnd lanurifoarte lungi, neramificate. Ei sunt unii ntr-un aranjament cap-coad prin legturipeptidice.

Aceste lanuri sunt de fapt polipeptide a cror lungime poate fi foarte variat, de lacteva zeci la mai multe sute de resturi de aminoacid. In general, ntr-un lan nupot fi mai mult de 600 de resturi de aminoacid (coeficient de policondensare).

Sunt molecule de proteine care conin un singur lan polipeptidic, altele suntalctuite din cteva astfel de lanuri. Astfel, molecula de ribonucleaz este formatdintr-un singur lan polipeptidic, constituit din 124 de resturi de aminoacizi,

molecula insulinei conine dou lanuri, unul cu 21 de aminoacizi, cellalt cu 30 deaminoacizi. Orice protein care are o mas molecular mai mare de 50.000-60.000este alctuit din dou sau mai multe lanuri polipeptidice.

Dei tipul aminoacizilor din molecula proteic nu este foarte divers, posibilitateadiferitelor permutri este aproape fr limit i greu de descifrat. Se cunoate, laora actual, succesiunea resturilor de aminoacizi pentru o serie ntreag demolecule de proteine: insulin, ribonucleaz, lizozim, tripsinogen, pepsin,mioglobin, hemoglobin, papain etc.

Pe lng legtura peptidic , care constituie legtura de baz, n moleculele deproteine se mai ntlnesc legturile disulfidice, de hidrogen, ionice i nepolare.(Figura 4.3.)

Legtura disulfidic este o legtur covalent, care se formeaz ca rezultat alseparrii hidrogenului din grupa SH a dou molecule de cistein. Ea poate uniatt lanurile izolate, ct i puncte diferite ale aceluiai lan, ceea ce conduce laformarea de pliuri. Pentru multe proteine, asemenea legturi disulfidice sunt factoristructurali hotrtori. Astfel, punile disulfidice se formeaz ntre resturile decistein ale celor dou lanuri peptidice ale insulinei. Cu ajutorul acestor legturicovalente se fixeaz n anumite locuri diferite segmente ale lanului polipeptidic alribonucleazei.

Un rol important n meninerea structurii moleculei proteice l au legturile dehidrogen. n legtura peptidic, electronegativitatea grupei CO- este mai maredect a unei grupe cetonice obinuite. n mod analog, grupa NH- este puternicelectropozitiv. De aceea, atomul de oxigen al unei legturi peptidice este capabilde a concura la atomul de hidrogen care este legat la atomul de azot al alteilegturi peptidice. Acest atom de hidrogen este atras de atomul de oxigen al primeilegturi peptidice. n felul acesta, atomul de hidrogen, ca verig de legtur,formeaz un gen de punte ntre atomii de oxigen i azot, aa-numita punte dehidrogen. Legturile de hidrogen se pot forma i ntre resturile aminoacizilor, deexemplu ntre restul de tirozin i grupa carboxil, sau ntre restul imidazolic alhistidinei i grupa hidroxil.

7/22/2019 4. PROTIDE

22/48

Fig. 4.3. Tipurile de legturi din moleculele proteice

I- legtur ionic; II- legtur de hidrogen; III- legtur disulfidic;IV- legtur hidrofob

Grupele carboxil i amino libere (terminale i din radicali) ale resturilor deaminoacizi din lanul polipeptidic, n condiii fiziologice de pH, se gsesc n formionizat. Ca urmare, ntre ele iau natere legturi ionice.

n sfrit, ntre radicalii hidrofobi ai diferiilor aminoacizi acioneaz fore Van derWaals, care determin o slab atracie de natur electrostatic numai cndgrupele ce se ntlnesc se gsesc suficient de aproape una de alta. Aceste legturise pot ntlni, alturi de altele, ntre grupele metil ale alaninei, resturile fenilalanineii triptofanului.

4.4.2. Structura proteinelor

Legturile covalente i necovalente din moleculele proteinelor determinconfiguraia lanului polipeptidic i a ntregii molecule proteice sau, cum se mainumete, conformaia proteinelor, sau organizarea structural a proteinelor.Conformaia proteinelor determin proprietile lor fizico-chimice, chimice saubiologice.

n funcie de conformaia moleculelor proteice, se disting proteine globulare ifibrilare. Proteinele fibrilare ale cror molecule sunt constituite din lanuripolipeptidice paralele, relativ ntinse, formeaz structurile filiforme sau n foaiepliat. Aceste proteine, n general nu sunt solubile n ap i ndeplinesc norganism rol de elemente structurale (cheratina - proteina din pr etc.). Moleculele

proteinelor globulare sunt constituite din lanuri polipeptidice rsucite compact iau o form aproape sferic. Proteinele globulare sunt solubile n ap i soluiidiluate de sruri i ndeplinesc n organism funcii dinamice (hemoglobina

7/22/2019 4. PROTIDE

23/48

sngelui, pepsina enzima din sucul gastric). ntre proteinele globulare i fibrilareexist diferite forme de trecere: unele sunt fibrilare, dar se comport ca celeglobulare.

Analiza cu raze X a permis s se stabileasc detaliat organizarea spaial amoleculelor de proteine i pe baza rezultatelor metodelor chimice obinuite deinvestigaii s-au definit patru nivele de organizare structural a proteinelor. ntrestructuri exist o multitudine de interdependene i nu exist delimitri precise, eleinteracionnd n cadrul unei structuri generale unice. Interdependena dintreaceste structuri definete arhitectura de ansamblu a macromoleculelor proteice,care se manifest prin existena unor particulariti structurale i proprietifuncionale specifice fiecrei proteine.

Cele patru nivele de organizare care dau structura global, de ansamblu, amoleculelor proteice sunt: primar, secundar, teriar i cuaternar.

4.4.2.1. Structura primar

Structura primar const n structura chimic a proteinei respective, adicnumrul total al aminoacizilor din care este format, natura (tipul) acestora iordinea (secvena)n care sunt legai ntre ei prin legturi peptidice .

Structura primar a moleculei proteice se caracterizeaz prin existena legturilorpeptidice puternic covalente i prin succesiunea aminoacizilor care este specific

fiecrei proteine, adic toate moleculele ei sunt identice sub acest aspect. Aceastsuccesiune a aminoacizilor este precis determinat i controlat genetic. (Figura4.4.)

