+ All Categories
Home > Documents > Aminoacizi Si Proteine (1)

Aminoacizi Si Proteine (1)

Date post: 10-Feb-2018
Category:
Upload: razvan-nica
View: 246 times
Download: 0 times
Share this document with a friend

of 24

Transcript
  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    1/24

    Aminoacizi si proteinePlan de lectie1. Aminoacizi1.1 Definitie, structura, nomenclatura1.2 Proprietati fizice si chimice

    2. Proteine2.1Structura2.1.1Structura primara1.1.2.Structura secundara2.1.2Structura tertiara2.1.3Structura cuaternara2.2 Relatie functie structura2.2 Proprietati, exemple

    1. Aminoacizi1.1Generalitati definitie

    Aminoacizii sunt molecule mici care contin doua grupari functionale si anume grupareaamino (-NH2) si gruparea acida (carboxil -COOH) de unde provine si denumirea lor. Din

    marea clasa a aminoacizilor pentru organismele biologice sunt importanti aminoacizii.

    Acestia au atat gruparea amino cat si gruparea acid carboxil legate la acelasi atom de

    carbon numit si carbon .

    Desen

    Gruparea carboxil legata de carbonul alfa este denumita si carboxil, similar grupareaNH2; legata la C alfa poarta denumirea de grupare amino .

    1. 2 Structura:

    Dintre toti aminoacizii cunoscuti, doar 20 intra in alcatuirea proteinelor motiv pentru

    care sunt denumiti si aminoacizi proteinogeni. Doar acesti 20 de aminoacizi suntspecificati de codul genetic si utilizati de organismele vii pentru sinteza proteinelorproprii. Alti aminoacizi care ar putea fi intilniti in proteine provin din modificareachimica a unuia din cei 20 aminocizi.

    Toti cei 20 aa prezinta o structuta si anume C cu radicalii cumni si anume gruparile

    NH2, COOH si un atom de H, dar difera intre ei prin structura radicalului (notat R), caresatisface cea de a 4-a valenta a atomului de carbon. Atfel aa pot fi clasificati dupastructura radicalului R in: aa cu radical alifatic, aa cu grupare OH, aa cu grupare SH, aacu doua grupari COOH, aa cu doua grupari NH2, aa aroamtici, aa cu structura speciala.

    R CH COOH

    NH2

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    2/24

    1.3 Proprietati

    Proprietatile fizice si chimice ale aa sunt dictate de structura lor chimica. Dintreproprietatile fizice vom discuta : a) izomeria sterica iar dintre proprietatile chimice vomdiscuta b) ionizarea si c) reactia de condensare care duce la formarea legaturii peptidice.a) Izomeria sterica.AA prezinta izomerie sterica numita si stereospecificitate. Aceasta proprietate esteconditionata de existenta unui carbon asimetric. Carbonul asimetric este acel C care are 4substituenti diferiti. Acestia se aranjeaza in jurul atomului de C astfel incat pot da nastere

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    3/24

    la doua conformatii spatiale care sunt imaginea in oglina una fata de cealalta. Cele douastructuri spatiale numite izomeri optici sau enantiomeri sau stereoizomeri pot aveaconformatia D sau L.La izomerul D gruparea voluminoasa, NH2, este pozitionata in partea dreapta (atunci candgruparea COOH este situata la varful structurii) in timp ce la izomerul L ea este

    pozitionata in partea stanga. Tinand cont ca proteinele au o forma spatiala apare evidentca structura D sau L a unui aminoacid influenteaza aranjamentul tridimensional siimplicit functia acesteia. La mamifere inclusiv om aa proteinogeni apartin seriei L

    b) Ionizarea

    Prin ionizare se intelege fenomenul in urma caruia o molecula sau un atom (neutru dp d v electric) se incarca cu o sarcina pozitiva sau negativa ca urmare a transferuluiunei particule purtatoare de sarcina electrica (ion) sau a unui electron.

    Toti aminoacizii contin in structura lor o grupare carboxil si amino care ambele

    sunt ionizabile adica in anumite conditii pot exista si in forma ionica (incarcate cusarcina electrica).

    Gruparea COOH are caracter acid in timp ce gruparea NH2 are caracter bazic.

    Prin caracter acid se intelege capacitatea unei substante de a ceda un proton (H+).Prin caracter bazic se intelege capacitatea unei substante de a accepta un proton.

    Caracterul acid nu se manifesta cu aceeasi intensitate la toti acizii (lucru valabil si

    pentru caracterul bazic) ci difera de la un acid la altul functie de structura chimica aacestuia. Astfel intilnim acizi tari si acizi slabi (in mod asemantor baze tari si bazeslabe).Prin caracter acid tare se intelege capacitatea unei substante de a ceda total (unei altesubstante) protonul. Din aceasta categorie fac parte acizii minerali HCl, H2SO4.Caracter slab pentru un acid semnifica faptul ca acesta cedeaza partial protonul si estecazul acizilor organici R-COOH inclusiv cea din aa.Cedarea partiala a protonului se refera la faptul ca un acid slab cedeaza reversibilprotonul, adica din numarul total de molecule unele cedeaza protonul in timp ce altelerecapteaza protonul refacand configuratia initiala a acestuia intr-un proces dinamiccare are loc pana la stabilirea unui echilibru.

