PROTIDE

DEFINIŢIE

Protidele sunt substanţe organice macromoleculare complexe care prin hidroliză totală pun în libertate aminoacizi (conţin în moleculă grupări aminice - NH2 şi grupări carboxilice – COOH)

Protidele complexe conţin în afară de aminoacizi şi alte componente - denumite grupări prostetice (ex.glucide, lipide, acizi nucleici, acid fosforic, metale,coloranţi) Ca bioelemente protidele conţin C, H, O şi N, şi în plus S şi P, (mai frecvent) uneori Fe, mai rar Cu, Zn, Co, Mg, Cl, I şi Br. Azotul este bioelementul caracteristic protidelor şi se găseşte în proporţie medie de 16%. Prin dozarea azotului se poate determina indirect:

Proteina brută % = (cantitatea de azot) N x 100/16 = 6,25 x N

“Proteos” greacă = cel dintâi - sunt cele mai importante componente structurale şi funcţionale ale materiei vii - constituie substratul material al tuturor proceselor vieţii. - alcătuiesc din punct de vedere cantitativ partea cea mai însemnată a combinaţiilor

organice existente în organismele vii, şi cea mai variată clasă de compuşi, numărul reprezentanţilor lor posibili poate atinge cifre astronomice

ROLUL PROTIDELOR

Structural

plastic

- intră în structura tuturor celulelor şi ţesuturilor organismelor vii- constituienţii principali ai nucleului şi protoplasmei (proteine structurale)- Raportat la subst. uscată în organismul uman şi animal protidele sunt 62-70%,

la plante 2-35% , la microorganisme 80-90%

Funţional 1. participă la absolut toate reacţiile chimice esenţiale pentru funcţionarea normală a celulelor vii - biocatalizatorii (enzime)

2. participă la contracţia musculară – proteine contractile3. participă la diviziunea celulară - acizii nucleici -multiplicare4. asigură transportul unor componente vitale în organism (oxigen, fier, acizi

graşi, medicamente etc.) -proteine de transport5. reacţii de autoapărare faţă de agenţii patogeni - imunoglobulinele anticorpi –

proteine de apărare6. reglarea proceselor metabolice – hormonii- proteine cu rol de reglare7. depozitarea anumitor elemente, cum ar fi fierul - proteine de depozitare – ex. feritina

şi hemosiderinei din ficat şi splină8. participă la hrănirea embrionilor – proteinele din ou9. participă la alimentarea puilor mamiferelor – proteinele din lapte 10. reglează presiunea osmotică, permeabilitatea membranelor, echilibrul

electrostatic şi acido-bazic - proprietăţi coloidale şi caracter amfoter -11. rol esenţial în recepţionarea, prelucrarea şi acumularea informaţiilor – prin

acizii nucleici - ADN; ARN

Energetic - nu se remarcă în mod deosebit la protidecoeficientul calorigen este de 4,5 kcal pentru 1 g proteine

CLASIFICAREÎn clasa protidelor intră toate substanţele naturale care prin hidroliza totală eliberează

aminoacizi

PRO

TIDE

Aminoacizi

(monoprotide) substanţe simple monomoleculare care nu hidrolizează

Peptideproteide

inferioare

Oligopeptideconţin 2—10 aminoacizi

-Dipeptide; Tripeptide-Tetrapeptide; … Decapeptide;

Polipeptide Conţin un număr mai mare de 10 aminoacizi

Proteideproteide

superioare

Holoproteide (proteide simple)

(proteine) (holos=acelaşi fel)

prin hidroliză pun în libertate numai aminoaciziMorfologic - globulare- fibrilare Au aminoacizi în secvenţa specifică

- HistoneGlobulare - Protamine; - Prolamine; - Gluteine; - Globuline; -Albumine;(structură strânsă în ghem, solubile în apă ; în lichidul celular)Fibrilare - Elastine, (scleroproteine) - Keratine - Colagene(structură liniară, subst.de susţinere, de rezistenţă mecanică, insolubile ; se găsesc în păr, lână, mătase naturală)

Heteroproteide (proteide complexe)

neomogene)(heteros = diferit)

proteină + grupare .prostetică

- Fosfoproteide; (funcţie de gr. prostetică)- Glicoproteide;

- Metaloproteide- Lipoproteide;- Cromoproteide

- Nucleoproteide.

AMINOACIZII NATURALI

- Există cca. 400 de aminoacizi identificaţi pînă în prezent în natură, dintre care 20 intră în mod frecvent în structura proteidelor naturale vegetale şi animale aminoacizi proteinogeni.

- În stare liberă aminoacizii se găsesc în germenii seminţelor de leguminoase, în sucuri de rădăcioase şi fructe

STRUCTURĂ Şl NOMENCLATURĂAminoacizii sînt compuşi organici cu funcţiuni mixte care conţin în moleculă cel puţin o

grupare aminică bazică şi o grupare carboxilică acidă. —NH2 —COOH

- există -, -, -, - şi -aminoacizi.(după poziţia grupării aminice faţă de gruparea carboxilică)- -aminoacizii formează componentele structurale de bază ale protidelor.Denumirea: prefixul „amino” se adaugă la denumirea acidului corespunzător cu precizarea poziţiei, felului şi nr. grupărilor funcţionale din moleculăExemplu: acid --aminoacetic (glicocol) acid --aminopropionic (alanina)

acid --amino--hidroxipropionic (serina)Există şi denumiri vulgare (comerciale) ale aminoacizilor, legate de provenienţa lor din ţesuturi vegetale sau animale Formula generală a -aminoacizilor poate fi reprezentată astfel:

H2N

COOH

C H

R

R

H C NH2

COOH

sau NH2

R

H C

COOH

H2Nsau

COOH

C H

R

-aminoacid din seria L -aminoacid din seria D R poate fi radical alifatic, aromatic sau heterociclic.

Izomerie: - de poziţie: poziţia grupării – NH2 defineşte (ca şi la glucide) seria D (când NH2 este în

partea dreaptă a lanţului carbonat al moleculei) şi seria L (când NH2 este în partea stângă a lanţului carbonat al moleculei). Izomerii din seia L au importanţă biologică şi pot fi asimilaţi de organismele superioare. Izomerii seriei D au fost găsiţi în unele antibiotice şi în proteinele unor tumori maligne.

- Izomerie optică: există izomeri levogiri l(-), izomeri dextrogiri d(+), amestec racemic (±) amestec echimolecular al celor doi antipozi optici. Toţi aminoacizii sunt optic activi datorită prezenţei atomilor de C asimetrici din moleculă (excepţie face glicocolul şi beta alanina)

Răspândire :Aminoacizii se găsesc în toate organismele vii ele fiind cărămizile de bază din care se

formează poliprotidele. În stare liberă se găsesc aproape în toate organele plantelor. În cantitate mai mare se găsesc în seminţele de leguminoase, ţn sucurile plantelor rădăcinoase şi în numeroase fructe. CLASIFICAREA AMINOACIZILOR după criteruli biologic

Aminoacizi

Aminoacizi esenţiali- sunt sintetizaţi numai de plante- animalele şi omul ii procură din alimente- au rol în creşterea şi dezvoltarea organismului- prin lipsa lor apar boli carenţialePrincipalii aminoacizi esenţiali: leucina, valina, izoleucina, fenilalanina, treonina, metionina, lizina, triptofanul, arginina, histidina

Aminoacizi neesenţiali

- pot fi sintetizaţi de organismele animaleExemple: glicina (glicocol), alanina, cisteina, tirozina, serina, acidul glutamic, acidul aspartic

Tot după criteriul biologic putem avea: aminoacizi proteici (care intră în structura proteinelor), aminoacizi neproteici (care nu intră în structura proteinelor), aminoacizi cetogenici (care pot fi transformaţi în cetoacizi cu rol important în metabolismul

glucidelor) aminoacizi necetogeni (care nu pot fi transforrnaţi în cetoacizi

Clasificarea după criteriul chimic :

Amino

acizi

Aminoacizi alifatici

Monoaminomonocarboxilici cei mai răspândiţi, caracter slab acidMonoaminodicarboxilici caracter acid puternic, stabilesc legătura metabolică între glucide şi protide (ac.aspartic şi glutamic)

Diaminomonocarboxilici au caracter bazic, se găsesc în vegetale, precursori ai alcaloizilor (ex. arginina, ornitina)