HHH

R2

NC

CN

CC

NC

CN

CC

NC

C

R1 R5

R4

R3

O O

O

O

O

H

H

H

H

H

H

H

Fig. 4.4. Fragment din structura primar a unei proteine

Ca urmare, individualitatea structural i funcional a fiecrei proteine estedeterminat de secvena aminoacizilor i lungimea catenei polipeptidice.n structura primar, radicalii resturilor de aminoacizi (R1, R2, R3 etc.) afereniatomilor C sunt dispui alternativ, deasupra i sub planurile legturilor peptidice.Atomii de C i N implicai n legturile peptidice sunt coplanari i nu se pot roti liber.Legtura care unete atomii -carboxilic i -aminic posed un caracter de dubllegtur parial:

CN

O

H

CN

O

H

_

+

Stabilizarea prin rezonan a legturii peptidice i confer un caracter de dubllegtur i deci, o oarecare rigiditate a legturii dintre atomii de C i N.

7/22/2019 4. PROTIDE

24/48

Structura primar a proteinei determin, n mod decisiv, structurile de ordinsuperior i mai ales structura secundar. n funcie de natura radicalilor R, deci nfuncie de aminoacizii constitueni i de succesiunea acestora, depind interaciunilecare apar ntre diferitele elemente ale lanului polipeptidic, adic punile disulfidice,legturile de hidrogen, ionice i nepolare, care toate n ansamblu determinorganizarea global a structurii proteinelor.

4.4.2.2. Structura secundar

Reprezint configuraia spaial regulat a lanului polipeptidic sub form -helix(elice ) sau foaie pliat (-structur) i este determinat de dispunereaordonat a lanurilor prin formarea legturilor de hidrogen ntre grupele CO- i NH- ale aceluiai lan sau ale lanurilor diferite. Formarea acestor legturi dehidrogen intra i intercatenare poate determina o serie de conformaii (modificriale formei) ale lanului polipeptidic, care se pot submpri n dou clase mari:structur spiralat (-helix) i structur foaie pliat. Proteinele cu structurspiralat pot fi fie globulare (albumine i globuline din proteinele oului, laptelui,pepsina etc.) fie fibrilare (miozina, elastina etc.). Structura foaie pliat estecaracteristic proteinelor fibrilare de tipul keratinei (-keratina din pr, ln,unghii).

Conformaia -helix (spiralat sau elicoidal) rezult prin spiralarea catenei

polipeptidice n spaiu, cu o orientare spre dreapta sau spre stnga; predominanteste orientarea spre dreapta care este mai stabil.

Conformaia -helix reprezint, de fapt, o caten polipeptidic contractat careeste meninut prin legturi de hidrogen intracatenare. Lanurile peptidice captaceast configuraie n mod spontan, deoarece este forma cu stabilitatea cea maimare. (Figura 4.5.)

La o singur spir a elicei se gsesc 3,6 resturi de aminoacizi, iar pasul elicei este0,54 nm. Un rest de aminoacid ocup 0,15 nm din nlimea spiralei, iar unghiul denclinaie al spiralei este de 26o. Perioada de identitate, adic lungimea unuisegment al spiralei care se repet n ntregime pe parcursul ei, este de 2,7 nm i

include 18 resturi de aminoacizi.

Fiecare atom de oxigen al grupei carbonil ifiecare atom de azot din grupa iminoparticip la formarea legturii de hidrogen.Oxigenul carbonilic al fiecrui rest este legatprin legtur de hidrogen cu azotul iminic alcelui de al patrulea rest (socotind n lungullanului peptidic, napoi). Aceasta se poatereprezenta n felul urmtor:

C

O

N

H

CH

R

C

O

N

3

H

7/22/2019 4. PROTIDE

25/48

Deci, legturile de hidrogen se stabilesc ntre elementele a dou legturi peptidicediferite, situate la o distan de trei secvene, adic la o distan de o tur din -helix.

Legturile de hidrogen dintre diferitele grupeFig. 4.5. Conformaie -helix CO- i NH- ale legturilor peptidice sunt

dispuse paralel cu axa spiralei i menin lanul n stare spiralat ordonat n jurul in lungul axei lui longitudinale. Radicalii R ai aminoacizilor ies din -helix n afar ipot interaciona unul cu altul, crend condiii prin care se rup legturile de hidrogeni se formeaz poriuni liniare. De aceea, proteinele cu o spiralare deplin a lanului

peptidic se ntlnesc destul de rar. De obicei, spiralarea este parial i proteinelenative conin conformaii -helix regulate numai n anumite poriuni, structura lorconinnd i poriuni nespiralate intercalate n regiuni elicoidale. Gradul de spiralarevariaz de la o protein la alta i, de exemplu, molecula de ribonucleaz estespiralat n proporie de 17%, iar a mioglobinei de 75%.

Unele proteine fibrilare sunt constituite numai din -helixuri regulate. Astfel, -keratinele constau din lanuri polipeptidice dispuse n -helix rsucit spre dreapta.n -keratinele din pr i ln, trei respectiv apte asemenea -helixuri pot firsucite unul n jurul altuia formnd frnghii ale cror fibre componente sunt inutestrns de ctre legturile disulfidice stabilite ntre ele. Aceast structur de frnghiirsucite (superhelix) o are i colagenul proteina fibrilar din oase, cartilagii,tendoane, piele. Superhelixul colagenului este format din trei catene -helix cu

rsucire de stnga. Fiecare caten spiralat este nfurat n jurul axei proprii,precum i n jurul unei axe comun celor trei catene.

Fibra de colagen se prezint astfel ca o frnghie rsucit n care cele trei catenepeptidice rsucite fiecare n parte i toate trei mpreun, sunt legate ntre ele prinlegturi de hidrogen intercatenare. O asemenea structur se caracterizeaz printr-o rigiditate foarte mare i este determinat, n cazul colagenului, de proporia marede prolin, hidroxiprolin i glicin.

Conformaia foaie pliatreprezint tot o conformaie ordonat i stabilizat prinlegturi de hidrogen, ns acestea se stabilesc intercatenar, ntre elementelelegturilor peptidice ce aparin unor lanuri diferite. Aceste legturi de hidrogenintercatenare sunt dispuse aproape perpendicular pe axa catenei peptidice.Conformaia foaie pliat este caracteristic multor proteine fibrilare, prototipul

reprezentndu-l -keratina, proteina fibrilar din ln, pr, pene etc.n aceast conformaie, catenele polipeptidice pliate sunt dispuse antiparalel, ntreele stabilindu-se legturi de hidrogen intercatenare; se realizeaz astfel unaranjament spaial de forma unei foi pliate (zigzag) care este o conformaie mailejer dect -helix. (Figura 4.6.)

