PROTEINE

• Sunt compuşi macromoleculari naturali, neramificaţi, de natură polipeptidică, cu a mare complexitate structurală şi funcţională

• Numărul lor în lumea vie se estimează a fi de 1010-1012

• Reprezintă peste 50% din greutatea uscată a celulelor

Clasificarea proteinelor

• 1. După structura chimică:– Proteine simple - formate numai din aminoacizi (lizozim,

ribonucleaze)– Proteine conjugate – conţin grupări adiţionale (prostetice)

care nu sunt de natură aminoacidică:• Hem – hemoglobină, mioglobină, citocromi, catalază, peroxidază• Coenzime derivate din structura vitaminelor – succinat

dehidrogenaza, transaminazele• Metale – feritina, ceruloplasmina• Acizi nucleici – ribozomii, nucleozomii• Lipide – lipoproteinele• Zaharuri – imunoglobulinele, colagenul

Clasificarea proteinelor

• 2. După mărime şi formă:– Proteine globulare – cu formă sferică compactă,

uşor solubile în apă, de regulă intracelulare (hemoglobina, imunoglobulinele, citocromul c)

– Proteine fibrilare – insolubile în apă, de regulă extracelulare, cu roluri de susţinere (colagen, miozină, elastină)

Funcţiile biologice ale proteinelor

• Proteine cu rol structural – colagen, elastină, keratină, proteoglicanii

• Proteine cu rol catalitic (enzimele) – tripsina, chimotripsina, ADN polimeraza

• Proteine cu rol de apărare – imunoglobulinele, interferonii• Proteine reglatoare (hormoni) – insulina, glucagon,

parathormon• Proteine contractile – miozina, actina, tubulina• Proteine de depozit – feritina, ovalbumina• Proteine cu rol de transport – albuminele, hemoglobina,

transferina

Structura proteinelor

• Structura primară– Precizează numărul, tipul şi secvenţa aminoacizilor din

moleculă– Redă totalitatea legăturilor covalente – este numită şi

structura covalentă– Secvenţa aminoacizilor este caracteristică fiecărei

proteine şi este determinată genetic– Influenţează structurile de ordin superior– Modificarea secvenţei aminoacidice poate duce la

modificarea funcţiei proteinei şi în final la boală (ex. anemia falciformă- eritrocite ce conţin hemoglobina S)

Structura proteinelor

• Structura tridimensională a unei proteine este specifică şi este reprodusă cu fidelitate de-a lungul generaţiilor

• Aranjamentul spaţial unic pe care un lanţ polipeptidic îl adoptă într-o soluţie este rezultatul tuturor interacţiunilor necovalente (legături de hidrogen, interacţiuni hidrofobe, legături polare) care se pot stabili în cuprinsul moleculei astfel ca nivelul său energetic să fie minim

Structura proteinelor• 2. Structura secundară

– Se referă la aranjamentul spaţial al axului catenei polipeptidice– Caracterul parţial de dublă legătură al legăturii peptidice

restrânge numărul de conformaţii pe care peptidele le pot adopta– Structura secundară este datorată în exclusivitate legăturilor de

hidrogen care se stabilesc între grupările –CO- şi –NH- care aparţin diferitelor grupări peptidice

– Conformaţia cea mai stabilă pe care o adoptă o proteină în soluţie este cea la care se stabilesc cel mai mare număr de legături de hidrogen

– Legăturile de hidrogen se pot constitui fie în cadrul aceleiaşi catene polipeptidice (legături intracatenare), fie între două sau mai multe catene (legături intercatenare)

Legătura peptidică

Legătura peptidică

Lanţ polipeptidic

2. Structura secundară

• Pauling şi Corey (1951) au postulat că există două structuri posibile pentru lanţurile polipeptidice:– Structura a - helix– Structura b - foaie pliată (plisată)

Structura a - helix

Structura b – foaie plisată

Structura cu lanţuri paraleleStructură cu lanţuri antiparalele – mai stabilă

Structura b antiparalelă

Structura b – foaie plisată

3. Structura terţiară

• Descrie împachetarea lanţului polipeptidic ca urmare a interacţiunilor necovalente dintre radicalii R de la Ca, fie că aceştia se află în regiuni cu structură secundară a sau b, fie că sunt cuprinşi în segmente neorganizate

• Tipuri de interacţiuni necovalente dintre radicalii R ai aminoacizilor:– Legături ionice– Legături de hidrogen– Intercaţiuni hidrofobe

• Legături covalente – punţi disulfurice

Structura mioglobinei

Diverse structuri terţiare

Diverse structuri terţiare

Proteină multidomenială

4. Structura cuaternară

• Caracteristică proteinelor alcătuite din mai multe lanţuri polipeptidice ( de regulă un număr mic şi par)

• Se numesc proteine oligomere; lanţurile individuale denumite protomeri sau subunităţi, prezintă fiecare structura sa primară, secundară şi terţiară

• Protomerii pot fi identici sau diferiţi• Asamblarea protomerilor se face prin forţe slabe,

necovalente şi asocierea devine stabilă numai dacă suprafeţele de contact sunt complementare şi un număr cât mai mare de atomi se apropie până la nivelul razelor lor van der Waals

4. Structura cuaternară

• Complemetaritatea supafeţelor de contact asigură un grad foarte înalt de precizie şi specificitate

• Proteina oligomeră îşi îndeplineşte funcţia specifică numai dacă este în formă de oligomer, protomerii separaţi fiind inactivi.

• Protomerii cooperează între ei prin intermediul suprafeţelor complementare (cooperativitate); primele interacţiuni favorizează formarea celorlalte

• Structurile cuaternare permit funcţionarea unor mecanisme de reglare a activităţii proteinelor

Hemoglobina

Suprafeţe de contact

Proprietăţile proteinelor

• Proprietăţile electrochimice– Proteinele sunt amfoliţi macromoleculari ce

cuprind un număr mai mare sau mai mic de grupări acide şi bazice ionizate la pH-ul fiziologic

– pI = pH-ul soluţiei în care proteina are sarcină electrică 0, deci numărul sarcinilor pozitive este egal cu numărul sarcinilor negative

– la pI mobilitatea proteinei în câmp electric este minimă; la pH<pI, proteinele se comportă ca şi cationi, iar la pH>pI ca anioni

Proprietăţile proteinelor

• Denaturarea proteinelor– Este modificarea conformaţiei native– Sunt afectate legăturile necovalente din structura

proteinelor; legătura peptidică nu este ruptă– Se pierde total sau parţial activitatea biologică specifică– Agenţi denaturanţi: radiaţiile UV, X, g, temperatura,

pH-uri extreme, alcooli, acizi organici, uree, guanidina– Unii (alcooli, uree, guanidină, temperatura) desfac

legăturile de hidrogen, alţii (acizi tari, baze tari) scindează legăturile ionice

Proprietăţile proteinelor

• Solubilitatea– Hidrosolubilitatea este influenţată de pH-ul mediului în

care se află proteina– Diverse săruri ale metalelor uşoare (NaCl, Na2SO4,

MgCl2, (NH4)SO4) influenţează solubilitatea proteinelor; soluţiile diluate sunt favorabile dizolvării proteinelor; în soluţii concentrate proteinele pot precipita

– Globulinele precipită în soluţii semisaturate de (NH4)SO4 iar albuminele când soluţia este saturată (salefiere)