Download - Chimie Dentara

Transcript
  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    1/148

    1

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    2/148

    1 AMINOACIZII .....................................................................................................10

    1.1 CLASIFICAREAAMINOACIZILOR.....................................................................................11

    1.1 CLASIFICAREA AMINOACIZILOR..........................................................................111.1.1 Aminoacizii proteinogeni........................................................................................11

    1.1.1.1 Aminoacizii cu radicali nepolari.....................................................................11

    1.1.1.1 AMINOACIZII CU RADICALI NEPOLARI........................................................11

    1.1.1.2 Aminoacizii cu radicali polari.........................................................................13

    1.1.1.2 AMINOACIZII CU RADICALI POLARI.............................................................13

    1.1.2 Aminoacizi necodificai genetic, care intr n structura unor proteine.................16

    1.1.3 Aminoacizi necodificai genetic, care nu intr n structura proteinelor. ..............17

    1.2 PROPRIETILEAMINOACIZILOR....................................................................................18

    1.2 PROPRIETILE AMINOACIZILOR.......................................................................18

    1.2.1 Stereoizomeria i proprietile optice. ..................................................................18

    1.2.2 Proprietile acido-bazice......................................................................................20

    1.2.3 Proprieti chimice ale aminoacizilor ...................................................................22

    1.2.3.1 Reaciile gruprii carboxil...............................................................................22

    1.2.3.1 REACIILE GRUPRII CARBOXIL..................................................................22

    1.2.3.2 Reaciile specifice radicalilor..........................................................................22

    1.2.3.2 REACIILE SPECIFICE RADICALILOR..........................................................22

    1.2.3.3 Reaciile gruprii amino...................................................................................23

    1.2.3.3 REACIILE GRUPRII AMINO...........................................................................23

    2 PEPTIDELE........................................................................................................................24

    2.1 EXEMPLEDEPEPTIDE.....................................................................................................24

    2.1 EXEMPLE DE PEPTIDE...............................................................................................24

    2.2 PROPRIETILEPEPTIDELOR...........................................................................................26

    2Cuprins

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    3/148

    2.2 PROPRIETILE PEPTIDELOR................................................................................26

    3 PROTEINELE....................................................................................................................26

    3.1 STRUCTURAPROTEINELOR. NIVELEDEORGANIZAREASTRUCTURAL .........................27

    3.1 STRUCTURA PROTEINELOR. NIVELE DE ORGANIZAREA STRUCTURAL

    ...................................................................................................................................................27

    3.1.1 Structura primar a proteinelor. ..........................................................................28

    3.1.2 Structura secundar a proteinelor..........................................................................32

    3.1.2.1 Structura helix.............................................................................................33

    3.1.2.1 STRUCTURA HELIX..........................................................................................333.1.2.2 Structura pliat .......................................................................................33

    3.1.2.2 STRUCTURA PLIAT ...................................................................................333.1.2.3 Structurile secundare non-repetitive ...............................................................34

    3.1.2.3 STRUCTURILE SECUNDARE NON-REPETITIVE ..........................................34

    3.1.2.4 Conformaiile colagenului i elastinei.............................................................34

    3.1.2.4 CONFORMAIILE COLAGENULUI I ELASTINEI.......................................34

    3.1.3 Structura teriar a proteinelor..............................................................................38

    3.1.3.1 Studiul structurii teriare cu raze X..................................................................38

    3.1.3.1 STUDIUL STRUCTURII TERIARE CU RAZE X.............................................38

    3.1.3.2 Forele stabilizatoare ale structurii teriare.......................................................39

    3.1.3.2 FORELE STABILIZATOARE ALE STRUCTURII TERIARE.....................39

    3.1.3.3 Denaturarea proteinelor....................................................................................40

    3.1.3.3 DENATURAREA PROTEINELOR.........................................................................40

    3.1.4 Structura cuaternar a proteinelor. ......................................................................41

    3.2 SEPARAREAPROTEINELOR..............................................................................................41

    3.2 SEPARAREA PROTEINELOR.....................................................................................41

    3

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    4/148

    3.2.1 Extracia din celule.................................................................................................41

    3.2.2 Solubilitatea proteinelor.........................................................................................42

    3.2.3 Gel-filtrarea, dializa i cromatografia de afinitate................................................42

    3.2.4 Separarea proteinelor ca polielectrolii.................................................................43

    4 ACIZII NUCLEICI ............................................................................................................45

    4.1 NUCLEOBAZE,NUCLEOZIDEINUCLEOTIDE. DERIVAI.................................................45

    4.1 NUCLEOBAZE, NUCLEOZIDE I NUCLEOTIDE. DERIVAI.............................45

    4.1.1 Nucleobaze..............................................................................................................45

    4.1.2 Nucleozidele............................................................................................................46

    4.1.3 Nucleotidele............................................................................................................47

    4.2 STRUCTURAPRIMARAACIZILORNUCLEICI. ...............................................................48

    4.2 STRUCTURA PRIMAR A ACIZILOR NUCLEICI. ...............................................48

    4.3 CONFORMAIILE ADN. .................................................................................................51

    4.3 CONFORMAIILE ADN. .............................................................................................51

    4.3.1 Forele stabilizatoare ale conformaiei ADN.........................................................52

    4.3.2 Denaturarea acizilor nucleici.................................................................................52

    4.4 PROIECTUL GENOMULUMAN......................................................................................53

    4.4 PROIECTUL GENOMUL UMAN.............................................................................53

    5 CROMOPROTEINELE.....................................................................................................55

    5.1 IMPORTANACROMOPROTEINELOR................................................................................55

    5.1 IMPORTANA CROMOPROTEINELOR..................................................................55

    5.2 STRUCTURILEMIOGLOBINEIIHEMOGLOBINEI..............................................................56

    5.2 STRUCTURILE MIOGLOBINEI I HEMOGLOBINEI..........................................56

    5.3 OXIGENAREAMIOGLOBINEIIHEMOGLOBINEI..............................................................58

    5.3 OXIGENAREA MIOGLOBINEI I HEMOGLOBINEI............................................58

    5.3.1 Efectul Bohr............................................................................................................61

    4

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    5/148

    5.3.2 2,3-difosfoglicerat (2,3-DPG), efector alosteric al hemoglobinei. .......................62

    5.4 DERIVAIIHEMOGLOBINEI.............................................................................................63

    5.4 DERIVAII HEMOGLOBINEI.....................................................................................63

    5.4.1 Oxihemoglobina. ....................................................................................................63

    5.4.2 Carbaminohemoglobina. .......................................................................................63

    5.4.3 Carboxihemoglobina. ............................................................................................64

    5.4.4 Methemoglobina. ...................................................................................................64

    5.4.5 Glicohemoglobina (HbA1c). ..................................................................................64

    6 GLUCIDELE.......................................................................................................................65

    6.1 ASPECTEGENERALE ......................................................................................................65

    6.1 ASPECTE GENERALE .................................................................................................65

    6.2 MONOZAHARIDELE.........................................................................................................66

    6.2 MONOZAHARIDELE....................................................................................................66

    6.2.1 Stereoizomerie........................................................................................................66

    6.2.2 Forme ciclice ale monozaharidelor........................................................................69

    6.2.3 Derivaii monozaharidelor ....................................................................................70

    6.2.3.1 Condensarea cu alcooli....................................................................................70

    6.2.3.1 CONDENSAREA CU ALCOOLI.............................................................................70

    6.2.3.2 Oxidarea i reducerea monozaharidelor...........................................................70

    6.2.3.2 OXIDAREA I REDUCEREA MONOZAHARIDELOR.....................................70

    6.2.3.3 Ali derivai ai glucidelor.................................................................................71

    6.2.3.3 ALI DERIVAI AI GLUCIDELOR......................................................................716.3 DIZAHARIDEIPOLIZAHARIDE.......................................................................................72

    6.3 DIZAHARIDE I POLIZAHARIDE.............................................................................72

    7 LIPIDELE............................................................................................................................78

    7.1 LIPIDE, GENERALITIIIMPORTANABIOLOGIC ......................................................78

    5

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    6/148

    7.1 LIPIDE, GENERALITI I IMPORTANA BIOLOGIC ..................................78

    7.2 TRIGLICERIDELE.............................................................................................................79

    7.2 TRIGLICERIDELE........................................................................................................79

    7.3 FOSFOGLICERIDELE........................................................................................................80

    7.3 FOSFOGLICERIDELE..................................................................................................80

    7.4 SFINGOLIPIDELE..............................................................................................................83

    7.4 SFINGOLIPIDELE.........................................................................................................83

    7.5 STEROIZII........................................................................................................................84

    7.5 STEROIZII.......................................................................................................................847.6 PROSTAGLANDINELE.......................................................................................................85

    7.6 PROSTAGLANDINELE.................................................................................................85

    7.7 LIPOPROTEINELE.............................................................................................................86

    7.7 LIPOPROTEINELE........................................................................................................86

    8 VITAMINELE.....................................................................................................................87

    8.1 GENERALITI................................................................................................................87

    8.1 GENERALITI.............................................................................................................87

    8.2 VITAMINEHIDROSOLUBILE.............................................................................................89

    8.2 VITAMINE HIDROSOLUBILE....................................................................................89

    8.2.1 Vitamina B1-Tiamina..............................................................................................89

    8.2.2 Acizii lipoici, acizi tioctici......................................................................................91

    8.2.3 Acidul pantotenic ...................................................................................................93

    8.2.4 Nicotinamida, vitamina PP.....................................................................................94

    8.2.5 Riboflavina, vitamina B2........................................................................................96

    8.2.6 Piridoxina, vitamina B6..........................................................................................98

    8.2.7 Biotina, vitamina B7 ............................................................................................100

    8.2.8 Acidul folic............................................................................................................102

    6

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    7/148

    8.2.9 Ciancobalamina, vitamina B12............................................................................104

    8.2.10 Acidul ascorbic, vitamina C ..............................................................................105

    8.3 VITAMINELIPOSOLUBILE..............................................................................................108

    8.3 VITAMINE LIPOSOLUBILE......................................................................................108

    8.3.1 Vitaminele A..........................................................................................................108

    8.3.2 Vitaminele D ........................................................................................................109

    8.3.3 Vitaminele E..........................................................................................................112

    8.3.4 Vitaminele K.........................................................................................................113

    8.3.5 Vitaminele F..........................................................................................................115

    9 COMPOZIIA CHIMIC A DINILOR......................................................................118

    9.1 SMALUL......................................................................................................................118