La constituirea i meninerea unei asemenea conformaii particip toate legturilepeptidice prin implicarea lor n formarea legturilor de hidrogen. Ca urmare,structura n foaie pliat, denumit i -conformaie, se caracterizeaz printr-o marestabilitate.

Radicalii R ai aminoacizilor se afl repartizai alternativ, deasupra i dedesubtulplanurilor n zig-zag ale catenelor polipeptidice.

Fig. 4.6. Conformaia n foaiepliat

7/22/2019 4. PROTIDE

26/48

Unii aminoacizi destabilizeaz structura de foaie pliat. Printre acetia sunt, deexemplu, acidul glutamic, prolina, asparagina, histidina, serina i lizina. Aliaminoacizi, printre care metionina, valina i izoleucina favorizeaz formarea -structurii printr-o anumit distribuie a lor n molecul. Pentru a prognosticacapacitatea de formare a foii pliate sau a -helixului, s-a propus regula care ineseama de tendina unora sau altora din radicalii R ai aminoacizilor fie de astabiliza, fie de a distruge aceste tipuri de structuri secundare.

4.4.2.3. Structura teriarStructura teriar a proteinelor reprezint mpachetarea spaial a lanurilorpolipeptidice care conin poriuni spiralate ce alterneaz cu poriuni liniare. Aceastmpachetare determin formarea unui corp compact. Cu alte cuvinte, structurateriar indic n ce mod lanul polipeptidic, rsucit total sau parial, este aezat nspaiu. Aceasta este o structur tridimensional. La meninerea structurii teriare,ca i la a celei secundare, iau parte legturile de hidrogen dintre gruprilepeptidice, legturile de hidrogen dintre lanurile laterale ale resturilor de aminoacizi,legturile ionice, legturile disulfidice, nepolare sau hidrofobe.

Prin urmare, interaciunile necovalente dintre zonele spiralate sau pliate ale lanuluipolipeptidic, n asociaie cu interaciunile gruprilor radicalilor R i ale gruprilorfuncionale ale scheletului moleculei, determin structura teriar caracteristic

pentru o anumit protein. Momentul esenial al formrii structurii teriare esteprezena n molecula de protein a zonelor hidrofobe care sunt formate de radicaliiR nepolari.

Structura teriar a proteinelor este determinat de succesiunea aminoacizilor nlanul polipeptidic, de mrimea, forma i polaritatea radicalilor resturilor deaminoacizi.

Configuraia teriar are o importan deosebit pentru proteinele globulare.Rezultatele analizelor cu raze X efectuate asupra proteinelor globularedemonstreaz c lanurile polipeptidice ale acestora sunt rsucite foarte compact.Toate sau aproape toate grupele R polare ale proteinelor globulare se gsesc lasuprafaa moleculei n stare hidratat, iar resturile hidrofobe sunt ascunse ninteriorul globulei.

Dei cea mai mare parte a resturilor hidrofobe este distribuit n interiorul globuleide protein, iar pe suprafaa sa exterioar, cu predilecie se gsesc cele hidrofile,trebuie avut n vedere c situaia nu este chiar aa simpl.

Legarea proteinelor cu alte molecule, de exemplu legarea enzimei cu substratulsu, se realizeaz, aproape ntotdeauna, cu ajutorul puinelor grupe hidrofobeexistente la suprafaa proteinei. Aceast zon este de obicei nehidratat (saupuin hidratat) pentru a se crea posibilitatea interaciunii hidrofobe. Majoritatealipidelor se formeaz sau se degradeaz prin interaciunea cu enzimele. Aceastinteraciune trebuie s poarte un caracter hidrofob, ceea ce este valabil, deasemenea, pentru toate substraturile care conin grupe R nepolare. n mod analog,multe enzime (sau alte proteine) prezente n biomembrane, sunt asociate solid cudiverse lipide. Interaciunile de acest gen demonstreaz structura n mozaic a

suprafeei proteinei, care n esen este hidrofil, dar conine i puine zonehidrofobe.

7/22/2019 4. PROTIDE

27/48

4.4.2.4. Structura cuaternar

Este prezent numai la proteinele care posed mai multe catene polipeptidice ireprezint aezarea spaial a subunitilor legate prin legturi necovalente ntr-omolecul proteic unic ce are caracteristici specifice sub aspect structural ifuncional.

Moleculele multor proteine sunt alctuite din cteva lanuri polipeptidice individualelegate unul de altul prin legturi de hidrogen, ionice sau hidrofobe. n acelai timp,fiecare din lanurile individuale poate avea structura sa primar, secundar iteriar proprie; aceste lanuri polipeptidice ale aceleiai molecule se numesc

subuniti. Moleculele mari ale proteinelor sunt alctuite, de regul, din subuniticu mas molecular relativ mic.

Moleculele proteinelor alctuite din subuniti se numesc oligomere, iar subunitile poart denumirea de protomeri. Aproape toate proteinele cu masmolecular mai mare de 50.000 60.000 sunt oligomere. Din acest punct devedere a fost studiat detaliat structura unor proteine i cele mai complete date aufost obinute pentru structura cuaternar a hemoglobinei, reprezentat de 4protomeri unii prin legturi necovalente, dispui n unghiurile unui tetraedruaproape regulat, alctuind o molecul aproape sferic.

Structura cuaternar a proteinelor are o importan deosebit n existenaizoenzimelor (enzime care se ntlnesc la una i aceeai specie biologic ndiverse forme structurale). Astfel, dac molecula de protein enzim este

alctuit din patru protomeri de tip A i B, atunci este posibil existena a cincicompui: AAAA, AAAB, AABB, ABBB, BBBB, adic este posibil existena a cinciizoenzime, care se deosebesc printr-o activitate catalitic mai mare sau mai mic.Astfel de forme s-au gsit pentru lactatdehidrogenaza i alte enzime.