Hidroxiaminoacizi conţin şi grupări hidroxilice (ex. serina)

Tioaminoacizi conţin şi grupări sulfhidrice –SH (ex. cisteina)

Aminoacizi ciclici

Aminoacizi aromatici conţin ciclul aromatic (ex. fenilalanina, tiozina)Aminoacizi heterociclici conţin în moleculă un heterociclu (ex.prolina, triptofanul, histidina)

AMINOACIZI ALIFATICI - structuri chimice

Aminoacizii naturali se găsesc sub forma izomerilor seriei L Aminoacizi monoamino monocarboxilici (valina, leucina, izoleucina – esenţiali)

CH2

CH2

H2N

H2N

H2N

COOH

COOH

COOH

CH3CH3H3C

CH CH

CH

CH

CHH2N

H3C CH3

COOH

Glicocol(glicinã)

Alaninã

propionic

Valinã

izovalerianic

Leucinã

izocapronic- amino - Acid - amino - Acid

acetic- amino - Acid - amino - Acid

Aminoacizi diamino monocarboxilici ( lizina, arginina - esenţiali)

CH

CH

CH2

CH3

H3C

COOH

Izoleucinã Lizinã Argininã

Acid -amino--guanidinvalerianicAcid -amino--metil-valerianic Acid -diaminocapronic

H2N

(CH2)4

NH2

COOH

CHH2N

NH

C

(CH2)3

H2N

COOH

NH

NH2

CH

Aminoacizi monoamino dicarboxilixi – au caracter puternic acid

CHH2N CH

COOH

CH2

COOH COOH

H2N

CH2

Acid -amino-

CONH2

COOH

(CH2)2

COOH

H2N CH CHH2N

COOH

(CH2)2

CONH2

Acid asparticAcid -amino-

Acid glutamic

succinic

Asparginã-amida acidului

Glutaminã-amida acidului-aminoglutamic-aminosuccinic glutaric

Hidroxiaminoacizi (treonina – esenţial)

CHH2N

CH2

COOH

COOH

H2N

HC

OH

OH

CH

CH3

Serinã

propionic

Treoninã

butiricAcid -amino--hidroxi Acid -amino--hidroxi

Tioaminoacizi (metionina – esenţial)

CHH2N

CH2

COOH

COOH

H2N CH

CH2 CH3

Acid -amino--tiopropionic

SH

CH2

S

Cisteinã Metioninã

-metiltiobutiric Acid -amino-

AMINOACIZI AROMATICI (fenilalanina - esenţial)

CHH2N

CH2

COOH

Acid -amino-

COOH

CH2

H2N CH

OH

Fenilalaninã

-fenilpropionic

Tirozinã

-hidroxifenilpropionicAcid -amino-

AMINOACIZI HETEROCICLICI (histidina, triptofanul – esenţiali)

CH COOH

Acid -amino--imidazol-propionic

COOHCH

H2C CH2

NH

H2C

N CH2

NH2H2C

HN

CH

C

Prolinã HistidinãAcid pirolidin- -carboxilic

NH

COOH

NH2

CHCH2

triptofan

Acid α amino βindolil propionic (βindolil alanina)

PROPRIETĂŢI FIZICE ALE AMINOACIZILOR

sunt substanţe cristaline, incolore, cu gust dulceag amărui solubile în apă cu excepţia cisteinei, cistinei, treoninei au proprietăţi optic active cu excepţia glicocolului şi -alaninei au temperaturi de topire şi de fierbere ridicate (peste 2000C) în soluţii apoase aminoacizii disociază şi prezintă un caracter amfoter, adică se comportă în

funcţie de pH, fie ca baze (în mediu acid), fie ca acizi (în mediu bazic). Gradul de ionizare a grupărilor carboxilice este mai mare decât al grupărilor aminice (ac. monoamino monocarboxilici au caracter slab acid)

fie ca amfiioni - ioni dipolari (la pH-ul izoelectric)

cation anion amfion la pH izoelectric aminoacizii se prezintă ca amfioni –ioni dipolari. pH-ul izoelectric sau

punctul izoelectric este valoarea pH-ului la care cele două funcţiuni din molecula aminoacidului (bazică – NH2 şi acidă - COOH) sunt integral disociate deci soluţia

CH

COOH

CH NH2CHNH3

COO COO

R R R+ +

NH3

mediu acid mediu bazic pH izoelectric

aminoacidului conţine în proporţii egale anioni şi cationi – deci toate moleculele se prezintă sub formă de amfiioni .

La pH izoelectric molecula este neutră şi nu migrează în cîmpul electric. Punctul izoelectric are o valoare caracteristică pentru fiecare aminoacid. Exemplu: Acidul aspartic – pH 3

Acidul glutamic – pH 3,2Serina - pH 5,08Leucina - pH 6Glicocol - pH 6,1Lizina - pH 9,7Arginina - pH 10,8

Se constată ca aminoacizii dicarboxilici au pH izoelectric acid (ac. aspartic, glutamic) în timp ce aminoacizii cu două grupări aminice (lizina, arginina) au pH izoelectric bazic.

prezintă fenomenul de migrare în cîmpul electric, numit electroforeză (datorită caracterului amfoter) In mediu acid, aminoacizii se comportă ca baze (cationi) şi migrează spre catod (-) (polul negativ), iar în mediul alcalin, se comportă ca acizi (anioni) şi migrează spre anod (+) (polul pozitiv). Electroforeza este o metodă de separare şi analiza proteinelor şi se bazează pe proprietatea lor de a migra în câmpul electric

aminoacizii regleaza pH-ul celular – rol de sistem tampon datorită caracterului amfoter

PROPRIETĂŢI CHIMICE ALE AMINOACIZILOR

Sunt consecinţa prezenţei celor două grupări funcţionale în molecula lor (gruparea carboxilică – COOH şi gruparea aminică – NH2)

A. Proprietăţi determinate de gruparea carboxilică1. Reacţia cu alcooli – Aminoacizii reacţionează cu alcoolii în mediu de acid clorhidric şi se formează mai întâi un produs intermediar cristalizat - clorhidrat de ester. Esterul se separă sub formă de ester liber prin tratarea clorhidratului cu o bază (KOH)

H2N

COOH

CH

R'OH

H2OR

HCl

H3N CH

COOR'

R

Cl

KOH

KClHOH

COOR'

R

+

clorhidrat de ester

CHH2N

,L-aminoacid

esterul liber al aminoacidului

2. Reacţia cu baze – aminoacizii reacţionează cu bazele la nivelul grupării carboxilice şi formează săruri.

R

H2N CH

COOH

+ NaOH H2O

COONa

CHH2N

R

+

Sarea de sodiu a aminoacidului

3. Reacţia de decarboxilare Sub influenţa unor enzime specifice (decarboxilaza), aminoacizii din organism se decarboxilează – pierd CO2 – şi se transformă în amine, numite şi amine biogene, care au în general funcţii biologice importante (ex. histamina - rezultată prin decarboxilarea histidinei – este responsabilă de fenomenele alergice, stimulează muşchii netezi).

R

H2N CH

COOH

R

CO2 H2N CH2

AminãAminoacidDe la glicocol se obţine metil amina

În prezenţa bacteriilor de putrefacţie – în mediu slab acid – aminoacizii se decarboxilează trecând în amine toxice (ornitina trece în putresceină iar lizina în cadaverină)

H2N CH

COOH

NH2

(CH2)3

Ornitinã

H2N CH

COOH

NH2

(CH2)4

Lizinã

decarboxilazã

CO2 (CH2)3

NH2

CH2H2N

putresceinã

CO2

decarboxilazã

(CH2)4

NH2

CH2H2N

cadaverinã

B. Proprietăţi determinate de gruparea aminică

1. Reacţia cu acizii - Aminoacizii reacţionează cu acizii datorită caracterului bazic al grupării aminice şi formează săruri (clorhidraţi, sulfaţi, azotaţi, etc.)

R

H2N CH

COOH

+ CH

R

COOH+

HCl H3N Cl

Sarea de amoniu(ex.clorhidrat de glicocol)

2. Reacţia cu agenţii de metilare, ca iodura de metil (CH3I) sau sulfatul de metil [(CH3)2SO4], gruparea aminică se metilează obţinîndu-se tot săruri cuaternare de amoniu, numite betaine – donori de grupări metilice in procesele metabolice din organism.