    9.1 SMALUL......................................................................................................................118

    9.1.1 Constituenii anorganici ai smalului...................................................................118

    9.1.2 Constituenii organici ai smalului ......................................................................124

    9.2 DENTINA.......................................................................................................................125

    9.2 DENTINA.......................................................................................................................125

    9.2.1 Constituenii anorganici ai dentinei.....................................................................125

    9.2.2 Constituenii organici ai dentinei.........................................................................125

    9.3 CEMENTUL....................................................................................................................126

    9.3 CEMENTUL...................................................................................................................126

    9.4 PULPA...........................................................................................................................127

    9.4 PULPA.............................................................................................................................127

    9.4.1 Constituenii anorganici ai pulpei........................................................................127

    9.4.2 Constituenii organici ai pulpei............................................................................127

    10 MINERALIZAREA CEMENTULUI DENTINEI I MINERALIZAREA

    SMAULUI...........................................................................................................................128

    10.1 CALCIFIEREACEMENTULUIIADENTINEI.................................................................128

    7

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    8/148

    10.1 CALCIFIEREA CEMENTULUI I A DENTINEI..................................................128

    10.2 CALCIFIEREASMALULUI...........................................................................................132

    10.2 CALCIFIEREA SMALULUI...................................................................................132

    11 PROCESULUI DE FORMARE A DINILOR...........................................................133

    12 CHIMIA SALIVEI..........................................................................................................133

    12.1 COMPOZIIACHIMICASALIVEI................................................................................134

    12.1 COMPOZIIA CHIMIC A SALIVEI.....................................................................134

    12.2 COMPUIIANORGANICI...............................................................................................134

    12.2 COMPUII ANORGANICI........................................................................................134

    12.3 COMPUIIORGANICI...................................................................................................134

    12.3 COMPUII ORGANICI.............................................................................................134

    12.4 PROPRIETILESALIVEI.............................................................................................135

    12.4 PROPRIETILE SALIVEI.....................................................................................135

    13 NOIUNI DE BAZ ALE CHIMIEI POLIMERILOR ORGANICI.......................136

    13.1 GENERALITI ...........................................................................................................136

    13.1 GENERALITI ........................................................................................................136

    13.2 REACIIDEFORMAREAPOLIMERILOR.......................................................................137

    13.2 REACII DE FORMARE A POLIMERILOR.........................................................137

    13.2.1 Reacia de polimerizare......................................................................................137

    13.2.1.1 Polimerizarea prin mecanism radicalic........................................................138

    13.2.1.1 POLIMERIZAREA PRIN MECANISM RADICALIC.....................................138

    13.2.1.2 Polimerizarea prin mecanism ionic..............................................................140

    13.2.1.2 POLIMERIZAREA PRIN MECANISM IONIC................................................140

    13.2.2 Reacia de policondensare..................................................................................141

    8

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    9/148

    13.3 CONCEPTULDEPOLIMERIIONICI................................................................................143

    13.3 CONCEPTUL DE POLIMERI IONICI....................................................................143

    14 CIMENTURI FOLOSITE N MEDICINA DENTAR..............................................144

    14.1 CIMENTURILEFOSFATDEZINC...................................................................................144

    14.1 CIMENTURILE FOSFAT DE ZINC.........................................................................144

    14.2 CIMENTURILESILICAT................................................................................................144

    14.2 CIMENTURILE SILICAT.........................................................................................144

    14.3 CIMENTURILEOXIDDEZINC/EUGENOL......................................................................145

    14.3 CIMENTURILE OXID DE ZINC/EUGENOL........................................................145

    14.4 CIMENTURIPOLICARBOXILATDEZINC.......................................................................146

    14.4 CIMENTURI POLICARBOXILAT DE ZINC.........................................................146

    14.5 CIMENTURIIONOMEREDESTICL..............................................................................148

    14.5 CIMENTURI IONOMERE DE STICL..................................................................148

    15 AMALGAMELE.............................................................................................................151

    15.1 GENERALITI............................................................................................................151

    15.1 GENERALITI.........................................................................................................151

    15.2 PILITURA.....................................................................................................................152

    15.2 PILITURA....................................................................................................................152

    15.3 PARTICULESFERICE....................................................................................................152

    15.3 PARTICULE SFERICE..............................................................................................152

    15.4 STRUCTURAIFENOMENULDEPRIZ........................................................................152

    15.4 STRUCTURA I FENOMENUL DE PRIZ...........................................................152

    15.4.1 Mecanismul de priz al amalgamelor cu coninut redus de cupru....................153

    15.4.2 Mecanismul de priz al amalgamelor cu coninut crescut de cupru..................154

    9

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    10/148

    I. CHIMIA BIOMOLECULELOR

    1 AMINOACIZII

    n natur exist mai mult de o sut de aminoacizi, dar acest

    capitol se va limita la caracterizarea a unui sfert din acetia care sunt cei

    mai importani n biologia mamiferelor i bacteriilor. Dintre acetia toi

    sunt constitueni ai proteinelor, cu excepia a patru sau cinci. Toiaminoacizii care formeaz proteinele au gruparea NH2 legat de

    atomul de carbon alturat gruprii COOH. Din acest motiv aceti

    aminoacizi se numesc aminoacizi (atomii de carbon sunt denumii

    , , , , etc. ncepnd cu carbonul de care se leag gruparea COOH

    10

    COOH

    H

    C

    C

    C

    C

    H2N

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    11/148

    1.1Clasificarea aminoacizilor

    O clasificare fcut n funcie de structura chimic mparte aminoacizii n 6 clase:

    monoamino-monocarboxilici, diamino-monocarboxilici, monoamino-dicarboxilici,

    hidroxiamino-acizi, tioamino-acizi i ciclici. Cea mai utilizat clasificare a celor 20 deaminoacizi proteinogeni ine cont de polaritatea radicalilor R ai acestora. Utilitatea acestei

    clasificri rezid din tendina proteinelor aflate n soluie apoas s adopte acele conformaii

    (aranjamente spaiale ale atomilor constitueni) n care radicalii hidrofili (polari) se orienteaz

    n aa fel nct s fie hidratai, iar radicalii hidrofobi ( nepolari) se orienteaz astfel nct s

    exclud contactul lor cu moleculele de ap.

    1.1.1 Aminoacizii proteinogeni.

    Analiza unui mare numr de proteine a artat c ele sunt compuse din resturile a 20 de

    aminoacizi care particip la biosinteza lor. Aceti aminoacizi se numesc proteinogeni sau

    "standard". Cu excepia prolinei toi ceilali sunt -aminoacizi avnd structura general R-

    CH(NH2)COOH. Cu excepia glicinei, dup cum rezult din structura generat, la toi ceilali

    aminoacizi atomul de C este asimetric.

    1.1.1.1 Aminoacizii cu radicali nepolari.

    1. Glicina; Gly; G; Acid aminoacetic. Numit i glicocol acest aminoacid

    are cel mai mic radical, un atom de hidrogen. Glicina constituie o treime din

    radicalii aminoacizilor din structura colagenului i a gelatinei care este produs

    al hidrolizei pariale a colagenului. Organismul sintetizeaz glicina i, n afara

    biosintezei proteinelor, ea servete la sinteza srurilor biliare primare, a bazelor purinice .a.

    Glicina este un neurotransmitor inhibitor. Ea particip la detoxifierile hepatice. Datorit

    volumului su mic, radicalul opune cea mai mic piedic steric pentru radicalii vecini,

    particularitate important pentru stabilitatea moleculei de colagen.

    2. Alanina; Ala; A; Acid -aminopropionic. Cu excepia prolinei toi

    aminoacizii proteinogeni pot fi considerai ca derivai ai alaninei. Organismul

    sintetizeaz alanina iar prin transformrile pe care le sufer n celul, ea face

    legtura dintre metabolismul proteic i glucidic.

    3. Valina; Val; V; Acid -aminoizovalerianic. Ovalbumina,

    cazeina i globulinele sanguine sunt proteine bogate n valin. n cursul

    evoluiei lor anumite forme de via au pierdut capacitatea de sintez a

    11

    H C

    NH3+

    COO-

    H

    H C

    NH3+

    COO-

    CH3

    H C

    NH3+

    COO-

    CH

    CH3

    CH3

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    12/148

    unor aminoacizi. Omul nu poate sintetiza valina i prin urmare ea este indispensabil n

    alimentaia lui. Din acest motiv valina se numete aminoacid esenial. Aminoacizii pe care

    organismul uman i poate sintetiza n suficient cantitate pentru a acoperi necesitile

    organismului se numesc neeseniali. Aminoacizii a cror biosintez nu acoper necesitile se

    numesc semieseniali.

    4. Leucina; Leu; L; Acid -aminoizocaproic. Este prezent

    n cantiti nsemnate n structura globulinelor. Leucina este un

    aminoacid esenial organismul fiind capabil s o transforme n

    compui numii corpi cetonici. Are o mic solubilitate n ap. n

    smalul incisivilor centrali, de la ftul uman s-a reuit izolarea leucinei n cantiti apreciabile.

    Leucin s-a identificat i ntr-un peptid izolat din smalul imatur de bovine.

    5. Izoleucina; Ile; I; Acid -metil-,-aminovalerianic. Este un izomer de caten al

    leucinei, aminoacid esenial care ca i leucina are o mic

    solubilitate n ap datorit caracterului hidrofob al

    radicalului. n cazul aminoacizilor prezentai pn acum,

    acest caracter se intensific ncepnd cu glicina i terminnd

    cu leucina i izoleucina care au cei mai voluminoi radicali. Izoleucina conine doi atomi de

    carbon asimetrici.

    6. Metionina; Met; M; Acid -amino-S-

    metiltiobutiric. Se gsete n cantiti nsemnate n

    cazein. n organism joac un rol important ca

    donator de grupri metil, n reacia de transmetilare. Favorizeaz transformarea grsimilor

    insolubile n lecitine mai solubile mpiedicnd degenerescena gras a ficatului. Particip la

    hematopoez i la detoxifierile hepatice. Metionina este un aminoacid esenial, principal

    surs de sulf organic pentru organism.