Cea mai mic modificare a structurii teriare a protomerilor moleculei proteice faceimposibil unirea lor n molecula oligomerului, adic formarea structurii cuaternarea proteinei. Deoarece structura teriar este determinat de structura primar idepinde de o serie de ali factori (pH-ul mediului, concentraia de sruri etc),rezult c, chiar o nensemnat modificare a structurii primare sau a condiiilorstandard ale celulei determin o schimbare a activitii funcionale a proteinelor. nfelul acesta, tocmai de structura primar a moleculei diferitelor proteine depind, nprimul rnd, proprietile lor specifice. ns nivelul superior de organizare

structural a proteinelor este determinant pentru manifestarea proprietilor lor.Proprietile specifice ale proteinelor se developeaz mai ales n specificitateaenzimatic. Enzimele, n majoritatea cazurilor, catalizeaz transformarea numaiunei anumite substane sau numai o anumit reacie. La aceast reacie iau partelanurile laterale ale aminoacizilor care se gsesc ntr-o anumit zon a moleculeiproteice a enzimei (aa-numitul centru activ). Pentru unele enzime s-a stabilit caregrup, care segment al lanului polipeptidic condiioneaz aciunea enzimatic.

Astfel, pentru aciunea chimotripsinei este necesar catena lateral a serinei careconstituie al 195-lea rest de aminoacid al lanului polipeptidic, i catena lateral ahistidinei, care se gsete la al 57-lea loc n lanul polipeptidic. ntre resturileacestor doi aminoacizi nu exist nici o legtur, ns datorit structurii teriare careia natere, ele se apropie att de mult nct mpreun iau parte la aciunea

enzimei. Aceste observaii demonstreaz c structurile secundar i teriar aleproteinei sunt condiii obligatorii pentru aciunea sa catalitic specific. O sintez atipurilor de structuri pe care le pot avea proteinele este redat n (Figura 4.7.).

7/22/2019 4. PROTIDE

28/48

Fig. 4.7. Tipuri de structuri ale proteinelor

Pentru funcia proteinelor este esenial structura sa cuaternar. Drept exemplu, sepoate meniona faptul c hemoglobina i oxihemoglobina se deosebesc dupstructura lor cuaternar.

In concluzie, proteinele sunt alctuite din resturi de aminoacizi legate ntre ele prinlegturi peptidice care formeaz lanuri polipeptidice i care, datorit legturilordisulfidice, de hidrogen i ionice, precum i datorit interaciunii hidrofobe, sunt

dispuse n spaiu ntr-o anumit form, adic au, n condiii date, o anumitconformaie. Conformaia nativ, ce ia natere n condiii fiziologice normale, esteasigurat de legturile covalente i complementare care confer structuriimoleculei proteice rigiditate, compactitate i regularitate.

4.4.3. Denaturarea proteinelor

Proprietile specifice proteinelor, legate de particularitile conformaiei moleculeilor, se modific n mod considerabil prin dereglarea acestei configuraii n procesulde denaturare a proteinelor.

Sub denumirea de denaturare se nelege modificarea conformaiei moleculei

proteice native, fr distrugerea legturilor peptidice. Denaturarea determindereglarea structurilor teriar i mai ales, secundar a proteinei i nu produce nici

7/22/2019 4. PROTIDE

29/48

o modificare a structurii primare. Sunt desfcute, n special, punile disulfidice ilegturile de hidrogen din molecula proteic.

Sub aspect general, denaturarea const n desfurarea lanului polipeptidicmpachetat n spaiu i formarea unui ghem dezordonat (figura 4.8.).

Denaturarea proteinelor, n funcie de gradul ei, cauzeaz, pe lng modificristructurale i modificri ale proprietilor optice sau modificri ale reactivitii unorgrupe funcionale responsabile de proprietile catalitice ale enzimelor. Ca urmare,se produc pierderi mai mari sau mai mici ale activitilor biologice, de exemplu, alecelor enzimatice i ale proprietilor hidrofile cu dobndirea unor nsuiri hidrofobe.

Fig. 4.8. Schema denaturrii moleculei proteiceA molecul nativ; B desfurarea lanuluipolipeptidic; C ghem dezordonat (lantmplare)

Denaturarea proteinelor are loc sub aciunea unor ageni denaturani care pot fi denatur fizic sau chimic. Denaturanii fizici sunt: nclzirea (la temperaturi maimari de 50-60C), creterea presiunii, congelarea, radiaiile ionizante,ultrasunetele etc.; chimici: ionii H+ sau OH- (de obicei, la pH mai mic de 4 i maimare de 10 are loc denaturarea), solvenii organici (aceton, alcool), ureea,srurile metalelor grele etc. Proteinele se denatureaz i sub influenadetergenilor, ns n acest caz, de cele mai multe ori proteina denaturat rmnen stare solubil.

Cea mai caracteristic modificare a proteinei la denaturare este pierdereasolubilitii ei n ap, n soluii de sruri sau n soluii alcoolice. Fenomenul seexplic prin faptul c lanul polipeptidic, desfurat din cauza denaturrii, setransform ntr-un ghem afnat pn la formarea unui fir n care grupele de atomise demasc. n continuare, lanul polipeptidic trece din ce n ce mai mult ntr-unghem dezordonat, n care se formeaz legturi ntmpltoare att ntre elementeleaceluiai lan, ct i ntre diferite lanuri, producndu-se agregarea. n final aparagregate mari care se depun. Un exemplu tipic de denaturare este coagularea

ovoalbuminei (proteina din albuul oului) la nclzire i pierderea solubilitii ei nap. Concomitent, scade i capacitatea proteinei de a absorbi apa i de a sembiba.

Viteza i gradul de denaturare a proteinelor la nclzire depind de temperaturanclzirii i de durata ei: denaturarea este cu att mai profund cu ct temperaturaeste mai ridicat i cu ct durata nclzirii este mai mare. n afar de aceasta,gradul i viteza denaturrii proteinei depind i de umiditatea ei: denaturarea soluieiapoase a proteinei se produce mult mai repede dect denaturarea aceleiaiproteine n stare uscat sau de gel

mpreun cu modificarea solubilitii i a capacitii proteinei de a absorbi apa, ladenaturare se mai produc o serie de alte transformri care se manifest princreterea reactivitii unor grupe (de exemplu, SH), prin creterea accesibilitii

proteinelor la enzime ca urmare a afnrii structurilor moleculare i a demascriilegturilor peptidice, prin variaia vscozitii soluiilor proteice, prin variaia formeimoleculei proteice.