R

H2N CH

COOH

+ CH

R

COOH

NCH3IH3CH3CH3C

+I

Betainã

32 HI

3. Reacţia cu aldehidele - aminoacizii dau reacţii de condensare cu aldehidele, formînd baze Schiff.

R

H2N CH

COOH

+ CH

R

O CH2 H2C

COOH

NH2O

Aldehidã formicã Bazã Schiff

Această reacţie stă la baza metodei de dozare volumetrică a aminoacizilor (metoda Sörensen) prin titrarea Bazelor Schiff (care conţin gruparea carboxilică) cu soluţie de hidroxid de sodiu. Dacă aldehida este o glucidă reacţia este specifică reacţiei Maillard – cu formare de melanoide (glucoprotide).4. Reacţia de dezaminare - aminoacizii se dezamineazâ - în prezenţa acidului azotos - prin eliminarea azotului aminic sub formă de azot molecular, trecînd în -hidroxi-acizii corespunzători.

+

O

N

HO

HO N2 H2O

Aminoacid

COOH

CHH2N

R

COOH

CH

R

+ +

Acidazotos

-Hidroxi-acid

Din glicocol rezultă acidul glicolic (hidroxiacetic)Prin dozarea volumului de azot care se degajă din această reacţie se poate stabili numărul grupărilor amininice din molecula aminoacidului.Reacţiile de dezaminare au loc in vivo sub acţiunea unor enzime specifice (dezaminaze) care sunt prezente în ţesuturi în condiţii diferite:

a) în dezaminarea oxidativă α aminoacidul conduce la un α cetoacidR – CH – COOH ------ → R – CO - COOHNH3 - ׀

NH2

α aminoacid α cetoacidb) în dezaminarea reductivă se formează acizi graşi saturaţi (în prezenţa enzimelor

specifice)R – CH – COOH ------ → R – CH2 - COOH

NH3 - ׀

NH2

α aminoacid acid organicc) în dezaminarea hidrolitică – se formează α hidroxiacizi

R – CH – COOH ------ → R – CH - COOH׀ NH3 - ׀

NH2 OH hidroxiacid5. Reacţia de transaminare a aminoacizilor

Este o reacţie care se desfăşoară în organismele vii şi are loc prin transferul grupării amino de la un α aminoacid la un α cetoacid. În urma acestor reacţii rezultă tot un α aminoacid dar diferit de cel precursor

COOH COOH COOH COOH| | | |

NH2 – CH + C ═ O ------ → C = O + H2N – CH | | | |

R1 R2 R1 R2

α aminoacid1 α cetoacid2 α cetoacid! α aminoacid2 Reacţia prezintă un interes deosebit în metabolismul intermediar, în sinteza α aminoacizilor 5. Reacţia cu dinitrofluorbenzenul (DNFB) - aminoacizii formează compuşi coloraţi în galben, utilizaţi la identificarea aminoacizilor terminali din molecula peptidelor şi proteinelor.

+

COOH

CHH2N

R

COOH

CH

R

NO2 NO2

NO2 O2NF HN

2,4-dinitro-1-fluorbenzen

2,4-dinitro-fenilaminoacid

Aminoacid

- HF

C. Proprietăţi determinate de prezenţa concomitentă a grupării aminice şi carboxilice1. Reacţia de dezaminare şi decarboxilare enzimatică simultană

Este o reacţie care se produce in vivo – sub acţiunea drojdiilor bogate în enzime de tipul dezaminaze şi decarboxilaze. Această reacţie explică formarea alcoolilor superiori în fermentaţia alcoolică sub influenţa drojdiilor specifice

H2OR – CH – COOH ---------- → R – CH2 -OH

NH3, - CO2 - ׀ NH2 α aminoacid alcool superior

2. Formarea peptidelor - este cea mai importantă proprietate a aminoacizilor.Prin eliminarea unei molecule de apă, între gruparea aminică a unui aminoacid şi gruparea carboxilică a altui aminoacid, se realizează o legătură chimică de tip special.

Acest tip de legătură stă la baza formării tuturor proteinelor (polipeptidelor în general) din organismele vii - numită legătură amidică sau legătură peptidică (-CO-NH-)

H2N CH COOH

R

H N CH COOHH2O

R'

+H

DipeptidãR'

COOHCHNH

R

COCHH2N

Legătura peptidică

H2N CH COOH

H

+ HHN

CH3glicinã

COOHCH

alaninã

H2O

glicil-alaninã

CH COOH

CH3

HN

H

COCHH2N

Dipeptidă

CH2 CO NH CH

CH2

SH

CH2

CH NH2

COOH

CO NH CH2 COOH

acid glutamic cisteinã glicinã

glutation ( glutamilcisteinilglicinã) Tripeptidă

2. Reacţia cu metalele (Cu, Ni, Cd, Pb, Fe) - aminoacizii pot forma săruri complexe colorate, numite chelaţi, greu solubile şi stabile. Sunt reacţii folosite la dozarea aminoacizilor pe cale cromatografică.

H2C NH2 H2N CH2

CuO C O O C O

Sarea complexã de cupru a glicocolului

POLIPEPTIDE INFERIOARE PEPTIDELE sunt substanţe organice formate din doi sau mai mulţi aminoacizi legaţi între ei prin

legături peptidice (-CO-NH-) Legăturile peptidice se realizează prin eliminarea unei molecule de apă dintre gruparea aminică a unui aminoacid şi gruparea carboxilică a altui aminoacid.

oligopeptidele au 2—10 aminoacizi în moleculă polipeptide au între 10 şi 100 de aminoacizi în moleculă şi masa moleculară până la 10.000. peptidele se obţin prin hidroliza parţială a proteinelor au rol structural şi funcţional – formează sisteme de oxido-reducere (ex. glutationul); sau

îndeplinesc rol de substanţe antibiotice, toxine, sau anticorpi.

Specificitatea unei polipeptide depinde de: numărul aminoacizilor (dipeptide, tripeptide, tetrapeptide, etc.) felul aminoacizilor succesiunea aminoacizilor din lanţul polipeptidic modalitatea de realizare a legăturii peptidice în lanţul polipeptidic

Peptidele pot forma numeroşi izomeri în funcţie de felul, numărul şi succesiunea aminoacizilor din lanţul polipeptidic.Astfel din glicocol şi alanină se formeză două dipeptide: glicil-alanina şi alanil-glicina

Teoretic din 4 aminoacizi diferiţi se pot forma 24 de peptide izomere, din 6 aminoacizi 720 de peptide iar din 10 aminoacizi diferiţi 3.600.000 de peptide izomerePeptidele se găsesc în organismele vegetale şi animale în stare liberă şi ca produşi intermediari în procesul de hidroliză a protidelorDenumirea peptidelor se face cu numele aminoacizilor în ordinea în care se găsesc în moleculă adăugând terminaţia „il" cu excepţia aminoacidului terminal (cel cu gruparea carboxilică liberă) care rămîne cu denumirea nemodificată (γ glutamil-cisteinil-glicină; glicil-alanină; etc.)Există: peptide lineare, formate dintr-un lanţ de aminoacizi care are la un capăt o grupare aminică

liberă (capătul N-terminal), iar la celălalt capăt o grupare carboxilică liberă (capătul C-terminal)

CH2 CH2CO NH CH CO NH

CH2

COOH

CH NH2

COOH

CH2

SH

acidglutamic

Cisteinã Glicinã

Glutation(-Glutamil-cisteinil-glicinã)

COOH

NH2CH2

CH2NH2

COOH COOH

NH CH2

CH2 NH2

COdipeptidã

glicil-glicină

CH2

NH2

COOH

COOH

NH2

CH2 CH2

NH2

COOH

COOH

NH2

CH2

COOH

NH2

CH2tetrapeptidãpentapeptidã

peptide ciclice primul şi ultimul aminoacid din lanţul polipeptidic pot fi şi ei legaţi printr-o legătură peptidică.- (au mase moleculare mai mici decât cele liniare) si se găsesc în otrăvuri de ciuperci, venin de şarpe, antibiotice (au acţiune toxică asupra organismului) sau în hormoni – ex. oxitocina, insulina, vasopresina

CO

NH2

CH2

CO

NH

CH2 CH2

NH

CO

CH2

NH

CO

CH2

NH

COOH

CH2

NH

CO

Proprietăţi fizice şi chimice- sunt substanţe solide, cristaline, solubile în apă şi insolubile în solvenţi organici- oligopeptidele formează cu apa soluţii moleculare iar polipeptidele soluţii coloidale- polipetidele precipită în soluţie prin adăugare de săruri ale metalelor grele- au caracter amfoter- prezintă activitate optică- au proprietăţi chimice specifice aminoacozilor dând reacţii caracteristice grupărilor

carboxilice şi aminice- toate peptidele hidrolizează în mediu bazic sau acid sau sub influenţa enzimelor specifice

numite peptidaze. Prin hidroliză se reformează aminoacizii din constituţia moleculară a peptidei. Ex. din glicil alanină prin hidroliză se formează glicina (glicocolul) şi alanina.