    7. Prolina; Pro; P; Acid pirolidin--carboxilic. Este un -aminoacid cu grupare amino

    secundar care face parte din categoria aminoacizilor la care un atom

    din gruprile funcionale particip la nchiderea unui ciclu. Structura

    rigid, fr libertate de rotaie a ciclului prolinei n jurul legturilor

    peptidice prin care el este inserat n catena polipeptidic, influeneaz

    puternic panta de ncolcirea, specific, a colagenului. Prolina este un

    12

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 CH

    CH3

    CH3

    H C

    NH3+

    COO-

    C* CH2 CH3

    CH3

    H

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 CH2 S CH3

    H2

    H2

    H2

    H

    C

    CC

    C

    N

    -OOC

    H

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    13/148

    aminoacid neesenial. Ea a fost identificat n proteinele izolate din smalul matur ct i n

    smalul imatur al ftului, unde reprezint un sfert din totalul de resturi de aminoacizi ai

    proteinei izolate.

    8. Fenilalanina; Phe; F. Este prezent n aproape toate proteinele cunoscute. Cele mai

    bogate n fenilalanin sunt ovalbumina, cazeina, colagenul.

    Radicalul ei are o pronunat hidrofobicitate. Este un aminoacid

    esenial, principal surs de nuclee benzenice pentru organism.

    9. Triptofanul; Trp; W; Acid -amino--

    indolilpropionic. Acest aminoacid are un nucleu

    heterociclic numit indol. Se gsete n aproape toate

    proteinele iar n organism servete la sinteza serotoninei,

    vitaminei PP .a. Triptofanul este un aminoacid esenial,

    lipsa lui din alimentaie determinnd grave tulburri. Ca i n cazul fenilalaninei, radicalul su

    este foarte hidrofob.

    1.1.1.2 Aminoacizii cu radicali polari.

    1. Serina; Ser; S; Acid -amino--hidroxipropionic. Este prezent n proporie mare n

    sericin (proteina mtsii naturale). Joac un rol important n centrul

    activ al enzimelor numite serin-enzime. O concentraie mare de serin

    s-a gsit n proteinele din smalul dinilor i pare s fie o caracteristic

    a proteinelor din smalul matur. Rolul posibil al serinei este c de ea

    leg o grupare fosfat care este iniiatoarea formrii cristalelor anorganice din smal. De

    asemene n fosfoproteinele din dentin, serina i fosfoserina au o pondere important. Tot de

    aceast grupare (OH) se leag covalent oligozaharidele (catene de monozaharide sau derivai

    ai lor, cu numr mic de subuniti) la catena polipeptidic din structura glicoproteinelor.

    Organismul sintetizeaz serina din glicin i o folosete chiar i pentru sinteza unor lipide

    (fosfatidilserine).

    2. Treonina; Thr; T; Acid -amino--hidroxibutiric. Omolog

    superior al serinei, treonina joac un rol similar cu al acesteia n

    centrul activ al. enzimelor. Este, de asemenea, centru de legare a

    oligozaharidelor n glicoproteine. Treonina este un aminoacid esenial

    i conine doi atomi de carbon asimetrici.

    13

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2

    N

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 OH

    H C

    NH3+

    COO-

    C* CH3

    H

    OH

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    14/148

    3. Asparagina; Asn; N; Acid -amino--amidosuccinic.

    Este amida acidului aspartic. Gruparea amidic poate fi locul de

    legare covalent a oligozaharidelor n glicoproteine. Asparagina

    este mai rspndit n proteinele vegetale dect n cele animale.Gruparea amidic, dei nu are caracter acid, poate participa la formarea legturilor de

    hidrogen. Este un aminoacid neesenial. Grupare amidic hidrolizeaz transformndu-se n

    grupare carboxil i rezultnd acid aspartic, din acest motiv cnd nu se poate preciza care

    dintre radicalii celor doi aminoacizi se afl ntr-o poziie pe catena polipeptidic, se indic

    prescurtarea Asx sau B.

    4. Glutamina; Gln; Q; Acid -amino--

    amidoglutaric. Este omologul superior al asparaginei.Particip la fel ca i asparagina la legturi de hidrogen.

    Este un aminoacid neesenial. n caz de incertitudine se

    simbolizeaz cu Glx sau Z. Glutamina este forma detoxifiat de transport a amoniacului

    metabolic.

    5. Tirozina; Tyr; Y; p-Hidroxifenilalanin. Este un

    aminoacid cu o larg rspndire n structura proteinelor.

    Tirozina joac un rol important n centrul activ al

    enzimelor unde funcioneaz ca donor de protoni.

    Organismul o sintetizeaz prin hidroxilarea fenilalaninei i prin urmare este un aminoacid

    neesenial. Tirozina servete la sinteza unor compui cum sunt catecolaminele, hormonii

    tiroidieni, melaninele. Alturi de leucin se ntlnete n polipeptidele din smalul matur uman

    i n smalul bovinelor. De asemenea, tirozina intr n compoziia colagenului.

    6. Cisteina; Cys; C; Acid -amino--tiopropionic. Se gsete n mari cantiti n

    keratine. Gruparea tiol a cisteinei este uor oxidabil, chiar i cu

    oxigen molecular transformndu-se prin formarea unei puni

    disulfurice n cistin. Puntea disulfuric poate lega catene

    polipeptidice diferite ca de pild n keratine, sau poate produce

    plierea unei singure catene ca n cazul ribonucleazei (enzim care catalizeaz hidroliza ARN).

    Capacitatea de a se oxida a cisteinei, face ca ea sau unii compui care o conin, ca de exemplu

    glutationul, s participe la procesele oxido-reductoare din celule. Cisteina joac un rol

    14

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 C

    O

    NH2

    H CNH3

    +

    COO-

    CH2 CH2 C

    O

    NH2

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 OH

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 SH

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    15/148

    important n centrul activ al tiol-enzimelor. Atomii de sulf tiolic reacioneaz cu metalele

    grele (mercur, plumb .a.) ceea ce explic otrvirea tiol-enzimelor cu aceste metale. Datorit

    solubilitii reduse, n situaii patologice, cisteina se poate acumula n calculi vezicali sau

    renali. Cisteina este un aminoacid neesenial.

    7. Lizina; Lys; K; Acid , -

    diaminocaproic. Este prezent n aproape

    toate proteinele cunoscute de origine

    animal. Lizina joac un rol important n

    procesele de cretere, lipsa ei n diet provoac tulburri ale acestora. Este un aminoacid

    esenial: Bazicitatea gruprii -amino, face ca, n condiii fiziologice (t = 37C; pH = 7,4),

    aceast grupare s fie protonat, ceea ce confer radicalului lizinei sarcina electric pozitiv

    (q = +1 u.e.s.). Datorit sarcinii i reactivitii ei, aceast grupare asociaz sau leag

    coenzimele la catena polipeptidic a enzimelor.

    8. Arginina; Arg ;R; Acid -

    amino--guanidinovalerianic. Prin

    hidroliz aginina produce un acid , -

    diamino-monocarboxilic, ornitina,

    implicat n ciclul ureogenetic. Arginina alturi de ornitin particip la transformareaamoniacului metabolic n uree (ureogeneza). Arginina este principalul component al unor

    proteine bazice protaminele i histonele. ntruct n timpul creterii organismului, biosinteza

    argininei nu acoper necesarul, el este un aminoacid semiesenial. Datorit bazicitii sale

    mari gruparea guanidil este n stare protonat.

    9. Histidina; His; H; Acid -amino--imidazolilpropionic.

    Se gsete n cantitate mare n proteina hemoglobinei, globina

    (cca. 10 % procente masice). Histidina joac un rol important ncentrul activ al multor enzime din clasa hidrolazelor (enzime care

    catalizeaz reacii de hidroliz). Este un aminoacid semiesenial.

    10. Acidul aspartic; Asp; D; Acidul aminosuccinic. Acidul aspartic sau aspartatul se

    gsete n cantiti apreciabile n structura albuminei i

    globulinelor sanguine, dar i n proteinele vegetale. Este un

    aminoacid neesenial pe care organismul l folosete n

    15

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 CH2 CH2 CH2 NH3+

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 CH 2 CH2 NH C

    NH2+

    NH2

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2

    N

    N

    H

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 C

    O

    O-

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    16/148

    ureogenez i n sinteza bazelor pirimidinice. Aspartatul este un neurotransmitor excitator.

    Datorit aciditii gruprii carboxil a radicalului, la pH fiziologic aceast grupare este

    ionizat, ceea ce confer radicalului sarcina q = -1. Din acest motiv cel mai frecvent se

    folosete denumirea de aspartat i nu de acid aspartic indiferent dac aminoacidul este liber

    sau legat ntr-o caten polipeptidic.

    11. Acidul glutamic; Glu; E; Acid -amino-glutaric.

    Acidul glutamic sau glutamatul se gsete n numeroase

    proteine vegetale i animale cum ar fi gliadina din gru i

    cazeina. El este un aminoacid neesenial care ocup o poziie

    central n metabolismul aminoacizilor. Este un neurotransmitor excitator. Ca i la aspartat

    datorit aciditii gruprii carboxil a radicalului, la pH fiziologic radicalul are sarcina q = -l.

    De aceea denumirea mai frecvent folosit este aceea de glutamat.

    1.1.2 Aminoacizi necodificai genetic, care intr n structura unor proteine.

    Codul genetic este identic pentru aproape toate formele de via cunoscute, el conine numai

    cei 20 de aminoacizi "standard" . Cu toate acestea exist n plus mai muli aminoacizi care se

    ntlnesc n componena unor proteine ai cror radicali apar ca urmare a unor modificri

    chimice pe care le sufer radicalii aminoacizilor standard dup ce catena polipeptidic a fost

    sintetizat. Aceste modificri fac parte dintr-un proces mai amplu numit procesare post-

    translaional a catenelor polipeptidice native.

    Hidroxiprolina i hidroxilizina sunt

    constitueni importani ai colagenului.

    Hidroxiprolina mpreun cu prolina, reprezint

    20-25% din totalul resturilor de aminoacizi din

    colagen. Hidroxiprolina se ntlnete i n proteinele din smalului, care sunt diferite de

    colagen, avnd o structur pliat (colagenul are o structur triplu helical). Hidroxilizina

    contribuie la maturizarea colagenului prin formarea unor legturi ncruciate ntre lanurile

    polipeptidice ale colagenului. De asemenea, hidroxilizina formeaz legturi O-glicozidice cu

    glucidele ce fac parte din structura colagenului de la vertebrate.