7/22/2019 4. PROTIDE

30/48

Denaturarea poate fi superficial i n anumite condiii proteina denaturat poatereveni mai mult sau mai puin la starea sa nativ. O astfel de protein se numeterenaturat, iar denaturarea ei este reversibil. Astfel, dup denaturarea termic aribonucleazei, care determin ruperea a 4 puni disulfidice, activitatea enzimei,dup meninerea ei n stare de repaus, se poate restabili deoarece, ca urmare aaciunii oxigenului din aer are loc oxidarea,iar punile disulfidice se refac.

Dac denaturarea este profund i proprietile proteinelor nu mai revin, ea esteireversibil.

n concluzie, denaturarea proteinelor consta n modificarea conformaiei native a

moleculei de protein cauzat de distrugerea structurilor secundar, teriar icuaternar ca urmare a ruperii legturilor de hidrogen, ionice, disulfidice sauhidrofobe. Lanurile polipeptidice desfurate pot intra n reacii ntmpltoare ceduc la formarea unui ghem dezordonat ceea ce creeaz posibilitatea apariiei unoragregate care se depun (proteina precipit). Avnd n vedere complexitatea ilungimea lanului polipeptidic, sunt posibile o multitudine de moduri de legare caredetermin pierderea nsuirilor fizice, fizico-chimice i biologice ale proteinei native.

n procesarea alimentelor sunt o serie de operaii care conduc la denaturareaproteinelor din produse: sterilizarea termic, uscarea, prjirea, frigerea, coacereaetc.

4.4.4. Proprietile fizico-chimice ale proteinelor

Masa molecular

Proteinele reprezint n sine nite compui macromoleculari. Masa molecularrelativ a lor variaz de la cteva mii pn la mai multe milioane. Limita inferioar amasei moleculare a proteinelor, n mod convenional, a fost luat 6.000; compuiicu structur asemntoare dar cu mas molecular mai mic fac parte dinpolipeptide. Masele moleculare ale diferitelor proteine variaz n limite foarte largi:

Mas molecular (daltoni)insulina (viel) 5.733

ribonucleaza (pancreas) 12.700lactoalbumina (lapte) 17.400mioglobina (muchi) 16.900hemoglobina (uman) 64.500pepsina (uman) 35.500hordeina (orz) 27.500ovoalbumina (ou) 40.000hexokinaza (drojdii) 96.000glutamatdehidrogenaza 1.000.000sintetaza acizilor grai 2.300.000virusul mozaicului tutunului 40.000.000

Pentru determinarea masei moleculare a proteinelor se folosesc diferite metode

care au diverse grade de precizie:

7/22/2019 4. PROTIDE

31/48

Analitic. Determinarea coninutului de ioni de metal (n metaloproteine) saudeterminarea compoziiei n aminoacizi a proteinei permite calcularea maselormoleculare minime ale proteinei, utiliznd anumite formule de calcul. De exemplu,hemoglobina conine 0,34% Fe (masa atomic a fierului este 55,8). Masamolecular minim se calculeaz cu formula:

Mmin. =%

100

ielementulucontinutul

atomicmasa

Microscopie electronic. Cu ajutorul microscopiei electronice se pot observa

direct i fotografia diferite molecule proteice deoarece, n majoritatea cazurilor,dimensiunile lor minimale depesc 2,0 nm (capacitatea de rezoluie amicroscopului electronic se apropie de 2,0 nm). Calculul masei moleculare aproteinei se face cu o formul n care intervine numrul de molecule proteice,volumul soluiei i masa uscat a proteinei soluiei iniiale.

Msurarea presiunii osmotice a proteinei cu calcularea ulterioar a maseimoleculare n funcie de concentraie.

Difuzie. Masa molecular se determin pe baza vitezei de difuzie la dizolvareaproteinei.

Msurarea vitezei de sedimentare a particulelor proteice sub influena foreicentrifuge n ultracentrifuge (>80.000 ture/min.), cu calcularea ulterioar a

dimensiunilor lor i a masei moleculare a proteinelor. Viteza de depunere aparticulelor proteice se observ cu ajutorul unui dispozitiv optic special. Metodaeste cea mai exact.

Determinarea masei moleculare a proteinelor prin utilizarea acestor diversemetode d rezultate care se coreleaz bine ntre ele.

Forma moleculelor proteice

Cu ajutorul metodelor fizice i fizico-chimice (analiza cu raze X, studiul vscozitiisoluiilor proteice etc), s-a stabilit c proteinele se deosebesc i dup forma lor.Sub acest aspect exist proteine fibrilare (filiforme) i globulare (sferice). Din primacategorie fac parte, de exemplu, colagenul, elastinele, keratina din esuturile

animalelor i miozina muchilor, fibrinogenul sngelui . Din a doua, fac partemajoritatea proteinelor existente n vegetale, animale i microorganisme.

Proteinele globulare se deosebesc de cele fibrilare prin faptul c moleculele lor,prin form se apropie de o sfer sau o elips rsucit. Chiar proteinele globularese deosebesc ntre ele dup forma moleculei lor. Unele dintre ele au o formsferic, altele o form de elips alungit sau de bastona.

Forma moleculelor la proteinele globulare se exprim prin raportul dintre axa marei axa mic: a/b. Pentru o serie de proteine, obinute sub form de cristale, acestraport este urmtorul:

a/b a/bzeina (porumb) 20,1 edestina (cnep) 4,3

gliadiana (gru) 11,1 ureaza 4,3catalaza 5,8

7/22/2019 4. PROTIDE

32/48

Aceste date demonstreaz c moleculele unor proteine globulare amintesc prinform de un ac sau de un fir de a scurt.

Proprietile amfotere

Multe proprieti ale proteinelor se explic prin faptul c ele conin un numr marede grupe care formeaz cationi i anioni i ca urmare, aproape n toate condiiileele reprezint nite polielectrolii (electrolii amfoteri). Ca amfolii, proteinele leagi cationi i anioni. Legarea specific de ctre proteine a unor ioni, de exemplu a

ionului Ca

2+

, joac un rol deosebit n procesele fiziologice. Multe proteine nativesunt metalproteine ; ele sunt legate specific de ioni de Cu 2+, Zn2+, Fe2+; Fe3+ncomplexe coordinative cu participarea diferitelor grupe ionizate. La ionizareparticip, n special, lanurile laterale (radicalii R) ai aminoacizilor ce intr nalctuirea moleculei proteice i care conin un numr de grupe carboxilice iaminice libere. Grupa carboxil, capabil de a forma la ionizare ioni de H, conferproteinei caracterul unui acid organic slab. Grupele aminice determin proprietilebazice ale proteinei deoarece la grupa aminic se poate uni un proton (H +) cuformarea ionului R-NH3+.