Peptide naturale

- carnozina – dipeptidă formată din histidină şi β alanină. Se găseşte în muşchiul mamiferelor

- anzerina - este un derivat metilat al carnozinei formată din metil histidină şi β alanină. Se găseşte în muşchiul păsărilor.

- glutationul – este o tripeptidă formată din acid glutamic, cisteină şi glicină (-glutamil-cisteinil-glicină). A fost izolat prima dată din drojdia de bere. larg răspândită în produse vegetale dar şi în unele organe animale (în ficat, splină, seminţe

în stare de germinaţie, etc.) este o substanţă solidă, albă, solubilă în apă şi alcool are caracter pronunţat acid (pH 2,83) datorită celor două grupări carboxilice din

moleculă. În celule se găseşte sub două forme :

forma redusă (Gl-SH) forma oxidată (Gl-S-S-Gl) – practic două molecule de glutation se leagă

între ele prin intermediul grupărilor SH (sulfhidrice) ale cisteinei din structura sa moleculară punând in libertate hidrogen

Trecerea glutationului din forma redusă în forma oxidată este un proces reversibil şi constituie unul din cele mai importante sisteme de oxido-reducere din celulele vii.

- 2H+

2 Gl – SH Gl – S – S- Gl

+ 2H+

glutation diglutationExemplu: transformă acidul dihidroascorbic în acid ascorbic – forma activă a vitaminei C

rol de protecţie asupra unor substanţe biologice important (enzime, hemoglobină, adrenalină).

Albumozele şi peptonele sunt polipeptide care apar ca produşi intermediari în procesul de degradare a proteinelor sau în biosinteza lor.

Nu există o delimitarea netă între polipeptide şi proteide. Prin hidroliză din proteine se obţinproteine → albumoze → peptone → polipeptide → oligopeptide → α aminoacizi

Aceste transformări au loc la digestia proteinelor şi în timpul unor procese tehnologice alimentare cum ar fi: maturarea cărnii, obţinerea hidrolizatelor proteice, maturarea brânzeturilor.Albumozele sunt mai apropiate ca structură şi proprietăţi de proteine în timp ce peptonele sunt mai apropiate ca structură şi proprietăţi de polipeptide şi au masă moleculară mai mică decât albumozele.Albumozele şi peptonele se dizolvă în apă şi formează soluţii coloidale. Din soluţiile coloidale albumozele precipită prin adăugare de săruri în mediu acid. Prin adăugare de sulfat de amoniu si sulfat de zinc precipitarea este mai intensă. Peptonele care se apropie mai mult de polipeptide nu coagulează la cald sau sub acţiunea alcoolului sau sărurilor.

POLIPEPTIDE SUPERIOAREPolipeptidele superioare sunt substanţe macromoleculare cu structură foarte complexă

şi încă insuficient cunoscută. Din această categorie fac parte proteinele (holoproteide) – substanţe formate numai din

aminoacizi şi proteidele (heteroproteide – sau proteine conjugate) – substanţe formate dintr-o componentă proteică şi una neproteică numită grupare prostetică.

HOLOPROTEIDE - PROTEINELEHoloproteidele - proteinele – sunt polipeptide superioare formate din lanţuri

polipeptidice neramificate, in care secvenţa aminoacizilor legaţi între ei prin legături peptidice este determinată genetic şi diferă de la proteină la proteină.

Proteinele sunt componente fundamentale ale materiei vii La nivelul proteinelor apar fenomene de viaţă caracterizate prin metabolism, capacitate

de creştere şi reproducere, transmitere a caracterelor înnăscute la urmaşi şi de apariţie a mutaţiilor

Masa moleculară a proteinelor este foarte mare fiind cuprinsă între 10.000 şi 60.000.000. Masa moleculară se poate determina prin metoda ultracentrifugării, metoda difuziunii luminii şi prin metode chimice.

ROLUL PROTEINELOR se identifică cu cel al peptidelor dat fiind faptul că structurile proteice sunt prin excelenţă responsabile de acest rol biologic al peptidelorRol structural

intră în structura tuturor celulelor şi ţesuturilor organismelor vii – ex. colagenul, elastina, mucoproteine, etc.

sunt constituienţii principali ai nucleului şi protoplasmei (proteine structurale - nucleoproteidele)

Rol funcţional participă la absolut toate reacţiile chimice esenţiale pentru funcţionarea normală a

celulelor vii - biocatalizatorii (enzime – care au structură proteică) – ex. hexokinaza, lactat dehidrogenaza, ADN polimeraza

participă la contracţia musculară – proteine contractile – miozina, actina participă la diviziunea celulară - acizii nucleici -multiplicare asigură trnsportul unor componente vitale în organism (oxigen - hemoglobina, fier –

globulina fixatoare de fier, acizi graşi - lipoproteinele, medicamente etc.) -proteine de transport

reacţii de autoapărare faţă de agenţii patogeni - imunoglobulinele anticorpi – proteine de apărare

reglarea proceselor metabolice – hormonii- proteine cu rol de reglare – insulina, hormoni de creştere

depozitarea anumitor elemente, cum ar fi fierul - proteine de depozitare – ex. feritina şi hemosiderina din ficat şi splină

participă la hrănirea embrionilor – proteinele din ou participă la alimentarea puilor mamiferelor – proteinele din lapte reglează presiunea osmotică, permeabilitatea membranelor, echilibrul electrostatic şi

acido-bazic - proprietăţi coloidale şi caracter amfoter - rol esenţial în recepţionarea, prelucrarea şi acumularea informaţiilor – prin acizii

nucleici - ADN; ARNRol energetic

degradarea unui gram de proteine se pun în libertate 4,5 kcal

STRUCTURA proteine cu molecule dintr-un singur lanţ polipeptidic (ribonucleaza, albumina), proteine cu molecule formate din mai multe lanţuri polipeptidice care pot fi identice sau

diferite. între lanţurile polipeptidice, sau chiar in interiorul aceluiaşi lanţ, există diverse legături

chimice care contribuie la stabilizarea structurii moleculei proteice:

legături covalente disulfidice – sunt legături foarte puternice(1); legături de hidrogen – (dau stabilitate structurală – se distrug la denaturarea proteinelor). Se

realizează între hidrogenul grupării –NH-dintr-o legătură peptidică şi oxigenul grupării –CO- dintr-o altă legătură peptidică; sau între gruparea hidroxilică a restului tirozinei şi gruparea carboxilică a restului acidului glutamic sau aspartic (2);

legături ionice, care se realizează datorită forţei electrostatice de atracţie, existentă între grupările carboxilice libere şi cele aminice libere (3), aflate sub formă ionizată în molecula proteică în condiţii fiziologice de pH ;

legături apolare, care se realizează prin forţe Van der Waals între resturile de hidrocarburi ale aminoacizilor alanină, fenilalanină, valină, leucină şi izoleucină. (4-6).