    Apariia gruprilor hidroxil legate la radicali Pro i

    Lys se datoreaz aciunii catalitice a unor enzime din clasa

    hidroxilazelor, care acioneaz numai dup constituirea

    16

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 C

    O

    O-

    CH2

    H2

    H2

    H

    C

    CC

    C

    N

    -OOC

    H

    1

    23 4

    5

    H

    OH

    H C

    NH3+

    COO-

    1

    2 3 4 5 6CH2 CH2CH2 CH NH3

    +

    OH

    NH2

    CH2

    CH

    H2NCH

    COOH

    O

    CH2

    CH2

    o

    CH2OH

    o

    CH2OH

    HO

    H

    H

    HH

    OHH

    O

    H

    H

    HHH

    HO

    OH

    OH

    H C CH2 CH2 S CH3

    COOH

    NH CH

    O

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    17/148

    lanului polipeptidic. Hidroxilazele, respectiv peptidil prolin hidroxilaz i peptidil lisil

    hidroxilaz, necesit drept cofactori, oxigen molecular, ioni de fer 2+, -cetoglutarat i nu n

    ultimul rnd acid ascorbic.

    N-formilmetionina este captul N-terminal al tuturor proteinelor organismelorprocariote care, este ndeprtat n cursul maturizrii lor.

    Acidul -carboxiglutamic se asociaz cu ionul de Ca2+ ceea ce confer proteinelor dincare acest aminoacid face parte, o afinitate crescut pentru

    acest ion. Mai multe proteine implicate n coagularea

    sngelui prezint aceast proprietate, ionul Ca2+ fiind un

    important factor al coagulrii.

    1.1.3 Aminoacizi necodificai genetic, care nu

    intr n structura proteinelor.

    Aceti aminoacizi, ca i cei menionai anterior nu sunt codificai din punct de vedere genetic

    dar, spre deosebire de aceia, nu apar n structura proteinelor.

    -Alanina intr n compoziia acidului pantotenic, compusdin grupa vitaminelor B.

    Acidul aminobutiric (GABA), este unneurotransmitor inhibitor.

    Homoserina, omolog superior al serinei, este intermediar n

    biosinteza unor aminoacizi.

    Homocisteina, omolog superior al cisteinei, este intermediar al

    metabolismului aminoacizilor cu sulf.

    Ornitina este intermediar al ureogenezei.

    Acidul p-aminobenzoic (PABA) intr n compoziia acidu1ui folic, esterii si fiind

    folosii ca anestezici locali (procaina, novocaina).

    3, 5, 3', 5' - Tetraiodotironina (tiroxina) este hormon tiroidian.

    17

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 CHCOO

    -

    COO-

    H C

    COO-

    CH2 NH3

    O CH2 CH

    COO-

    NH3+

    HO

    I I

    I I

    COO-

    CH2 CH2CH2

    NH3

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 CH2 SH

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 CH2

    OH

    H C

    NH3+

    COO-

    CH2 CH2CH2 NH3+

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    18/148

    1.2Proprietile aminoacizilor

    1.2.1 Stereoizomeria i proprietile

    optice.

    Datorit faptului c, cu excepia glicinei, la toi aminoacizii atomul C este asimetric, ei sunt

    optic activi. Un atom de carbon asimetric se mai numete centru chiral.

    Cnd un fascicul de lumin monocromatic plan-polarizat strbate un strat, cu grosimea

    de 1 dm de soluie a unui compus optic activ, de concentraie c (g/ml), planul de polarizare al

    luminii se rotete cu unghiul (rad). Acest unghi mai

    depinde de lungimea de und a radiaiei luminoase,

    temperatur i solventul soluiei. O msur cantitativ a

    activitii optice este rotaia specific. Msurarea

    unghiurilor de rotaie optic se face cu polarimetrul, scopul

    fiind de obicei determinarea concentraiei, compusului

    optic activ din soluie.

    Unul din neajunsurile sistemului de clasificare n izomeri optici este acela c el nu

    furnizeaz nici o indicaie privind configuraia absolut, adic poziia substituenilor n jurul

    centrului chiral. Convenia Fischer este un criteriu sistematic de clasificare care folosete ca

    structur de baz glicerinaldehida, cea mai simpl monozaharid cu un atom de carbon

    asimetric. Conform acestei conveniei, enantiomerii levogir (-) i dextrogir (+) ai

    glicerinaldehidei sunt notai cu simbolurile L i respectiv D. Dup regulile Fischer legturile

    chimice trasate vertical sunt dirijate n spatele planului paginii iar cele orizontale sunt dirijate

    deasupra acestui plan. Probabilitatea ca formulele lui Fischer s fie corecte a fost de 50 %. n

    1949, cu ajutorul tehnicilor cristalografice de raze X, s-a vzut c, alegerea lui Fischer a fost

    corect, adic stereoizomerul L al glicerinaldehidei coincide cu enantiomerul levogir al ei i,

    n consecin, D coincide cu cel dextrogir.

    La aminoacizi, pentru stabilirea configuraiilor acestora, se ine cont de urmtoarea

    secven de citire a substituenilor legai la C i anume: NH2, COOH, R. Dac molecula de

    18

    HO

    CHO

    HC

    CH2OH

    CHO

    H C

    CH2OH

    OH

    L D

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    19/148

    aminoacid este aezat n aa fel nct atomul de hidrogen s fie diametral opus ochiului, iar

    secvena sus menionat de deruleaz n sens antiorar, aminoacidul face parte din seria L i

    invers.

    Toi aminoacizii rezultai prin hidroliza blnd a proteinelor au configuraia

    stereochimic L. Exist organisme, n special bacteriile, care au n coninutul proteinelor

    proprii, D-aminoacizi. Acestea sunt constituente ale biomoleculelor din pereilor celulelor

    bacteriene. Probabil c prezena lor acolo confer anumit rezisten acestor perei fa de

    atacul peptidazelor, enzime care catalizeaz hidroliza legturilor peptidice, pe care mai multe

    organisme le utilizeaz pentru a digera aceti perei. D-aminoacizi se gsesc i n structura

    antibioticelor valinomicina, actinomicina D i gramicidina S.

    Spre deosebire de enantiomeri care difer doar prin sensul de rotaie a planului luminii

    polarizate, diastereoizomerii sunt diferii ntre ei prin numeroase proprieti fizice i chimice:

    punct de topire, spectru, reactivitate chimic. Prin urmare ei sunt compui diferii n sens

    uzual. Acest lucru este explicabil deoarece la enantiomeri gruprile care compun molecula au

    aceleai poziii relative, aa c un reactant vine n contact cu aceleai grupri. Dimpotriv, la

    diastereoizomeri poziiile reciproce ale gruprilor sunt diferite.

    n pofida utilitii sale practice, convenia Fischer este uneori ambigu, n special cnd se

    aplic moleculelor cu mai muli atomi de carbon asimetrici. Din acest motiv Robert Cahn,

    Christopher Ingold i Vladimir Prelog au formulat n 1956, sistemul RS care permite

    descrierea precis a acestor molecule. n acest sistem cei patru substitueni legai la centrul de

    asimetrie sunt ierarhizai ntr-o ordine de prioritate. La baza ei st regula dup care atomul cu

    numr atomic mai mare are prioritate fa de cel cu numr atomic mai mic. Dac substituenii

    se leag, la centrul chiral prin atomii aceluiai element, prioritatea lor este stabilit de

    numerele atomice ale celorlali atomi din componen.

    Pentru a stabili configuraia n sistem (RS) a unui centru chiral, se privete molecula

    dinspre centru spre substituentul cu prioritatea cea mai mic. Presupunem c ceilali 3substitueni au ordinea de prioritate W>X>Y. Dac citirea n aceast ordine a lor se face n

    sensul orar, configuraia centrului chiral se noteaz cu (R). Litera provine din cuvntul latin

    rectus. Dac citirea se face in sens antiorar, notarea se face cu ( S) de la sinistrus. Prin urmare

    L-glicerinaldehida este (S) glicerinaldehida. Cu excepia L-Cys, care este (R)-Cys, toi

    19

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    20/148

    aminoacizii proteinogeni monochirali sunt (S)-aminoacizi. L-Thr este (2S, 3R) - Thr iarL-Ile

    este (2S, 3S)-Ile.

    Reaciile chimice de sintez ale moleculelor chirale produc de obicei amestecuri

    racemice. Una din trsturile lumii vii este capacitatea ei de a produce activitate optic.

    Biosinteza unei substane chirale produce totdeauna numai unul din stereoizomeri. Faptul c

    toi aminoacizii proteinogeni au configuraie L este o ilustrare a acestei reguli.

    1.2.2 Proprietile acido-bazice.

    n soluii neutre, ca i n stare cristalin, gruparea -aminocarboxilic din aminoacizi are

    structur dipolar sau amfiionic.

    n soluie un acid monoamino-monocarboxilic, n funcie de pH poate exista sub

    forma a 3 specii ionice, nici una neionic:

    H3N+CH(R)COOH - cation

    H3N+CH(R)COO- - amfiion

    H2NCH(R)COO- - anion

    Echilibrele care se stabilesc ntre aceste specii ionice pot fi studiate prin urmtorul

    experiment aplicat la glicin. Unui litru de soluie de glicin 1M i se adaug NaOH i se

    urmrete variaia pH-ului. Se procedeaz la fel adugndu-se HCl, obinndu-se o curb de

    titrare. Aceiai curb se obine dac se, titreaz cu NaOH o soluie de glicin 1M al crui pH a

    fost ajustat cu HCl n prealabil la aproximativ 1. La pH acid exist un echilibru chimic ntre

    cationii i amfiionii moleculelor de glicin: H3N+CH2COOH H3N+CH2COO- + H+

    La pH alcalin exist un echilibru

    chimic ntre amfiionii i anionii

    moleculelor de glicin:

    H3N+CH2COO- H2NCH2COO- +

    H+

    Curba de titrare a 1 litru de

    soluie de aminoacid (glicin) 1 M cu

    NaOH. Valorile nscrise pe abscis

    indic numrul de echivaleni de baz.

    n chenare apar formulele speciilor

    ionice de aminoacizi. Platourile din

    20

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    21/148

    jurul valorilor pH = pK1' i pH = pK2' sunt intervale de pH n care soluia de glicin are

    capacitate de tamponare.