Molecula proteic se poate reprezenta schematic astfel.

R

(COOH)n

(NH2)nsau sub form ionizat

(NH3+)n

(COO-)n

R

unde n este numrul de grupe funcionale.

Particulele redate n felul acesta, denumite amfioni, poart simultan sarcinpozitiv i negativ i practic reprezint particulele electroneutre, deoarece sumasarcinilor lor este zero. Sub form de amfioni particulele proteice sunt lipsite deunul din factorii de baz ai stabilitii soluiilor coloidale sarcina i de aceea ele sedepun uor.

n soluie, particulele proteice pot ns s poarte sarcin electric n funcie de pH-ul mediului. Astfel, n mediu bazic, sunt incrcate negativ:

iar n mediu acid, pozitiv:

+H+

protein

alcalin

protein

neutr

protein

acid

+H+COOHR

COO-

NH3

+

R

COO-

NH3

+

COO- R COOH

COOH

NH3

+

+OH-

-H2O

+OH-

-H2O

protein

neutr

protein

acid

protein

alcalin

R

COO-

NH3+

NH3+

R

COO-

NH3+

NH2 R

COO-

NH2

NH2

7/22/2019 4. PROTIDE

33/48

La apariia sarcinii electrice, particulele proteice se pot deplasa ntr-un cmpelectric n sens contrar sarcinii polului. n mediul acid proteina se deplaseaz sprecatod, iar n mediu alcalin spre anod. Aceast deplasare se numeteelectroforez.

n procesul de titrare a proteinelor de la limita formei acide la limita formei baziceexist o anumit valoare de pH a soluiei la care sarcina medie a proteinei estenul. Aceast valoare de pH poart denumirea de punct izoelectric. La o valoarea pH-ului egal cu valoarea punctului izoelectric proteina respectiv nu se maideplaseaz n cmpul electric. Sub punctul su izoelectric fiecare protein estecation, peste acest punct anion.

Poziia punctului izoelectric pentru o anumit protein depinde de natura inumrul gruprilor ce le conine, capabile de a se ioniza, adic de tipul radicalilorresturilor de aminoacizi. Punctul izoelectric al majoritii proteinelor este aproapede 7, ceea ce e determinat de un coninut aproape egal de resturi acide i bazicen molecula proteinei. Exist i unele proteine al cror punct izoelectric estecomplet diferit de 7. Astfel, pepsina are punctul izoelectric apropiat de 1, iarprotamina apropiat de 12.

La punctul izoelectric proteina are solubilitate minim (precipit) iar proprietilesale fizico chimice sunt profund modificate.Una dintre cele mai specifice caracteristici ale unei proteine individuale estesarcina total (nsumarea sarcinilor pariale). Deoarece deplasarea electroforetic

depinde puternic de sarcin, electroforeza reprezint o metod eficient pentrustudiul componenei unui amestec de proteine i pentru separarea lor. Viteza demigrare depinde n primul rnd de sarcina electric a particulelor i de tensiuneaaplicat. Pentru compararea rezultatelor privind deplasarea unei proteine subaciunea cmpului electric, se utilizeaz un parametru denumit mobilitateelectroforetic (n) care reprezint raportul dintre viteza de migrare V (cm.s -1) ivaloarea cmpului electric E (volicm -1):

n =E

V

Mobilitatea electroforetic a particulelor proteice n condiii identice este cu att maimare cu ct este mai mare sarcina lor electric. Deoarece sarcina se modific nfuncie de valoarea pH-ului, de aceasta depinde i mobilitatea electroforetic. La o

anumit valoare a concentraiei ionilor de hidrogen, cea mai mare mobilitatea oprezint acele particule al cror punct izoelectric este departe de pH-ul soluiei. nfelul acesta, un amestec alctuit din proteine cu diferite puncte izoelectrice sepoate uor separa n fraciunile constitutive prin metoda electroforezei, la valoriconvenabile de pH.

Solubilitatea

Una dintre cele mai importante proprieti fizicochimice ale proteinelor estesolubilitatea lor. Deoarece majoritatea proteinelor au proprieti hidrofile conferitede grupele polare (-COOH, -NH2, - OH, -CO-, -NH-) existente la suprafaa lor, elese solubilizeaz uor n ap. Solubilitatea proteinelor n ap depinde de hidratareafiecrei molecule, adic de formarea n jurul particulei proteice a unui strat demolecule de ap fixate prin legturi de hidrogen. Apa care intr n compoziiastratului de hidratare posed proprieti specifice i se numete ap structural.

7/22/2019 4. PROTIDE

34/48

Proteinele posed o solubilitate diferit.Unele se solubilizeaz uor n ap, altele nsoluii apoase de sruri de o anumitconcentraie, iar altele n amestecuri deap i solveni polari. Dar sunt i proteineinsolubile n solvenii obinuii ai proteinelor.Solubilitatea majoritii proteinelor depindede putere ionic, concentraia ionilor dehidrogen (adic pH), concentraia solvenilorpolari, temperatur. La puteri ionice mici,

solubilitatea proteinelor se mrete, iar lanalte se micoreaz. Dependenasolubilitii majoritii proteinelor de pH la oanumit putere ionic se prezint sub formaunei curbe n U cu o solubilitate minimaproape de punctul izoelectric. (Figura 4.9.)

Fig. 4.9. Influena pH-ului Cu cretere temperaturii pn la o anumitasupra solubilitii (S) valoare, solubilitatea proteinelor se mrete.proteinelor n funcie de Cu creterea concentraiei componentuluiputerea ionic organic, solubilitatea proteinelor se micoreaz.

De exemplu, prin creterea concentraiei de aceton se micoreaz capacitatea

solvenilor apoi de a hidrata gruprile ncrcate ale proteinelor.Orice factor care perturb hidratarea moleculei proteice va micora solubilitateaproteinei n ap i va determina precipitarea sa. Astfel de deshidratani suntsolvenii organici (alcoolul, acetona), soluiile concentrate ale srurilor neutre alemetalelor alcaline (sulfatul de amoniu, sulfatul de sodiu, clorura de sodiu) etc.Separarea proteinei din soluie dup adugarea diferitelor sruri se numetesalifiere. Procesul de salifiere, de multe ori, nu este legat de pierderea capacitiiproteinei de a se solubiliza din nou n ap dup ndeprtarea substanei (deexemplu, prin dializ). Salifierea cea mai eficient are loc la punctul izoelectric alproteinei.