S

S

O HCOO

NH3

CH3

CH3

CH

CH2

CH3

CH3

CH3 CH2

CH

CH3+

O

C O1 2 3 4 5 6

1- legãturã covalentã (disulfidicã), 2 - legãturã de hidrogen, 3 - legãturã ionicã, 4,5 si 6 - legãturi apolare

CHH2N

CH2

COOH

COOH

H2N CH

CH2 CH3

Acid -amino--tiopropionic

SH

CH2

S

Cisteinã Metioninã

-metiltiobutiric Acid -amino-

CHH2N

CH2

COOH

COOH

H2N CH

CH2 CH3

Acid -amino--tiopropionic

SH

CH2

S

Cisteinã Metioninã

-metiltiobutiric Acid -amino-

CHH2N

CH2

COOH

Acid -amino-

COOH

CH2

H2N CH

OH

Fenilalaninã

-fenilpropionic

Tirozinã

-hidroxifenilpropionicAcid -amino-

CH2 CO NH CH

CH2

SH

CH2

CH NH2

COOH

CO NH CH2 COOH

acid glutamic cisteinã glicinã

glutation ( glutamilcisteinilglicinã)

CH2 CO NH CH

CH2

SH

CH2

CH NH2

COOH

CO NH CH2 COOH

acid glutamic cisteinã glicinã

glutation ( glutamilcisteinilglicinã)

H2N CH COOH

H

+ HHN

CH3glicinã

COOHCH

alaninã

H2O

glicil-alaninã

CH COOH

CH3

HN

H

COCHH2N

H2N CH COOH

H

+ HHN

CH3glicinã

COOHCH

alaninã

H2O

glicil-alaninã

CH COOH

CH3

HN

H

COCHH2N

CONFORMAŢIA STRUCTURALĂ a proteinelor cuprinde mai multe niveluri deorganizare, răspunzătoare de proprietăţile fizico-chimice şi biologice şi anume:

Structura primară a proteinelor se referă la natura, numărul şi secvenţa aminoacizilor conţinuţi în molecula proteică (stabilită pe cale genetică şi având caracter ereditar). Aminoacizii se leagă prin legături peptidice la un capăt al lanţului polipeptidic fiind o grupare - NH2 iar la celălalt capăt o grupare – COOH

Structura lanţului polipeptidic în care se respectă unghiul valenţei atomilor de C se prezintă conform formulei de mai jos:

structură primară pt. colagen

H O R2 H O

N C CH N C

CH N C CH

R1 H O R3

Structura primară a proteinei – lanţul polipeptidic

Radicalii R1, R2, R3, formează catene laterale care determină structura secundară şi terţiară influenţând formarea legăturilor intercatenare. Ei se găsesc în poziţie trans faţă de legătura peptidică

legătura peptidică se găseşte în acelaşi plan, atomul C α se poate roti în plan diferit.

Structura secundară a proteinelor se referă la lungimea şi la configuraţia spaţială a lanţului polipeptidic: spiralată şi pliată. Configuraţia spiralată, numită -helix (helix=melc) - lanţul polipeptidic este dispus

sub forma unei spirale ca şi cînd ar înconjura un cilindru imaginar Răsucirea se face în aşa fel, încît resturile aminoacizilor să fie îndreptate spre exteriorul cilindrului. Este specifică proteinelor fibrilare (colagen şi -keratină din păr şi lînă) dar apare şi la proteinele globulare pe porţiuni mari.

Structura se datoreşte legăturilor de hidrogen care se formează între grupările -CO- de pe o spiră şi —NH— de pe spira învecinată. a aceluiaşi lanţ polipeptidic

Structura insulinei- un lant cu 30 aminoacizi- un lant cu 21 aminoaciziLegăturile S-S specifice intercatenare

Configuraţia pliată, numită şi “forma straturilor pliate", lanţurile polipeptidice se găsesc sub formă pliată (în zig-zag) şi unite mai multe lanţuri între ele prin legături de hidrogen intermoleculare

Structură pliată - alfa globină Structură elice structură elice – leg. de H

Structura terţiară a proteinelor se referă la legăturile intercatenare dintre lanţurile polipeptidice şi la modalitatea de formare a fibrelor proteice Lanţul polipeptidic spiralat se poate încovoia şi răsuci în spaţiu cu formarea unei structuri spaţiale tridimensionale sau poate forma, împreună cu alte lanţuri (datorită legăturilor intercatenare), fibre care au o structură asemănătoare unei funii formate din fire torsionate

Structura cuaternară a proteinelor se referă la modalităţile de unire a subunităţilor proteice (lanţurilor polipeptidice identice sau diferite cu structuri primare, secundare şi terţiare proprii) pentru a forma unităţi funcţionale macromoleculare de anumite forme spaţiale. Este specifică proteinelor cu o greutate moleculară de peste 100.000 Numărul subunităţilor poate varia în limite foarte mari de la. 4 la hemoglobină la 2.130 proteinele unor viruşiLegăturile stabilite între subunităţi sunt de acelaşi tip ca şi în structura terţiară.

Structură terţiară beta -globină Structura cuaternară - hemoglobină

PROPRIETĂŢI FIZICE proteinele sunt substanţe solide, amorfe, uneori obţinute şi în stare cristalină. nu difuzează prin membrane de colodiu, pergament şi celofan – datorită greutăţii

moleculare mari. formează soluţii coloidale cu o viscozitate relativ crescută (proteinele solubile în apă prin încălzire, iradiere, tratare cu acizi, baze sau solvenţi organici, proteinele se

denaturează (se distruge structura terţiară) şi pierd proprietăţile lor biologice specifice. Denaturarea poate fi reversibilă sau ireversibilă.

proteinele nu pot fi distilate sau topite. soluţiile lor sunt levogire.

au un caracter amfoter, fiind încărcate pozitiv la un pH puternic acid şi negativ, la un pH puternic bazic. La pH izoelectric molecula proteică este neutră din punct de vedere electric (numărul sarcinilor electrice negative este egal cu numărul sarcinilor electrice pozitive) şi nu migrează în cîmpul electric. Datorită caracterului amfoter proteinele pot fi separate prin electroforeză. Migrează spre catod (-) în mediu acid (ioni pozitivi-cationi) şi spre anod (+) în mediu bazic (ioni negativi-anioni).

joacă rol de soluţii tampon pot fi precipitate reversibil – în mediu de soluţii concentrate ale sărurilor alcaline (Na+,K+,

Mg2+, NH4+) sau a unor solvenţi organici solubili în apă (alcool, acetonă). Prin precipitarea

reversibilă nu se produce denaturarea structurii moleculare. precipitarea ireversibilă – denaturarea – care presupune modificări fizico-chimice în

structura moleculară - se produce prin acţiunea unor soluţii de săruri ale metalelor grele (Cu, Pb, Hg, Ni, Fe), a acizilor minerali tari, a bazelor alcaline, alcool etilic, acetonă (concentrate), prin încălzire, în soluţii apoase de uree şi tiouree. Prin denaturare proteinele îşi pierd funcţiile biologice (enzimatică, hormonală, anticorpi, etc.)

PROPRIETĂŢI CHIMICECea mai importantă proprietate chimică pentru proteine este hidroliza lor sub acţiunea agenţilor chimici sau a enzimelor specificeReacţia de hidroliză

hidroliza totală – se produce sub acţiunea acizilor, bazelor tari sau a enzimelor proteolitice – se obţin – aminoacizi (părţile lor componente).

hidroliză parţială – în mediu slab acid sau alcalin se obţin fragmente polipeptidiceReacţii specifice grupărilor funcţionale libere din moleculă

datorită grupărilor –NH2 libere din moleculă, proteinele pot forma săruri de amoniu cu acizi anorganici, se pot dezamina în prezenţa acidului azotos sau se condensează cu aldehidele (ca şi aminoacizii)

datorită prezenţei grupărilor -SH libere, proteinele pot fi oxidate sau reduse prin gruparea -COOH liberă, proteinele pot da reacţii de esterificare cu alcooli sau

pot forma săruri cu baze anorganice.Reacţii de culoare Reacţia xantoproteică - cu acidul azotic concentrat proteinele care conţin aminoacizi

aromatici precipită (prin formarea nitroderivaţilor fenolici) la rece (pp alb) şi la cald (pp galben) iar prin alcalinizare pp devine portocaliu Reacţia ninhidrinei – prin fierberea proteinelor cu ninhidrina apare o coloraţie albastru

violet datorită grupărilor - NH2 libere. Reacţia este specifică şi peptidelor şi aminoacizilor.

Reacţia biuretului – soluţiile proteice tratate cu o soluţie de sulfat de cupru, în mediu bazic, dezvoltă o coloraţie albastră-violet datorată formării unor compuşi de chelatare coloraţi. Reacţia nu se produce la aminoacizi ci doar începând cu dipeptidele care au cel puţin o grupare peptidică (-CO-NH-). Cu săruri de nichel se formează chelate portocalii. Numele reacţiei vine de la formula biuretului– substanţă cu structură asemănătoare peptidelor (-CO-NH-) care formează chelaţi cu metalele.