    Constanta de aciditate clasic a cationului este dat de relaia:

    [ ] [ ]+

    +

    +

    = H

    COOHCHNH

    COOCHNHK

    23

    23'1

    Constanta de aciditate clasic a amfiionului este dat de relaia:

    [ ][ ]+

    +

    = H

    COOCHNH

    COOCHNHK

    23

    22'

    2

    Logaritmnd aceast expresie obinem, n cazul echilibrului cation-amfiion:

    [ ]COOHCHNHCOOCHNH

    logpKpH23

    23'

    1

    +=

    +

    +

    n cazul echilibrului amfiion-anion obinem:

    [ ]+

    +=

    COOCHNH

    COOCHNHlogpKpH

    23

    22'

    2

    n curba de titrare prezent mai sus se vede c atunci cnd pH pK', adaosurile, deacid sau baz modific puin pH-ul soluiei de glicin. Deci soluia de glicin are capaciti

    maxime de tamponare la pH = 2,3 i la pH = 9,6.

    pH-ul izoelectric pI este pH-ul la care numrul sarcinilor pozitive asociate la

    moleculele de aminoacizi este egal cu numrul sarcinilor negative. La pH izoelectric acizii

    monoamino-monocarboxilici se gsesc numai sub form de amfiioni. n consecin ei nu

    21

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    22/148

    C

    S

    NH2

    H CH2 SH

    COO

    C

    NH2

    + HCH2HS

    1/2O2H2O

    CH2 H

    NH2

    CCH2H C

    COOH

    S

    COOHNH2 cistin

    migreaz n cmp electric, proprietate folosit pentru separarea lor. La pI solubilitatea acestor

    aminoacizi este minim, deoarece amfiionii se atrag puternic ntre ei. pI-ul se poate calcula

    pentru aminoacizii monoaminomonocarboxilici, ca fiind egal cu semisuma valorilor pK.

    Deci sarcina electric pe care o poart fiecare dintre aminoacizi depinde de pH-ul

    soluiei n care se gsesc. innd seama c n organismele vii aminoacizii sunt cuprini n

    lanurile polipeptidice ale proteinelor este important de tiut comportarea ca acizi sau baze a

    resturilor de aminoacid, ct i sarcina electric pe care o poart aceste resturi la pH-ul

    fiziologic. Resturile aspartil i glutamil au n aceste condiii o sarcin net () pe cnd

    resturile lizil, arginil i histidil au sarcin (+).

    1.2.3 Proprieti chimice ale aminoacizilor

    1.2.3.1 Reaciile gruprii carboxil

    Gruparea carboxil se poate transforma n derivaii ei obinuii: esteri, amide, nitrili,

    halogenuri acide, anhidride. O reacie important este decarboxilarea cu producerea de

    compui numii amine biogene:

    H2NCH(R)COOH RCH2NH2 + CO2

    Majoritatea aminelor biogene rezultate au importan biologic deosebit. Acidul

    glutamic se transform n GABA (neurotransmitor), histidina n histamin (hormon tisular

    cu puternice efecte asupra aparatelor circulator i digestiv), serina n etanol amin (component

    important al lipidelor), lizina n cadaverin (precursor al poliaminelor, care se asociaz cu

    AND i ARN), cisteina n cisteamin (component a coenzimei A). Alte exemple vor fi date

    la capitolul "Metabolismul aminoacizilor".

    1.2.3.2 Reaciile specifice radicalilor

    - oxidarea blnd a cisteinei conduce la cistin

    - oxidarea energic a cisteinei produce acid cisteic

    iar decarboxilarea acestuia din urm produce taurin,

    compus ce intr n structura srurilor biliare primare.HOOCCH(NH2)CH2SH

    HOOCCH(NH2)CH2SO3H

    HOOCCH(NH2)CH2SO3H

    NH2CH2CH2SO3H+CO2

    - prin fosforilarea serinei se obine acid serin-fosforic.

    22

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    23/148

    1.2.3.3 Reaciile gruprii amino

    - condensarea cu formaldehida produce baze Schiff:

    H2N-CH(R)-COOH + CH2O

    CH2 = N-CH(R)-COOH + H2O

    Pe aceast reacie se bazeaz metoda Srensen de determinare cantitativ a gruprilor carboxil

    din aminoacizi: baza Schiff rezultat poate fi titrat ca un acid carboxilic cu NaOH.

    - alchilarea cu ageni de metilare. Monometilarea glicinei produce sarcozina, CH3NHCH2

    COOH. Metilarea pn la sruri cuaternare de amoniu produce betaine, HOOCCH(R)N+

    (CH3)3. Betaina glicinei este foarte rspndit n plante, n special n sfecl (Beta vulgaris).

    Betaina prolinei (stahidrina) a fost izolat din planta numit popular vindecea sau iarb de

    rni (Betonica oficinalis).

    -acilarea cu cloruri acide, anhidride sau clorocarbonai

    de alchil servete la protejarea gruprii amino de

    aciunea altor reactani. Protejarea cu clorocarbonat de

    ter-butil numit i t-butil oxicarbonil (t-BOC) se practic

    n cursul sintezei n faz solid a polipeptidelor.

    (CH3)3C-OCOCl + H2N-CH(R)-COOH

    (CH3)3C-OCONH-CH(R)-COOH + HCl

    Un grup special de reacii ale gruprii -amino l

    constituie derivatizrile aminoacizilor n scopul

    determinrii calitative i cantitative.

    a) Reacia cu ninhidrin.

    n urma reaciei ninhidrinei cu un aminoacid

    rezult, un compus colorat, de culoare albastru-violet,

    purpura de Ruhemann. Reacia ninhidrinei cu prolina

    produce un compus de culoare galben.

    b) Reacia cu 2,4-dinitrofluorbenzen.

    Numit i reactiv Sanger, acesta a servit pentru

    prima determinare a ordinii de legare a aminoacizilor ntr-o polipeptid, insulina (Frederick

    Sanger, 1953). Reacia are loc n mediu slab alcalin conform ecuaiei:

    23

    O

    OHOH

    O

    H3N+

    C

    R

    H

    COO-

    O C

    H

    R

    O

    N

    O-

    O

    O

    NH3

    O

    OH

    O

    H

    Ninhidrin

    Purpura de Ruhemann

    +

    + CO2

    Hidrindantin

    +

    H2O

    +Ninhidrin

    aminoacid t-BOC-protejat

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    24/148

    C6H3(NO2)2F + H2N-CH(R)-COOH C6H3 (NO2)2NH-CH(R)COOH + HF

    c) Reacia cu clorura de dansyl.

    Clorura de dimetilaminonaftil sulfonil

    (dansyl) a nlocuit reactivul Sanger n analiza

    polipeptidelor i aminoacizilor ntruct derivaii

    rezultai prezint o fluorescen intens. Un reactiv

    cu structur asemntoare dansylului este clorura

    de dabsyl (dimetilaminoazobenzen sulfonil).

    Acesta produce cu aminoacizii derivai care absorb

    i lumina vizibil.

    d) Reacia cu fenilizotiocianat (PITC).

    Numit i reactivul Edman, PITC este cel

    mai folosit reactant pentru analiza proteinelor (Pehr

    Edman, 1975). Prin derivatizarea aminoacizilor cu

    PITC rezult derivai de feniltiohidantoin care

    absorb lumin ultraviolet.

    2 PEPTIDELEO peptid este format din 2-10 resturi de aminoacid. Polipeptidele conin 11-100 resturi iar

    peste acest numr vorbim de proteine. Caracteristica pentru peptide este gruparea peptidic

    CO NH . Exist peptide care au n schelet nu numai C ci i C, ele nu rezult prin

    hidroliza parial a unei proteine

    2.1Exemple de peptide

    Glutationul GluCysGly are proprieti redox

    datorit gruprii tiolice. Glutationul oxidat este

    format din dou molecule de glutation unite printr-o

    punte disulfuric. Reacia este catalizat de enzima

    glutation reductaz.

    Carnozina este un alt exemplu de peptid format din

    Ala i His. Carnozina a fost izolat din esutul

    24

    S

    CC

    NC

    H

    N C S + H2N CH C OH

    R1 O

    OH-

    CH C OH

    R1 O

    NH C NH

    S

    N

    CC

    NC

    H

    R1 O

    NH

    R1 OH+

    H

    S

    Fenilizotiocianat

    Derivat de feniltiohidantoin

    OC

    CH2

    H

    NH3+

    COO-

    N

    CH2

    CH

    CH2

    SH

    C

    O

    NH

    CH2CH2CH2

    COO-

    CH

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    25/148

    muscular al mamiferelor. Ea este hidrolizat, de ctre carnozinaz, enzim izolat din ficatul

    i rinichiul mamiferelor.

    Hormonul de eliberare a tireotropinei (THR) Acid piroglutamicHisprolinamid. Este un

    hormon eliberat de hipotalamus i stimuleaz secreia tireotropinei (TSH), care la rndul lui

    acioneaz asupra tiroidei care va secreta hormonii tiroidieni. THR este folosit n clinica

    medical cu rezultate bune pentru diagnosticarea timpurie a strilor de premixoedem, n

    tiroiditele cronice.

    Peptide antibiotice secretate de fungi

    conin frecvent aminoacizi din seria D

    (gramicidinele, bacitracinele,

    valinomicina, alameticina, etc.).

    Valinomicina este un decapeptid ciclic

    care complexeaz specific ionul K+

    nvelindu-l ca pe o anvelop hidrofob

    solubilizndu-l n mediu lipidic al

    membranelor transportndu-l prin

    membran.

    Ocitocina este un nanopeptid care

    conine o legtur disulfuric

    intracatenar, ntre doi radicali Cys pe care i conine. Stimuleaz

    contracia musculaturii netede uterine i nu numai.

    Vasopresina are efect hipertensiv este tot un nanopeptid difer de

    ocitocin prin dou resturi de aminoacid.

    Insulina este format din dou catene: A 21 de resturi i B 30 de

    resturi legate prin intermediul a dou puni disulfurice.

    Glucagon, care este un polipeptidformat din 29 de resturi, alturi de

    insulin particip la homeostazia

    glicemiei.

    Hormonul adrenocorticotrop (ACTH)

    este un lan de 39 resturi de aminoacizi,

    25

    Cys

    Tyr

    Phe

    Gln

    Pro

    Arg

    Gly

    NH2

    Asn

    Cys

    S

    SS

    S

    Cys

    Asn

    NH2

    Gly

    Pro

    Gln

    Tyr

    Cys

    Ile

    Leu

    Ocitocina

    Fig.2.1. Valinomicina

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    26/148

    este secretat de hipofiza anterioar i intensific sinteza hormo-nilor steroizi n

    corticosuprarenale.