Diferite proteine se salifiaz la concentraii inegale de sruri, ceea ce permite s sesepare ntre ele. Astfel, pentru salifierea globulinelor din serul sanguin se introduce

sulfat de amoniu pn la semisaturare. Filtrnd sau centrifugnd globulinele, seprecipit albuminele rmase solubile n ser, prin adugare de sulfat de amoniupn la saturare complet.

Prin precipitarea cu sulfat de amoniu sau de sodiu, cu aceton sau alideshidratani, se pot obine din soluii, diferite proteine sub form cristalin(avoalbumin, oxihemoglobin).

Caracterul coloidal

n soluii diluate, proteinele manifest caracteristicile unor coloizi hidrofili,macromoleculele dispersate n soluie avnd dimensiunile unor particule coloidale(1-100 nm).

Factorul principal de stabilizare a sistemelor coloidale ale proteinelor este sarcinaparticulelor lor. Particulele unui anumit sol (soluie coloidal) proteic au sarcini

7/22/2019 4. PROTIDE

35/48

electrice de un anumit gen (semn) i de aceea ele nu se unesc n particule maimari i nu se depun.

De caracterul coloidal al soluiilor proteice este legat capacitatea lor de a dispersarazele luminoase (fenomenul Tyndall) i incapacitatea de a trece prin poriimembranelor de natur vegetal sau animal. Aceast ultim nsuire este utilizatpentru purificarea soluiilor coloidale de proteine de substanele cu masmolecular mic ce le nsoesc. Metoda poart denumirea de dializ.

Totodat, datorit caracterului lor hidrocoloidal, proteinele posed o serie deproprieti funcionale deosebit de importante: capacitate de gelifiere, de

emulsionare, de spumare, de legare a apei etc. cu multiple aplicaii n industriaalimentar.

n condiii determinate de concentraie i temperatur, soluiile de proteine setransform n sisteme coloidale denumite geluri, datorit formrii unor asociaiiintermoleculare. n geluri, solventul i proteina formeaz o mas n aparenomogen, care posed o serie de proprieti fizice caracteristice substanelorsolide (reea tridimensional). Proprietile gelului depind de prezena n el a unuischelet specific alctuit din molecule proteice. n geluri exist ap de hidratare(legat) care nconjoar cu un strat gros particulele coloidale ale proteinei, precumi ap reinut n spaiile capilare dintre ele (liber).

Prin deshidratare, gelul pierde apa liber.

Gelul uscat, introdus n ap, o absoarbe n cantiti foarte mari. Aceast absorbiea apei, denumitmbibare a gelului este nsoit de creterea volumului su i deo presiune puternic ce atinge uneori valori deosebit de mari.

mbibarea gelului depinde de concentraia ionilor de hidrogen i de prezenasrurilor. La punctul izoelectric al proteinei mbibarea este minim.

Fenomenul contrar mbibrii expulzarea apei din gel se numete sinerez.

Procesul de mbibare are o deosebit importan pentru organismele vii. Astfel,coninutul de lichide din esuturi, schimbul dintre esuturi i snge, volumulcelulelor, grosimea pereilor depind n special de mbibarea proteinelor care lecompun.

mbibarea proteinelor este important i pentru industria alimentar. Astfel,

mbibarea proteinelor din fin la prepararea aluatului, mbibarea gruntelui lanmuierea orzului n fabricile de mal sau la condiionarea cerealelor, legarea apeide ctre carnea marunit, formarea aspicului toate aceste procese sunt strnslegate de mbibarea proteinelor.

4.4.5.Proprietaile imunologice ale proteinelor

Proteinele prezint proprieti biochimice specifice care se manifest prin funciilediferite pe care le pot exercita: enzimatice, hormonale, respiratorii, imunologice etc.Diversitatea funcional a proteinelor este o reflectare a unei proprieti generale alor i anume specificitatea.

Una din manifestrile specificitii proteinelor este reprezentat prin proprietile lorimunologice, la baza crora st reacia antigenanticorp, prin care organismul se

7/22/2019 4. PROTIDE

36/48

apr de agresiunea unor factori externi: microorganisme, toxine. Proteinelestrine ptrunse n organism determin formarea unoranticorpi foarte specifici,care reacioneaz numai cu proteina respectiv, o precipit, favoriznd eliminareaei. Se numete antigen proteina care declaneaz producerea de anticorpi, nsca antigeni se comport pe lng proteinele ca atare i asociaii complexe ntreglucide, lipide, polipeptide, bacteriile, virusurile.

Conceptul de antigen prezint o dubl semnificaie: pe de o parte, desemneaz osubstan strin organismului care reacioneaz cu anticorpii corespunztori, iarpe de alt parte reprezint o substan imunogen care provoac reacia imunitarprin formare de anticorpi.

Deci, anticorpii sau imunoglobulinele sunt substane de natur proteic cu rol deaprare, a cror biosintez este declanat de ctre antigen i care posedcapacitatea specific de a reaciona cu antigenul care a provocat formarea lor.

Sinteza anticorpilor este determinat de un stimul antigenic i constituie rspunsulimun n cadrul reaciei de aprare a organismului mpotriva unor ageni nocivi careacioneaz ca antigeni.

4.4.6. Extragerea i purificarea proteinelor

Extragerea proteinelor dintr-un material biologic oarecare (esut, semine etc)const n extracia lor cu un anumit solvent dup o prealabil mrunire a acestuimaterial. n calitate de solvent se utilizeaz ap, soluii de sruri, amestec ap alcool, soluii diluate de acizi sau baze. Soluiile de proteine obinute sunt apoipurificate i fracionate prin metode speciale.:

Precipitarea cu sruri. Cea mai comod este precipitarea cu sulfat de amoniu,ns frecvent se utilizeaz i sulfatul de sodiu.

Precipitarea izoelectric. Deoarece solubilitatea majoritii proteinelor napropierea punctului lor izoelectric este aproape minim, se poate ajusta astfelvaloarea pH-ului nct proteina ce intereseaz s precipite, iar restul proteinelorncrcate cu sarcin s rmn n soluie. Prin aceast metod se obinconcentratele i izolatele proteice din diferite materii prime.