PROPRIETĂŢI BIOLOGICE

Proteinele se caracterizează printr-un înalt grad de specificitate.

specificifate de organ (sunt organ-specifice), adică fiecare organ al aceluiaşi organism conţine proteinele sale specifice care se deosebesc de proteinele altor organe;

specificitate de specie (sunt specie-specifice), adică acelaşi organ, dar de la specii diferite de animale, conţine proteine specifice numai speciei respective – (ex. transplantul de organe nu poate fi făcut între specii diferite)

specificitatea proteinelor joacă un rol important în imunologie şi stă la baza preparării şi aplicării vaccinurilor.(stimularea formării unor substanţe proteice noi capabile să distrugă proteina inoculantă prin injectarea unei proteine cu rol de vaccin, ser). Substanţa injectată se numeşte antigen iar cea care se formează în organismul injectat se numeşte anticorp.

marea majoritate a proteinelor au şi activităţi enzimatice şi unele activităţi hormonale participînd la reacţii metabolice şi procese de reglare din organism.

PRINCIPALII REPREZENTANŢI Al HOLOPROTEIDELORDupă proprietăţile lor chimice şi după natura solventului în care se dizolvă

holoproteidele se împart în : proteine globulare şi fibrilare Nume proteină Compoziţie

Masă moleculară (MM)

Caracteracid/bazic

Solubilitate

Răspândire Valoare biologică

PROTEINE GLOBULAREPROTAMINE Conţin

diaminoacizi -arginină, lizină, histidinăMM mică – trec prin membrane coloidale

bazic sol. în apă şi acizi diluaţi

numai în regnul animal în nucleele celulelor spermale ale peştilor şi păsărilor.

Formează cu acizii nucleici, nucleoproteide

HISTONE Conţin diaminoacizi arginina, lizina, histidina – structură mai complexăMM mai mare

bazic sol.în apă şi acizi slabi

In regnul animal :în nucleele celulelor glandulare (timus, pancreas), în globulele roşii şi albe, în testicole şi ficat.

Formează cu acizii nucleici, nucleoproteide,-reglează sinteza ARN

PROLAMINE conţin acid glutamic şi prolină

acid sol. în alcool 70-80% insol. în apă

în boabele de cereale - zeina din porumb, gliadina din grîu, hordeina din orez şi avenina din ovăz

nu conţin aminoacizi esenţiali - val. alimentară nu este completă

GLUTELINE Conţin acid glutamic, prolină, lizină şi triptofan

acid solub. în sol. acide şi alcaline

proteine vegetaleîn boabele cerealelor (proteine ale făinii alături de prolamine)alcătuiesc glutenul

valoare alimentară glutenul - elasticitate şi porozitate pâine

GLOBULINE Conţin acid glutamic şi asparticMM mare 35 000 şi 1 000 000

acid greu sol. în apă sol în sol. alcaline

în regnul animal - în plasma în protoplasma celulară - )în lapte şi ouă în regnul vegetal în seminţe- legumina în mazăre şi linte, faseolina în fasole, edestina în cînepă, tuberina în cartofi.

- sunt -, - şi -globuline- (electroforeză)rol de transport, enzimatic apărare – imunoglobuline

ALBUMINE conţin acid glutamic şi aspartic, leucină şi izoleucinăMM mai mici decât globulinele

acid Solubile în apă

apar cu globulineleîn regnul animal: ou, lapte, ser , muşchi, în regnul vegetal: grâu, mazăre, seminţe ricin (f.toxică)

Valoare nutritivă ridicată

PROTEINE FIBRILARE

SCLEROPROConţin glicină şi aminoacizi cu sulf

Insol.în apă sau

se găsesc preponderent în regnul animal

au rol de susţinere, de

TEINE (ex.cisteină)Au structuri liniare, filiformerăsucită sau pliatăRezultă de regulă din transformarea proteinelor globulare

sol.acide şi alcaline

1. colagenele - din structura tendoanelor, ligamentelor, cartilagiilor, oaselor şi pielii; dau gelatina la fiert cu apa2. elastinele - în fibrele elastice din artere şi tendoane,Nu formează gelatină.;3. keratinele - în epiderm, păr, unghii, copite, pene, coarne şi lînă.; conţin sulf

protecţie şi de rezistenţă mecanică.

Nu hidrolizează la acţiunea enzimelor proteolitice

PROTEIDELE - HETEROPROTEIDELE – (PROTEINELE CONJUGATE)

Heteroproteidele sunt proteine care conţin în molecula lor pe lîngă aminoacizi şi o componentă de natură neproteică, numită grupare prostetică (poate fi între 5% şi 93%).- legătura dintre partea proteică şi gruparea prostetică poate fi realizată prin legături

covalente de tip esteric, legături ionice, legături de hidrogen sau legături apolare de tip Van der Waals.

- prin hidroliza heteroproteidelor rezultă mai întâi gruparea prostetică şi apoi aminoacizii deoarece legătura dintre proteină şi gruparea prostetică este în general, mai slabă decît legătura peptidică dintre aminoacizi.

În funcţie de gruparea prostetică pe care o conţin, heteroproteidele se împart în: fosfoproteide, lipoproteide, glicoproteide, cromoproteide, metaloproteide şi nucleoproteide.

PRINCIPALII REPREZENTANŢI Al HETEROPROTEIDELOR

FOSFOPROTEIDELE- conţin ca grupare prostetică acidul fosforic legat printr-o legătură esterică de gruparea

hidroxilică a unui hidroxiaminoacid (serina sau treonina)- au un caracter acid.- reprezentanţi: cazeina, care există în lapte sub forma sării de calciu, ovovitelina din gălbenuş

de ou, pepsina enzima proteolitică din sucul gastric. Cazeina şi vitelina sunt alimente complete deoarece conţin toţi aminoacizii esenţiali.

CH2 OP

OH

O

OHCH NH2

COOH COOH

NH2CH

O PCH2sau

Esterul fosforic al serinei

LIPOPROTEIDELE- gruparea prostetică este formată din lipide (lecitină, cefalină, colesterol şi altele) legate, de

regulă, prin legături ionice de molecula proteică. - intră în structura membranelor celulare, mitocondriilor şi reticulului endoplasmatic - au rol de mijloc de transport pentru grăsimi, acizi graşi şi colesterol. Ele influenţează

permebilitatea membranelor biologice şi pot furniza energia necesară unor procese metabolice

- în anumite boli (diabet, icter, ateroscleroză) cantitatea lipoproteidelor din sînge creşte

GLICOPROTEIDELE- conţin ca grupare prostetică glucide - sunt compuşi la care predomină componenta proteică

- dacă proporţia de glucide din molecula glicoproteidelor depăşeşte 4%, compuşii poartă numele de mucoproteine

- se deosebesc glicoproteide acide care conţin ca grupare prostetică mucopolizaharide acide (acidul hialuronic) glicoproteide neutre, în care componenta glucidică este un zahăr neutru (ca D-manoză, D-galactoză).