    Angiotensina II

    AspArgValTyrIleHisProPhe, are un puternic efect hipertensiv. Ea se sintetizeaz

    prin clivajul angiotensinogenului, care este o globulin produs de ficat.

    Encefalinele sunt peptide sintetizate de sistemul nervos central. Induc analgezia cnd se

    cupleaz cu receptorii specifici de pe membrana celulelor nervoase (TyrGlyGly

    PheMet).

    Somatostatina, polipeptid format din 14 resturi de aminoacid, este sintetizat de

    hipotalamus i pancreas, inhib hormonul de cretere, somatotropina.

    2.2Proprietile peptidelor

    Peptidele scurte au activitate optic aditiv.

    n ceea ce privete valoarea constantelor de aciditate difer de constatele gruprilor

    funcionale ale aminoacizilor liberi avnd n vedere distana dintre gruprile NH2 i COOH,

    deci nu vor interaciona. Curba de titrare a peptidelor fr radicali acido-bazici arat ca i

    curba de titrare a unui aminoacid.

    Proprietile chimice sunt aceleai cu ale aminoacizilor. Reacia cu ninhidrin duce la

    formarea de compui fotometrabili. O reacie specific peptidelor i proteinelor este reacia

    biuretului. Biuretul (H2NCONHCONH2) formeaz cu ionii de Cu2+ un complex de

    culoare violet. Ionii de Cu2+ formeaz cu peptidele dar i cu proteinele compleci de acelai

    tip, fotometrabili. Gruparea peptidic are capacitatea de a absorbi radiaia UV < 210 nm,

    proprietate ce st la baza dozrii spectrofotometrice a peptidelor i proteinelor.

    3 PROTEINELE

    Proteinele se pot clasifica, n funcie de prezena sau absena n molecul, a unui compus

    chimic diferit de lanul polipeptidic, numit parte prostetic. Astfel proteinele sunt, simple

    numite i homoproteiene, alctuite numai din aminoacizi i proteine conjugate numite

    heteroproteine, alctuite dintr-o parte peptidic (apoproteien) i o parte prostetic.

    Proteinele sunt de o diversitate funcional deosebit iat cele mai importante funcii ale

    proteinelor n procesele biologice:

    26

    Fig.2.2. Transformarea preproinsulinei n insulin

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    27/148

    Cataliza enzimatic. Aproape toate reaciile din sistemele biologice sunt enzimatice. Ele

    mresc vitezele de reacie chiar i de milioane de ori. Nu toate enzimele sunt proteine.

    Stocare i transport. Hemoglobina transport O2, CO2; transferina - Fe3+; albuminele - acizi

    grai, bilirubin; pompe ionice transport, cu consum de energie (ATP), - Ca2+, Mg2+, Na+, K+;

    canale ionice faciliteaz trecerea ionilor de Ca2+, Na+, etc. prin membranele biologice.

    Proteine care stocheaz diferii compui sunt mioglobina O2, feritina Fe3+, calsequestrina Ca2+.

    Micarea coordonat. Contracia muscular produs de miofilamente de actin i miozin.

    Microtubulii care determin micarea intracelular. Micarea ochilor este determinat tot de

    proteine contractile.

    Protecie i suport mecanic. Elasticitatea pielii i a oaselor este asigurat de colagen i elastin

    proteine elastice. Prul unghiile conin keratin, protein insolubil. Reeaua

    microtrabecular, microtubulii i microfilamentele, formeaz citoscheletul celular, sunt tot de

    natur proteic.

    Imunitatea. Anticorpii sunt proteine care se combin cu bacteriile i viruii sau proteine i

    celule ale altor organisme pe care le precipit i le neutralizeaz.

    Generarea i transmiterea impulsului nervos. Rspunsul celulelor nervoase la stimuli este

    mediat de receptori proteici. Rodopsina fotoreceptor din retin. Receptorii membranei i cei

    intracelulari mediaz aciunea unor molecule mici asupra metabolismului sau asupra

    transmiterii impulsului nervos. Receptorii colinergici declaneaz potenialul de aciune sub

    influena acetilcolinei n membrana neuronal postsinaptic.

    Reglarea activitii celulare i fiziologice. Parathormonul i hormonul tireostimulator au

    structur proteic.

    Controlul creterii i al diferenierii. Numai o mic parte a genomului unei celule este

    exprimat. n bacterii proteinele represoare inhib exprimarea genetic. n organismele

    superioare creterea i diferenierea sunt reglate de proteine numite factori de cretere.

    Factorul de cretere nervos, ghideaz formarea reelei neuronale.3.1 Structura proteinelor. Nivele de organizarea structural

    Exist 4 nivele de organizarea structural:

    Structura primar reprezint ordinea de niruire a resturilor de aminoacizi i locul de legare a

    punilor disulfurice. Aceast structur este conservat de legturi covalente.

    27

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    28/148

    Structura secundar se refer la aranjamentul spaial al atomilor care compun scheletul

    polipeptidic. Cele mai cunoscute conformaii regulate sunt helixul i foaia pliat.

    Detecia structurii elicoidale n soluie apoas se face prin dispersie rotatorie optic (variaia

    rotaiei optice cu lungimea de und). n stare cristalin structura este analizat prin difracie nraze X.

    Structura teriar este structura catenelor polipeptidice n ntregime cu precizarea interaciunii

    ntre atomi, situai departe unii de alii n secvena linear dar apropiai spaial. Factorii care

    stabilizeaz aceast structur sunt legturile de hidrogen, forele van der Waals, punile

    disulfurice. Studiul structuri se face prin difracie n raze X.

    Structura coaternar o au numai proteinele formate din mai multe catene polipeptidice unite

    prin legturi necovalente. O astfel de protein se numete oligomer, iar prile componenteprotomeri sau subuniti. Structura coaternar se refer la aranjarea spaial a subunitilor.

    Determinarea numrului de protomeri se face prin metodele de separare a proteinelor

    (ultracentrifugare, electroforez, gel filtrare, etc.) iar structura spaial prin difracie n raze X.

    3.1.1 Structura primar a proteinelor.

    Secvenierea.

    n 1953 F.Sanger a fcut prima determinare de secvena complet a insulinei. n ciuda

    perfecionrilor, principiul secvenierii este cel inventat de Sanger. El const n urmtoarele

    etape:

    A. Pregtirea proteinei pentru secveniere.

    a. Determinarea numrului de catene polipeptidice distincte ale proteinei;

    b. Ruperea legturilor disulfurice inter i intracatenare;

    c. Separarea catenelor i determinarea compoziiei n aminoacizi a acestora.

    B. Secvenierea.

    a. Clivajul unei catene n fragmente destul de mici pentru a putea fi secveniate;

    b. Separarea fragmentelor;

    c. Secvenierea fragmentelor;

    d. Repetarea c1ivajului catenei cu un agent cu specificitate diferit iar apoi

    separarea i secvenierea noilor fragmente.

    C. Deducerea secvenei ntregii proteine.

    a. Ordonarea fragmentelor prin metoda suprapunerii;

    28

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    29/148

    b. Determinarea poziiei punilor disulfurice.

    Numrul de catene distincte se poate afla identificnd capetele N-terminale sau cele

    C-terminale ale lor. De exemplu: insulina are cantiti echivalente de Gly i Phe ca resturi N-

    terminale. Prin urmare cele doua catene distincte sunt n raportul 1:1.

    Captul N-terminal se poate determina cu reactiv Sanger i cu reactivul Edman care

    se bucur de proprietatea c prin

    hidroliza polipeptidului N-

    derivatizat se elimin numai

    aminoacidul N-terminal, restul

    polipeptidului pstrndu-i

    integritatea. Prin urmare procesul de

    marcare, hidroliz urmat de

    separarea aminoacidului derivati-zat

    poate fi repetat ceea ce nseamn

    secvenierea lui n sensul NC.

    Captul C-terminal n

    general nu poate servi ca punct de

    pornire pentru secveniere.

    Carboxipeptidazele, enzime care

    catalizeaz clivajul restului C-terminal al

    catenei polipeptidice, ar pute fi folosite pentru determinare acestuia. Ele nu pot fi folosite

    totui, pentru determinarea secvenei din motive de natur cinetic. Viteza de clivare

    depinznd de natura radicalilor, nseamn c, dac dup un clivaj lent urmeaz un clivaj rapid

    nu se mai poate stabili ordinea aminoacizilor eliberai.

    Identificarea captului C-terminal se face prin hidrazinoliz. Catena polipeptidic este

    tratat cu hidrazin. Acest reactant cliveaz toate legturile peptidice rezultnd hidrazide aleaminoacizilor corespunztori din structura catenei, cu excepia amino-acidului C-terminal

    care rezult n stare liber. Acesta poate fi difereniat i identificat prin HPLC.

    Ruperea legturilor disulfurice se face n scopul separrii catenelor pe care acestea

    le unesc. n acest fel, se pune la

    dispoziia enzimelor proteolitice,

    29

    CH CH2 S S CH2 CH

    H C O OH HS CH 2CH2 OH

    O

    2 CH CH2 SO3- CH CH2 SH2

    Acid performic Mercaptoetanol

    Radical de acid cisteic Radical de cistein

    H3N+ CH C NH CH C NH CH COO

    R1 O Rn-1 Rn

    ...O

    Polipeptid

    Hidrazin

    Hidrazide deaminoacil

    +

    NH2 NH 2

    H3N+

    CH C

    R1 O

    NH NH 2

    +

    H3N CH C NH NH 2

    Rn-1 O

    ...

    H3N+

    NH CH COO-

    Rn

    Fig.3.1.Hidrazinoliza

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    30/148

    folosite pentru determinarea

    structurii primare, substratul cu

    legturile peptidice desfurate.

    Ruperea se poate face prin

    oxidare cu acid performic. Un

    dezavantaj major este ca acidul

    performic oxideaz i radicalul

    metionin. Ruperea legturilor

    disulfurice se poate face i cu

    mercaptani cum ar fi -

    mercaptoetanolul.

    Separarea catenelor polipeptidice. Disocierea i denaturarea catenelor se face cu

    ajutorul, detergenilor sau a agenilor chaotropici (uree, guanidium). Purificarea se face prin

    cromatografie de schimb ionic. Compoziia unei catene, se determin prin hidroliza complet

    urmat de analiza amestecului de aminoacizi.