Precipitarea cu solveni organici (aceton, metanol,etanol etc.). n acest caz

trebuie s se lucreze la temperaturi foarte joase pentru a proteja proteinele dedenaturare.

Cromatografia de schimb ionic. Proteinele se fracioneaz pe coloane cuschimbtori de ioni (de regul DEAE celuloz). Capacitatea de separare aacestor coloane este deosebit de mare.

Cromatografia de adsorbie const n adsorbia selectiv a proteinelor de ctreunele materiale (gel de fosfat de calciu, celit, amidon, hidrozil apatit) att pecoloane ct i pe plci, cu o ulterioar eluie (extracie) selectiv.

Electroforeza. Se folosete, de obicei, electroforeza amestecurilor de proteinecu utilizarea unui purttor sub form de blocuri de amidon etc. Foarte eficient estedisc-electroforeza n gel de poliacrilamid prin care amestecul de proteine este

supus concomitent aciunii cmpului electric i gradientului de pH.

7/22/2019 4. PROTIDE

37/48

Gel-filtrarea este o metod larg rspndit n ultimul timp n biochimie i sebazeaz pe principiul sitelor moleculare. Purificarea proteinelor const n trecerealor prin coloane umplute cu granule de polimeri glucidici hidratai, ndeosebisefadex (derivat al dextranului) sau de poliacrilamid (biogel) cu pori de diferitedimensiuni. La aceast trecere, compuii cu mas molecular mic, ptrunzndprin porii granulelor, vor trece prin coloan mai ncet, iar cei macromoleculari(proteinele), netrecnd prin pori n granule, vor iei mai repede din coloan.Proteinele ies din coloan cu o vitez invers proporional cu masa lor molecular.

Cristalizarea. Cristalizarea repetat mrete considerabil puritatea proteinei.Pentru aprecierea gradului de puritate (omogenitate) a proteinei izolate, una dincele mai sigure metode este forma curbelor de solubilitate. Pentru proteina pur,dependena cantitii de protein introdus este strns liniar pn la punctul desaturaie; dup acest punct, panta curbei este nul.

4.4.7.Clasificarea proteinelor

Toate proteinele se mpart n dou grupe mari: proteine simple ( proteine) ncompoziia crora intr numai resturi de aminoacizi i proteine conjugate(proteide), care reprezint o combinaie dintre o protein simpl cu un compusoarecare de natur neproteic denumit grup prostetic (glucide, acizi nucleici, lipide

etc.). Proteinele simple i cele conjugate se submpart n o serie de subgrupe nfuncie de solubilitatea i caracterul slab acid, neutru sau alcalin determinat dereprezentarea cantitativ diferit a aminoacizilor constitueni, precum li n funciede natura grupului prostetic ce-l conin.

Proteine simple

Pe baza comportrii n prezena diferiilor solveni i a compoziiei n aminoacizi,proteinele simple se submpart n urmtoarele grupe: protamine, histone, albumine,globuline, prolamine, gluteline, proteinoide.

Protamine - sunt proteine cu mas molecular mic care nu depesc 10.000 iau un puternic caracter alcalin deoarece pn la 80% din aminoacizii ce intr nstructura lor sunt aminoacizi bazici (lizin, histidin, arginin). Protaminele nuconin sulf. Se gsesc n cantiti mari n nucleul celular i lapii petilor.Reprezentantul tipic al protaminelor este clupeina din lapii scrumbiilor.

Histone-reprezint o grup intermediar ntre protamine i proteinele adevrate.Sunt, de asemenea, proteine alcaline, ns alcalinitatea lor este mai slab de ct aprotaminelor, deoarece conin mai puini aminoacizi bazici (aproape 20 30% dintotal). Sunt solubile n ap.

Histonele se gsesc ca proteine libere n leucocite i lapii petilor, dar mai alessub form de proteine conjugate n cromozomi, avnd un rol important n structura

cromatinei i n eritrocite.

7/22/2019 4. PROTIDE

38/48

Reprezentantul tipic al histonelor este globina care intr n constituiahemoglobinei.

Albumine- sunt proteine ce se ntlnesc n toate esuturile animale i vegetale;mpreun cu globulinele reprezint principalele proteine ale sngelui i altor lichidebiologice. Sunt proteine globulare cu caracter slab acid sau neutru. Sunt solubile nap (M = 35.00070.000), posed o mobilitate electroforetic mai mare dect aglobulinelor, iau parte la transportul diferitelor substane. Din soluiile lor apoase,albuminele precipit uor cu o soluie saturat de sulfat de amoniu, iar prin

nclzire (60-70oC) coaguleaz. Spuma alb care apare la fierberea legumelor ifructelor sau care se formeaz la suprafaa laptelui fiert, sunt albumine coagulatedatorit temperaturii ridicate.

Reprezentantul tipic al albuminelor este proteina din albuul de ou denumitovoalbumin; n plasma sngelui se gsesc serumalbumine, n lapte lactoalbumina, n esutul muscular mioalbumina.

O serie de albumine sunt de origine vegetal, fiind rspndite n semine, legume,fructe etc. Reprezentanii albuminelor vegetale sunt leucozina care se gsete nseminele de cereale (gru, ovz etc.), legumelina (mazre, soia, linte etc.) sauricina ( seminele de ricin).

Globuline- sunt proteine insolubile n ap, dar solubile n soluii saline diluate.Pentru extracia lor din diferite materii biologice se utilizeaz frecvent, n calitate desolvent, o soluie cald 10% de clorur de sodiu. Pentru separarea globulinelor dinsoluia lor salin, aceasta se dilueaz cu cantiti mari de ap sau se dializeazfolosind o membran semipermeabil.

Globulinele (M = 150.000), n comparaie cu albuminele, precipit la concentraiimai mici (50%) de sulfat de amoniu i n felul acesta se pot separa de albuminelecu care, de regul, coexist.

Globulinele sunt cele mai rspndite proteine din organismul animal. Astfel, nplasma sanguin se gsesc serumglobuline, n lapte lactoglobulina, n ou ovoglobulina, n muchi proteina contractil care se numete miozin ireprezint suportul biochimic al contraciei musculare.

n strile infecioase se nregistreaz o cretere a cantitii de globuline din sngeca urmare a formrii compuilor de aprare (rspunsul imun) anticorpi ncompoziia crora intr (imunoglobuline - Ig).

Totodat, globulinele reprezint cea mai mare parte a proteinelor