- se găsesc în ţesutul conjunctiv şi osos, în piele, ser sanguin, albuş de ou şi în ochi. Exemple: mucinele -secretate de diferite mucoase, rol de fixare a apei în organis; hormonii hipofizei; substanţele specifice grupelor sanguine; enzime (colinesteraza); fetuina, din plasma diferitelor animale, cu acţiune antiinfecţioasă

CROMOPROTEIDELE- proteide colorate, cu funcţii biologice foarte variate - conţin ca grupare prostetică o substanţă colorată. - în funcţie de natura părţii prostetice, se deosebesc cromoproteide porfiriniceşi neporfirinice

o cromoproteide porfirinice conţin nucleul porfirinic format din 4 inele pirolice legate între ele prin punţi metinice (—CH =). Prin substituirea atomilor de hidrogen din pozitiile 1—8 din molecula porfirinei cu diverşi radicali (metil, etil, vinil, acid propionic) se obţin porfirinele (gruparea prostetică de la cromoproteide)

HN

NH

N

CH

CH

CH

HCN

I II

IIIIV

Nucleul porfirinic

- hemoglobinele, colorantul roşu al globulelor roşii cu rol în transportul oxigenului din plămîni în ţesuturile organismului;- mioglobinele, colorantul roşu al muşchilor cu o structură şi un rol asemănător hemoglobinelor;- cloroplastinele, cromoproteide din plante, colorate în verde, a căror grupare prostetică este clorofila,a şi b care au un rol important în procesul de fotosinteză;- citocromii, intră în structura unor enzime cu rol în procesul de degradare aerobă a glucidelor

- fermentul roşu respiraior sau citocromoxidaza cu rol în procesele de oxidoreducere din celulă;- catalaza şi peroxidaza, enzime care catalizează reacţiile de descompunere a apei oxigenate;- leghemoglobina, roşie, prezentă în rădăcinile plantelor leguminoase, cu rol în procesul de fixare a azotului atmosferic;- ficocianinele şi ficoeritrinele, cromoproteide în algele albastre şi roşii.

o cromoproteide neporfirinice. - hemeritrinele, care constituie pigmentul sanguin roşu la unele nevertebrate;- hemocianinele, colorantul sanguin albastru din sîngele crustaceelor şi moluştelor, care poate ajunge la o greutate moleculară de pînă la 10 000 000;- flavinenzimele, cromoproteide colorate în galben, care au rol în procesele de oxidoreducere şi care conţin ca grupare prostetică un derivat al riboflavinei;- carotenoproteidele, care au ca grupare prostetică pigmenţi din clasa carotenoidelor şi joacă, alături de clorofilă, un rol important în procesul de fotosinteză. Ele au un rol important şi în actul vizual, alcătuind colorantul fotosensibil al retinei, purpura retiniană sau rodopsina.

METALOPROTEIDELE- conţin ca grupare prostetică diferite metale (Fe, Cu, Zn, Mg, Co, Mo, Mn) legate direct de

molecula proteică. conferind acestora proprietăţi funcţionale deosebite.- reprezentanţi:

o feroproteidele (feritina izolată din ficat şi splină şi siderofilina conţinută în plasma sanguină)

o cuproproteidele (ceruloplasmina din plasma sanguină şi hepatocupreina din ficat). o insulina (cu conţinut de Zn)

enzime (carboxipeptidaze, lactat dehidrogenaze, alcool dehidrogenaze, superoxid dismutaza SOD în cele patru forme – are cofactori metalici: 1.cuprul şi zincul; 2.manganul; 3.fierul; 4. nichelul)

NUCLEOPROTEIDELE- sunt cele mai complexe şi mai importante heteroproteide.- conţin ca grupare prostetică acizi nucleici. - partea proteică (cca 60%) este formată preponderent din proteine bazice de tipul

protaminelor şi histonelor (arginină, histidină, lizină) - pot fi considerate ca săruri ale acizilor nucleici deoarece componenta proteică are caracter

bazic iar componenta prostetică are caracter acid pronunţat.- între componenta proteică şi acizii nucleici se stabilesc diferite tipuri de legături: ionice,

covalente, coordinative, forţe Van der Waals.- au un conţinut ridicat de fosfor prin constituţia acizilor nucleici.- se găsesc în toate celulele vegetale şi animale (nucleu, protoplasmă, lichide biologice)- există organisme formate numai din nucleoproteide – (virusurile şi bacteriofagii)

ROLUL MAJOR AL NUCLEOPROTEIDELOR: o stochează şi transmit informaţia genetică o participă la biosinteza proteineloro participă la diviziunea celulară .

ACIZII NUCLEICI – gruparea prostetică a nucleoproteidelor- sunt substanţe macromoleculare alcătuite dintr-un număr foarte mare de unităţi structurale

de bază numite nucleotide. Sunt polimeri ai mononucleotidelor – se mai numesc polinucleotide

- nucleotidele sunt alcătuite din pentoze, baze azotate şi acid fosforic- prin hidroliză bazică sau enzimatică se formează mai întâi produşi intermediari cu mase

moleculare mai mici şi în final mononucleotide care se descompun în componentele de bază- prin hidroliză acidă degradarea este directă în componentele constitutive (baze azotate,

pentoze şi acid fosforic)

Acizii nucleici

au masă mol. f. mare - 108

- 1012 au grad de polimerizare de ordinul miilor şi milioanelor

acizii dezoxiribonucleici ADN

- conţin ca pentoză 2-dezoxiriboza- are codificată informaţia referitoare la biosinteza tuturor biomacromoleculelor dintr-un organism – ceea ce dă caracterul distinct al fiecărui organism- informaţia genetică se găseşte înscrisă în secvenţa nucleotidelor care alcătuiesc ADN-ul nuclear numit genom

acizii ribonucleici ARN

- conţin ca pentoză riboza- transmit informaţia genetică de la ADN la locul de biositeză a proteinelor (mesager, ribozomal, de transport)

Pentru a izola acizii nucleici dintr-o nucleoproteidă se denaturează mai întâi componenta proteică (cu salicilat sau laurilsulfit de sodiu în mediu neutru) şi se îndepărtează prin extracţie cu sol. apoasă de fenol. Acizii nucleici (componenta prostetică) se extrag cu alcool etilic.

COMPONENTELE STRUCTURALE DE BAZĂ ALE ACIZILOR NUCLEICI

Unitatea structurală de bază a acizilor nucleici este mononucleotida formată din acid fosforic, baze azotate, glucidă

ACIZII NUCLEICIpolinucleotidazã

oligonucleotideoligonucleotidazã

mononucleotidemononucleotidazã

nucleozidã

pentozãribozãdezoxiribozã

bazã azotatãpurinicã: adeninã, guaninãpirimidinicã: citozinã, uracil, timinã

nuleozidazã

H3PO4

1. Componenta glucidică a acizilor nucleici

O

HHH

OH OH

HO H2C

H

OH

ribozã(în ARN) (în ADN)

-2-dezoxiribozã

OH

H

H2CHO

HOH

H HH

O

este reprezentată de două pentoze: riboza în structura ARN-ului şi dezoxiriboza în structura ADN-ului. Ambele glucide aparţin seriei D şi au configuraţie β furanozică. Prin hidroxilul semiacetalic (glicozidic) riboza şi dezoxiriboza se leagă β-glicozidic cu bazele azotate

permite diferenţierea acizilor nucleici ARN, ADN (prin cromatorgrafie) determină o parte din proprietăţile chimicie şi biologice

o Ex. acizii dezoxiribonucleici dau cu difenilamina o coloraţie albastră (r. Dische); cu cisteina şi acidul sulfuric culoare galben-roşietică; recolorează în roşu soluţia de fuxină (r. de condensare – baze Schiff)

2. Componenta fosforică este acidul fosforic se găseşte în acizii nucleici în proporţie de 8-14% poate servi la dozarea acizilor nucleici imprimă caracterul acid nucleotidelor acidul fosforic este esterificat cu riboza sau dezoxiriboza. El uneşte nucleotidele prin

legături fosfodiesterice între OH-ul din pozţia 3 a ribozei sau dezoxiribozei şi OH-ul din poziţia 5 a ribozei sau dezoxiribozei aparţinând altui nucleotid

3. Bazele azotate derivă de la doi heterocicli: pirimidină şi purină absorb radiţiile UV la 260 nm şi pot fi dozaţi acizii nucleici prin metode

spectrofotometrice bazele pirimidice conţin în moleculă oxigen şi se găsesc în două forme tautomere –

forma cetonică şi forma enolică. Grupările aminice –NH2 imprimă caracter slab bazic iar cele enolice –OH, caracter slab acid. Bazele azotate au caracter amfoter

formează precipitate greu solubile cu sărurile de Ag, Cu, Hg şi cu acizii picric şi fosfowolframic

dintre bazele pirimidinice în structura acizilor nucleici intră: uracilul (U), timina (T) şi citozina (C)

O

H

O

H

OH

HO

ceto enol

Uracil

CH3 CH3

Timina Citozinã

HO

NH2

enol

N

CN

CN

CN

CN

CN

CH

CC

cetoH

O

H

O

N

CN

CH

CC

enol

HO

OH

N

CN

CH

CHC

cetoH

ON

CN

CH

CHC

NH2

Uracilul şi timina au caracter slab acid iat citozina caracter slab bazic

bazele purinice – sunt derivaţi ai purinei dintre bazele purinice intră în structura aminoacizilor adenina (A) şi guanina(G)