    Digestia enzimatic complet necesit amestecuri de proteaze deoarece, luate separat,

    ele cliveaz numai anumite legturi peptidice. Un amestec de proteaze cu denumirea generic

    de pronaz, extras din medii de cultur ale microorganismului Streptomyces griseus este

    folosit pentru proteoliza complet. Cantitatea de enzim folosit este limitat de faptul c,

    enzima se autodigera contaminnd cu aminoacizi proprii, hidrolizatul. Analiza digeratelor se

    face prin HPLC.

    Clivajul unei catene n fragmente. Clivajul se face cu endopeptidaze care "recunosc"

    legtura peptidic n funcie de radicalii care o flancheaz. Cea mai specific i deci, cea mai

    utilizat este tripsina. Ea cliveaz numai legaturile peptidice de dup resturile cu radicali

    ncrcai electric pozitiv.

    Centrele de clivaj, pot fi create sau eliminate prin reacii chimice. Celelalte

    endopeptidaze au specificiti mai slabe dect tripsina producnd chiar fragmente parial

    superpozabile. Adic prin clivajul legturilor din dou catene identice nu rezult dou seturi

    identice de fragmente. Ajustarea condiiilor de reacie, limitarea timpului de reacie sunt

    precauiile necesare pentru o proteoliz limitat, astfel nct s rezulte fragmente bune pentru

    secveniere.

    30Tabelul 3.1.Principalele endopeptidaze i

    specificitatea lor.

    Enzima HNCH(R x-1)CONHCH(Rx)CO

    Tripsina R x-1= Arg, Lys; Rx ProChimotrip

    sinaRx-1= Phe, Trp, Tyr; RxPro

    Elastaza R x-1= Ala, Gly, Ser, Val; RxProPepsina R x-1 Pro; Rx = Leu, Phe, Trp,Tyr

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    31/148

    Separarea fragmentelor peptidice se face n prezena detergenilor sau a agenilor

    chaotropici. Prin fragmentarea catenei polipeptidice,

    radicalii nepolari nu mai sunt "ferii" de contactul cu

    apa prin includere ntr-un miez hidrofob, aa cum se

    petrece n proteinele native. De aceea fragmentele

    rezultate agreg i se precipit, aa se explic necesitatea agenilor de solubilizare.

    Secvenierea fragmentelor se efectueaz prin ciclarea degradrii Edman. Piesa

    principal a sistemului de secveniere numit sequenator cu faz solid, este o cup rotitoare

    din sticl cu perete poros, care se rotete 1000 - 4000 r.p.m. Peptidul este ataat la un suport

    inert aplicat pe peretele interior al cuvei. Filtrarea derivailor de feniltiohidantoin se

    realizeaz prin peretele cuvei derivaii ieind n exteriorul ei datorit forei centrifuge. Un

    sistem HPLC echipat cu detector UV poate identifica derivaii de resturi de aminoacid.

    Ordonarea fragmentelor peptidice se face prin aa-zisa metod a suprapunerii.

    Secvenele fragmentelor unui set obinut prin aciunea unui agent de clivaj, se compar cu

    secvenele altui set de fragmente obinute prin clivajul catenei de ctre alt agent.

    Determinarea poziiei punilor disulfurice se poate face prin electroforez

    diagonal. Dup o prim separare a unui set de fragmente obinute prin digerare,

    electroforegrama se expune la vapori de acid performic care oxideaz punile disulfurice.

    Hrtia este supus apoi la a doua electroforez pe direcia perpendicular pe prima.

    Fragmentele care iniial nu au coninut legturi disulfurice se vor dispune de-a lungul unei

    diagonale deoarece mobilitile electroforetice a fragmentelor nu depind de direcia de

    migrare. Fragmentele care iniial au coninut legturi disulfurice intercatenare se vor scinda n

    31

    Asp Trp Ser Met Gly Ala Lys Leu Pro Met Asp Phe Arg Cys Ala Glu

    Agentul I de clivaj Agentul I de clivaj

    Agentul II de clivaj Agentul II de clivaj

    Fagmente peptidice I

    Fagmente peptidice II

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    32/148

    cte dou peptide cu mobiliti diferite i prin urmare, acestea nu se vor situa pe diagonal

    dup a doua migrare.

    Fragmentele separate sunt eluate de pe suportul electroforetic i secveniate pentru

    localizarea resturilor de cistein formatoare de legturi disulfurice.

    3.1.2 Structura secundar a proteinelor

    Cercetrile peptidelor n raze X a condus la observaia c gruparea peptidic are o

    structur rigid plan. Cu ocazia msurtorilor s-a vzut c legtura peptidic, C-N, este mai

    scurt cu 0,15 dect legtura simpl C-N din amine i c legtura C=O a gruprii peptidice

    este mai lung cu 0,02 dect aceiai legtur din aldehide sau cetone. Cauza este conjugarea

    p- dintre electronii neparticipani ai atomului de azot i electronii ai gruprii C=O. Energia

    de rezonan a legturii peptidice este maxim atunci cnd gruparea peptidic este plan.

    Stnjenirea steric mpiedic gruparea peptidic s adopte structura cis. Aceasta este mai

    ncrcat cu energie deci mai puin stabil dect structura trans.Scheletul unei proteine este un lan de grupri peptidice plane, singurele variabile fiind

    unghiurile de torsiune i

    . Acestea nu pot avea orice

    valori. Exist constrngeri sterice

    care limiteaz domeniul de

    variaie conformaional a catenei

    polipeptidice.

    Prin calcularea distanelor

    dintre atomii unui tripeptid i

    confruntarea lor cu un set de distane limit pn la care se pot apropia aceti atomi, se pot

    determina unghiurile i permise ale restului de aminoacid.

    32

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    33/148

    3.1.2.1 Structura helixStructurile elicoidale sunt conformaii

    caracteristice proteinelor. Dac o caten

    polipeptidic este rotit cu acelai unghi n jurulfiecrui atom C, apare o conformaie elicoidal.

    Pentru ca o conformaie permis s aib

    stabilitate n timp, este necesar meninerea ei de

    numeroase puni de hidrogen. Conformaia -

    helix ndeplinete aceste condiii.

    L.Pauling i R. Corey au propus n 1951

    structura numit helix la dreapta n carescheletul catenei polipeptidice este rsucit la

    dreapta nfurnd un cilindru imaginar cu

    diametrul de 5 . Spirala are pasul de 5,4 i

    3,6 resturi de aminoacid pe spir. Radicalii sunt

    orientai spre exteriorul helixului ptrunderea lor

    n interior fiind mpiedicat steric. Punile de

    hidrogen angajeaz toi heteroatomii gruprilorpeptidice ceea ce determin nalta hidrofobicitate

    a scheletului catenei.

    Dintre proteinele cu structur predominant helicoidal amintim -keratinele prezente n

    firul de pr i fibrina din cheagul de snge.

    3.1.2.2 Structura pliatStructurile pliate au fost

    descoperite n 1951 tot de L.Pauling i R.Corey.

    Conformaia foaie -pliat ia

    natere datorit faptului c

    gruprile peptidice se afl pe

    un plan ndeplinind i ele

    33

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    34/148

    cele 2 condiii, a unghiurilor de torsiune permise i a stabilizrii prin puni de hidrogen. n

    aceast conformaie scheletul catenei urmeaz un drum erpuit, o succesiune de plane care

    constituie o foaie pliat ale crei muchii sunt create de atomii C . Exist 2 tipuri de foaie -

    pliat paralel i antiparalel. n tipul paralel segmentele vecine de caten au acelai sens N C sau C N. n tipul antiparalel aceste sensuri sunt opuse.

    Conformaia foaie -pliat se afl n proporie de 100% n fibroin. Secvena fibroinei

    este reductibil la un hexapeptid care se repet (GlySerGlyAlaGlyAla). Segmentele

    nu mai pot fi ''ntinse" datorit conformaiei lor extinse aproape la maximum. Totui fibrele

    sunt flexibile datorit asocierii mai multor foi -pliate prin fore van der Waals. Foile -pliate

    din structura proteinelor globulare au o tendin de nfurare la dreapta prin care i formeaz

    propriile ''miezuri".3.1.2.3 Structurile secundare non-repetitive

    Aceste structuri ntrerup conformaiile repetitive. Amintim conformaiile bucl, bucl

    randomizat i semibucl, structur care realizeaz schimbrile de direcie pentru structura

    foii -pliate antiparalele. Aproape toate proteinele formate din mai mult de 60 resturi conin

    una sau mai multe bucle formate din 6-16 resturi numitebucle .

    3.1.2.4 Conformaiile colagenului i elastinei

    Colagenul reprezint o treime din masa proteic total, fiind principala protein aesutului conjunctiv. Intr n compoziia pielii, tendoanelor, vaselor de snge, dinilor. A1turi

    de colagen, n esutul conjunctiv, se mai gsete elastina. Colagenul reprezint un interes

    deosebit, deoarece este matricea pe care cristalele de apatit se depun, pentru a forma dentina,

    cementul i oasele. Colagenul prezint o insolubilitate mare, totui, colagenul imatur poate fi

    extras deoarece moleculele acestuia nu sunt imobilizate prin legturi ncruciate.

    Tropocolagenul, subunitile colagenului, este compus din 3 catene polipeptidice, elicoidale la

    stnga, nfurate una n jurul celeilalte la dreapta. Compoziia n aminoacizi a catenelor

    depinde de tipul colagenului.

    34

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    35/148

    Prin denaturarea termic sau cu

    ageni chaotropici (uree, tiocianat, etc.), a

    colagenului rezult n aparen trei tipuri de

    molecule notate cu , , . Aceste trei tipuride molecule pot fi separate dup denaturare

    prin ultracentrifugare, cromatografie de

    schimb ionic sau electroforez n gel. n

    majoritatea tipurilor de colagen, prin

    metodele cromatografice, s-a reuit

    separarea a dou uniti distincte, denumite

    1 i 2 cu aceeai mas molecular, n

    raport de 2:1. Dup identificarea, unui alt

    lan de tip a crui compoziie n

    aminoacizi este diferit de a lanului 1, a

    fost denumit 1(I), restul lanurilor de tip

    , separabile prin cromatografie, i-au

    pstrat denumire de 2, 3 etc. Unul dintre

    cele mai rspndite tipuri de colagen,

    ntlnit n colagenul vertebratelor, inclusiv

    n dentin i cement, are compoziia

    lanului peptidic de tipul [1(I)]22, din O

    parte minor, dar semnificativ din colagen are o compoziie diferit. Astfel, colagenul din

    cartilaj are aproape majoritar, compoziia celor trei lanuri peptidice, identic. Acest lan

    polipeptidic a fost denumit 1(II), iar compoziia molecular a lanului, [1(II)]3. Sunt i alte

    tipuri de colagen n tabelul 3.2. sunt prezentate cele mai importante tipuri de colagen i

    esuturile unde pot fi ntlnite.