H

NH2

Adenina

HH2N

OH

Guanina

H H

H

1

23

4

56

7

89

Purina

C

NC

CNN

C

NC

N

NN

N N

NN

N

H

Constituienţii piridinici şi pirimidinici din acizii nucleici

Acid nucleicBaze azotate

pirimidinice purinice

ADN timină, citozină adenină, guanină

ARN uracil, citozină adenină, guanină

NUCLEOZIDELESunt N-glicozide formate ditr-o bază azotată şi o pentoză (riboză sau dezoxiriboză) unite

prin legătură β glicozidicăDin bazele azotate pirimidinice (citozină, uracil respectiv timină) se pot forma citidina, uridina şi timidina (nucleozide)Din bazele azotate purinice (adenină, guanină) se pot forma adenozina şi guanozina (nucleozide)

O

HHH

OH OH

HO H2CO

H

O

H

N

N

uridinã

Nucleozidă

O

HHH

OH OH

HO H2CO

H

N

N

N

N

NH2

P

OH

O O

OH

P O

O

OH

P O

acidul adenozin-5-trifosforic(ATP)

legãturi macroergice

Mononucleotidă macroergică ATP

MONONUCLEOTIDELE

Sunt unităţi structurale monomere ale acizilor nucleici (o pentoză, o bază azotată, acid fosforic)

Se găsesc în natură în acizii nucleici, coenzime şi uneori în stare liberă Unele mononucleotide conţin în molecula lor două sau trei resturi de acid fosforic unite

între ele prin legături macroergice (legături bogate energetic) . Prin degradarea hidrolitică a unei legături fosfoesterice macroergice se eliberează 7-12 kcal/mol fosfat, iar a unei legături fosfoesterice simple se eliberează numai 2-3 kcal/molfosfat

Exemplu de mononucleotidă: ATP – adenozintrifosfatul – care conţine două legături macroergice – are un rol fiziologic foarte important pentru că înmagazinează energie necesară organismului. Intervine în procesul de fotosinteză – înmagazinarea energiei pentru sinteza substanţelor organice. Prin eleiberare de energie el trece în ADP - adenozindifosfatul – care conţine o singură legătură macroergică.

POLINUCLEOTIDELE

Reprezintă de fapt moleculele acizilor nucleici în care mononucleotidele se unesc între ele prin intermediul acidului fosforic formând lanţuri lungi de polinucleotide.

Legăturile fosfodiesterice se stabilesc între OH-ul din poziţia 3 a ribozei sau dezoxiribozei (al unei nucleozide ex. adenozina) şi OH-ul din poziţia 5 a ribozei sau dezoxiribozei (aparţinând altei nucleozide ex. timidina)Secvenţa bazelor azotate este determinată genetic (în lanţul ADN – adenina, timina, guanina, citozina)

ACIZII DEZOXIRIBONUCLEICI - ADN se găsesc în cantitate mare în nucleul celular, în special în cromozomi. S-a semnalat

prezenţa ADN în cantităţi mici şi extranuclear în cloroplaste, mitocondrii, cantitatea de ADN raportată la nucleul celular este o constantă pentru specia

biologică sunt formaţi din adenină şi guanină (baze purinice) timină şi citozină (baze

pirimidinice) dezoxiriboză şi acid fosforic. Succesiunea bazelor azotate în lanţul polinucleotidic nu se face în mod întâmplător, ci este determinată genetic. ADN reprezintă materialul genetic de bază prin care se asigură păstrarea, exprimarea şi transmiterea caracterelor ereditare la urmaşi, fiind caracteristică oricărei specii şi fiecărui organism

În acizi dezoxiribonucleici extraşi din bacterii şi virusuri s-au identificat în cantitate foarte mică 5-metilcitozina, 5-hidroximetilcitozina şi 5-hidroximetiluracilul. sunt substanţe macromoleculare formate dintr-un număr foarte mare de mononucleotide.

Au masa moleculară între 50.000 – 3,5 milioane. Diferiţii acizi nucleici se deosebesc între ei prin succesiunea mononucleotidelor şi prin reprezentarea lor cantitativă.

N

NO

H

O

CH3

O

N

N

H2N

OH

N

N

N

N

N

N

N

N

NH2

O

OO

O

PO

OH

H HH

HO

O

O

O P

OO

OO

PO

O

O

O

P

O

O

A

T

G

C

O

NH2

CH2

CH2

CH2

CH2

Legendã:

- legãturã -glicozidicã

- legãturã fosfodiestericã

Secvenţă structurală a acizilor nucleici (un lanţ din ADN)

Structural s-a constatat că ADN este format din două lanţuri polinucleotidice lungi, răsucite, în spirală, în jurul unei axe comune de simetrie. În structura cromozomilor dimensiunea ADN-ului ajunge să fie de ordinul centimetrilor

Bazele azotate din cele două lanţuri polinucleotidice se leagă între ele prin punţi de hidrogen ceea ce imprimă sistemului stabilitate. Din punct de vedere structural este favorizată numai legarea adeninei (A) cu timina (T) şi a guaninei (G) cu citozina (C). Această comportare a bazelor azotate determină ca raportul dintre A/T şi G/C să fie 1.

Raportul ADN/ARN este constant pentru celulă

ACIZII RIBONUCLEICI ARN se găsesc în citoplasmă au rol principal în sinteza proteinelor sunt substanţe macromoleculare formate din ribonucleotide. Conţin în moleculă adenină

şi guanină (baze purinice), citozină şi uracil (baze pirimidinice), riboză şi acid fosforic. În molecula unor acizi ribonucleici se găsesc baze azotate secundare (5 metilcitozina, 5

hidroximetilcitozina, 5 hidroximetiluracilul

Sub aspectul principalelor substanţe constitutive acizii ribonucleici se deosebesc de acizii dezoxiribonucleici printr-o bază pirimidinică(uracil în loc de timină) şi prin pentoză (riboză în loc de dezoxiriboză).

structural ARN este constituit dintr-un lanţ polinucleotidic liniar, pliat fiind posibile formarea de legături de hidrogen între două segmente al aceluiaşi lanţ polinucleotidic (aici vom avea de-a lungul lanţului polinucleotidic alternanţa: adenină-uracil A-U, guanină-citozină G-C care permite stabilirea legăturilor de hidrogen specifice pentru stabilitatea macromoleculei dar raportul lor nu este egal cu 1 deoarece nu conţin al doilea lanţ polinucleotidic complementar). La ARN se vor întâlni alternativ în lanţul polinucleotidic atât structura helicoidală (caracteristică ADN - dacă structura pliată a lanţului polinucleotidic al ARN face posibilă formarea unor legături de hidrogen între bazele azotate complementare aflate faţă în faţă ca şi cum ar fi două lanţuri polinucleotidice diferite) cât şi o structură monocatenară – specifică de fapt ARN-ului..

La virusuri şi la unii bacteriofagi purtătorii informaţiei ereditare sunt acizii ribonucleici.Sub aspect structural şi funcţional se deosebesc trei tipuri de acizi ribonucleici:

- ARN mesager (care transmite informaţia genetică de la ADN cromozomal la ribozomii din citoplasmă unde are loc biosinteza substanţei proteice);- ARN ribozomal (localizat în ribozomii din citoplasmă cu rol în asamblarea sistemelor

proteosintetizante);ARN solubil sau de transport (localizat în lichidul citoplasmatic cu rol de a transporta aminoacizii activaţi în ribozomi la ARN ribozomal pentru asamblarea sistemelor sintetizantze.

VIRUSURILE sunt agenţi patogeni mai mici decât bacteriile, formaţi aproape exclusiv din

nucleoproteide. bolile provocate de virusuri se numesc viroze şi se întâlnesc atât la plante cât şi la animale

şi chiar la bacterii, fiind transmisibile. sub aspect biologic virusurile sunt cele mai simple vieţuitoare care reprezintă proprietăţi

caracteristice materiei vii. Ele se comportă ca microorganisme vii numai în interiorul celulelor şi ţesuturilor vii pe care le parazitează.

nu se dezvoltă în organismele moarte. virusurile au o mare capacitate de a produce mutaţii, datorită apariţiei unor modificări

în molecula ADN din celulele pe care le parazitează.