    Prin elucidarea secvenei de aminoacizi din compoziia lanului 1(I), (conine mai

    mult de 1000 de resturi de

    aminoacizi) s-a stabilit structura

    linear a acestuia, ea este

    35

    Tabelul 3.2. Principalele tipuri de colagen i

    rspndirea acestora.

    Tipul Formamolecular

    Distribuia

    I [1(I)]22 Oase, piele matur, dentin,pulpa dentar, ficat

    II [1(II)]3 CartilajeIII [1(III)]3 Piele tnr, sistemul cardio-

    vascular, pulpa dentar,IV [1(III)]3 n structura unor membrane

    anatomice

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    36/148

    format numai din aminoacizi legai amino corboxil. Caracteristica lanurilor este

    faptul c tot al treilea rest de aminoacid este glicina la mai mult de 95% din lungimea lanului.

    Tot al treilea radical este orientat spre interiorul triplului helix al tropocolagenului. El trebuie

    s aib un volum foarte redus deoarece tripla spiral este strns mpletit.n secvena catenelor tropocolagenului intr 2 resturi care apar rar n alte proteine: 4-

    HO-prolina i 5-HO-lizina. Prolina i hidroxiprolina reprezint aproximativ 20-25% din

    totalul resturilor de aminoacid din colagen. O alt caracteristic a colagenului este proporia

    relativ mic, de tirozin i fenilalanin, ct i absena total a cisteinei. Cercetrile fcute pe

    polipeptide sintetice, modele ale colagenului, au artat c temperatura de topire (temperatura

    la care jumtate din structura elicoidal a tropocolagenului se pierde) pentru

    poli(ProProGly) este de 24C iar pentru poli(ProHOProGly), este de 58C.

    Aceasta indica faptul c hidroxiprolina din colagen, este un stabilizant termic.

    Macromoleculele de colagen, tripluhelicale (tropocolagenul), se autoasambleaz cap

    cod formnd protofibrile. Protofibrilele la rndul lor se asociaz pentru a forma

    microfibrilele. Microfibrilele sunt striate cu zone mai opace i zone mai transparente, vizibile

    la microscopul electronic. Zonele opace corespund unei poriuni de suprapunere a moleculelor

    de tropocolagen, iar zonele mai transparente corespund poriunii de suprapunere parial a

    acestora. Se pare c aceste zone mai puin transparente, ce corespund de fapt distanei dintre

    capul i coada moleculelor de tropocolagen, sunt punctul de iniiere al mineralizrii esuturilor

    osoase.

    Capetele N i respectiv C

    terminale nu conin aceast

    distribuie a glicinei. Aceste capete

    care conin 16-17 resturi de

    aminoacid, numite teloproteine, au o

    structur diferit de a colagenului.

    Ele au n structura lor poliprolin n

    captul C terminal. La captul N

    terminal teloproteina conine

    majoritar resturi de lizin i

    hidroxilizin, care contribuie la

    36

    CH

    CHO

    CH2 CH2 CH2 CH2 NH2

    OH

    OH

    CH2CH2CH2CH CHO

    OH

    CH2CH2CH2CH CHO

    CH2CH2CH

    OH

    C CH CH2CH2CH2 CH

    OH

    NH2CH2CH2CH2CH2CH

    CHCH2CH2

    OH

    CH2OHC

    CHCH2CH2

    OH

    CH2CH2CH2CH2CH2CH

    OH

    N CH

    HidoxiLizina

    HidroxiAllizina

    Produs de condesare crotonic

    HidoxiLizina

    HidroxiAllizina

    Dehidrodihidroxilizinonorleucin

    baz Schiff

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    37/148

    formarea legturilor ncruciate ntre lanurile . De asemenea captul N terminal conine o

    parte a determi-nantului imunologic al colagenului.

    Colagenul este stabilizat de legturi ncruciate intercatenare care ntresc conformaia

    tropo-colagenului i leag moleculele vecine de tropocolagen ntre ele. La formarea acestorlegturi particip radicalii lizin. Lizil oxidaza este enzima care catalizeaz oxidarea a 2

    radicali lizin sau hidroxilizin cu formare de derivai aldehidici (allizin sau hidroxiallizin).

    Acetia sufer o reacie de condensare crotonic rezultnd o legtur intercatenar sau prin

    condesare cu nou molecul de lizin respectiv hidroxilizin, formeaz baze Schiff.

    Dehidrodihidroxilizinonorleucina este principalul component, care face legturile

    ncruciate n colagenul insolubil din structurile calcificate cum ar fi oase, dentin, cartilaje.

    Se pare c aceste puni de dehidrodihidroxilizinonorleucin sunt responsabile de, totala

    insolubilitate a colagenului din esuturile mineralizate.

    Colagenul matur, prezint o mare stabilitate rezistnd la metodele uzuale de hidroliz

    chimic sau enzimatic. Exist totui o clas de enzime numite colagenaze care sunt capabile

    s catalizeze clivajul hidrolitic al colagenului. Clostridium histolyticum este o bacterie care

    cauzeaz gangrena gazoas a plgilor. Aceast bacterie este capabil s secrete un grup de

    colagenaze.

    Elastina este o protein cu nalt elasticitate. Ea este componentul de baz a fibrelor

    elastice care prin ntindere i mresc de mai multe ori lungimea pentru ca, mai apoi s poat

    reveni la dimensiunile iniiale. Se gsete n pereii vaselor de snge i n ligamente.

    Subunitatea de baza a elastinei este

    tropoelastina care, ca i tropocolagenul este

    bogat n Gly, Ala i Pro. De asemenea,

    conine n special aminoacizi nepolari (Val,

    Leu i Ile). Tropoelastina este un tip aparte de

    helix n care legturile transversale se

    realizeaz prin intermediul desmozinei,

    structur aromatic ce rezult prin oxido-

    condensarea a patru molecule de lizin.

    Datorit acestor legturi "n 4 puncte"

    elastina prezint elasticitate bidimensional.

    37

    (CH2)3

    OC

    (CH2)2

    (CH2)4

    N+

    (CH2)2

    CH

    CHCH

    CH

    HN

    HN

    HN

    NH

    CO

    CO

    CO

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    38/148

    Miozina i actina sunt filamente proteice ale sarcomerului, implicate n contracia

    muscular. Miozina este format din dou polipeptide alfa-elicoidale rsucite una n jurul

    celeilalte. Ea are un "cap", protein globular care posed activitate enzimatic. Mai multe

    molecule de miozin sunt asamblate formnd filamente groase de miozin. Intercalate ntre

    acestea se gsesc filamente mai subiri de actin. Un filament de actin (F-actina) este format

    din dou iruri de G-actina suprancolcite.

    Un alt sistem de proteine lungi este cel al microtubulilor. Un microtubul este format

    din 13 filamente aranjate paralel n form de tub. Un filament este o niruire de dou tipuri de

    proteine globulare: -tubulina i -tubulina aezate alternativ. Microtubulii sunt prezeni n

    cili i flageli.

    3.1.3 Structura teriar a proteinelor

    3.1.3.1 Studiul structurii teriare cu raze X.

    Relaiile dintre atomii catenei polipeptidice, situai la distan mare unii de alii n

    secven liniar, constituie structura teriar a proteinei. Prima protein globular creia i s-a

    determinat structura teriar a fost mioglobina din caalot. Cristalografia de raze X este un

    mijloc puternic de investigare, alturi de rezonana magnetic nuclear (RMN). Un cristal

    proteic este traversat de un fascicul monocromatic de raze X iar spectrul de difracie este

    nregistrat pe un film fotografic.

    ntruct razele X interacioneaz numai cu electronii, difractograma este imaginea densitii

    de electroni. Hrile de densitate electronic sunt seciuni paralele prin cristalul cercetat. Un

    set de hri suprapuse produc o hart tridimensional de densitate electronic. Pornind de la

    observaia c multe enzime sunt active i n stare cristalin se deduce c, n cristal moleculele

    proteice au structuri tridimensionale asemntoare cu cele adoptate n soluii apoase.

    Spre deosebire de proteinele

    fibrilare, proteinele globulare realizeaz

    structuri teriare datorit plierii la nivelul

    structurilor secundare non-repetitive. La

    majoritatea proteinelor globulare cele dou

    conformaii helix i pliat sunt adoptate

    38

  • 8/22/2019 Chimie Dentara

    39/148

    de 20-30% din lungimea catenelor. n ceea ce privete localizarea radicalilor, sunt respectate

    cteva reguli:

    a. Radicalii nepolari sunt orientai spre interiorul "globului", fiind exclus contactul lor cu

    moleculele de ap.

    b. Radicalii polari ncrcai electric sunt localizai pe suprafa, n contact cu moleculele

    de ap.

    c. Radicalii polari nencrcai se afl

    att pe suprafa ct i pe interior.

    Aranjamentul micelar al radicalilor a

    condus la presupunerea c o protein

    globular este asemenea unei picturi

    uleioase nvelite cu un strat polar.

    3.1.3.2 Forele stabilizatoare ale

    structurii teriare

    Proteinele native sunt entiti uor

    de denaturat. Trecerea structurii teriare

    de la starea nativ, ordonat, la una

    dezordonat, se face cu consum mic de

    energie. Rezult c structura teriar

    nativ este un "compromis" la care au

    ajuns forele de interaciune interne i forele de interaciune cu moleculele de solvent.

    Forele ionice se supun legii lui Coulomb, variaz cu r2 i depind de constanta

    dielectric a mediului. Perechile de ioni sunt expuse de obicei ctre mediul apos i, ntruct

    energia de hidratare a lor este apropiat de energia de legtur, contribuia lor la stabilizarea

    structurii proteinelor este mic.

    Forele van der Waals se exercit ntre dipoli permaneni sau indui variind cu r3.

    Energia lor este cu un ordin de mrime mai mic dect a punilor saline. Totui, fiind

    numeroase ele contribuie n mod semnificativ la stabilizarea structurii teriare. n structura

    gruprilor nepolare pot apare dipoli fluctuani, care polarizeaz fluctuant atomii vecini, ntre

    cele dou tipuri de dipoli, inductor i indus, existnd interaciuni numite fore de dispersie

    London (variaz cu r6).

    39