    Cu alte cuvinte molecula unui acid slab poate exista in anumite conditii si in formaionica.Desen

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    4/24

    Fenomenul de ionizare prezent la gruparea ruparii COOH apare si atunci cand

    aceasta grupare este situata la radical.

    Aceleasi afirmatii se poate face si despre gruparea amino.Gruparea amino are caracterslab bazic (caracterul bazic este este conferit de perechea de electroni neparticipantiapartinand atomului de azot). Aceasta insemna ca gruparea amino poate capta unproton insa in mod reversibil.Cu alte cuvinte molecula unei baze slabe poate exista in anumite conditii si in formaionica.Desen

    Fenomenul de ionizare prezent la gruparea ruparii NH2 apare si atunci cand aceasta

    grupare este situata la radical.

    Ca urmare a proprietatii de ionizare a acizilor si bazelor slabe, in organism, la pHfiziologic (pH =7,4) un aminocid se prezinta sub forma de amfion (ion dipolar sauzwiterion), incarcat in acelasi timp cu o sarcina pozitiva si una negativa fiind neutrud.p.d.v. electric.Gruparea deprotonata care a pierdut un proton este gruparea carboxil care se incarcacu o sarcina negativa in timp ce gruparea protonata care accepta un proton estegruparea amino care se incarca cu o sarcina pozitiva.

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    5/24

    In conditiile din organism la pH fiziologic vor suferi fenomenul de ionizareaminoacizii care au gruparile ionizabile COOH si NH2 nu doar la C alfa ci si laradical.

    Astfel structura reala a acidului Asp si Glu la pH fiziologic va fi:

    Structura reala a acizilor Arg si Lys la pH fiziologic va fi:

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    6/24

    Ionizarea gruparilor apartinand radicalului si care apare la pH fiziologic (7,4) esteimportanta pentru structura tertiara/cuaternara a proteinelor.In concluzie la pH fiziologic 4 aminoacizi prezinta sarcina electrica (doi sarcina +,doi sarcina -) astfel:Argg, Lys -sarcina pozitiva

    Asp, Glu sarcina negativaExista un aa special si anume Hys care la pH fiziologic se gaseste in egala masura atatin forma moleculara cat si in forma ionica. Acest comportament are consecintefundamentale Hys fiind situata in centrul activ al unor proteine importante cum ar fienzimele.

    c) Reactia de condensareO proprietate chimica esentiala pentru organismele vii este capacitatea aminoacizilorde a reactiona intre ei prin intermediul gruparilor functionale situate la Carbonul alfa.

    In urma reactiei (de condensare = eliminare de apa) dintre gruparea COOH a unui

    aa si gruparea NH2 a altui aa se formeaza o legatura numita peptidica.

    Prin urmare compusul rezultat in urma reactiei dintre doi aminoacizi poarta numelede dipeptid si contine o legatura peptidica.Adaugarea unui nou aa la un dipeptid duce la formarea unui tripeptid.

    Repetarea procesului prin adaugarea de noi aminoacizi conduce la sinteza unorcompusi ce poarta denumirea generica de polipeptide. Aceasta denumire semnificafaptuln ca compusii obtinuti contin mai multor (poli) legaturi peptidice.Legatura peptidica este utilizata de organismele vii in sinteza proteinelor.Deoarece aa pot fi adaugati in mod continuu la unul din capete, lanturile polipetidicepot atinge lungimi considerabile si prin urmare structuri complexe. Pentru

    simplificare descrierii lanturilor polipeptidice au fost instituite urmatoarele conventii:- un lant plipeptidic incepe conventional cu gruparea NH2 si se termina cu grupareaCOOH (deci adaugarea urmatorului aa se face intotdeauna la capatul COOH)

    - gruparea NH2 a primului aa si gruparea COOH a ultimului aa poarta denumireade grupare amino respectiv carboxi terminala

    - lanturile cu un numar mai mic de 10 aa se numesc oligopeptide- lanturile cu un numar de aa cuprins intre 10 si 100 aa se numesc polipeptide- lanturile cu un numar mai mare de 100 aa se numesc proteine

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    7/24

    2. Proteine

    Proteinele sunt constituenti esentiali ai organismelor vii de o mare complexitatestructurala si functionala ce indeplinesc diferite roluri cum ar fi:rol catalitic- enzimele

    rol structural proteinele structurale precum colagenulrol locomotor proteine contractile actina miozinarol de transport si depozitare - hemoglobina respectiv mioglobinarol de reglare si control hormoniirol de aparare - anticorpii

    Din punct de vedere chimic insa proteinele nu sunt altceva decat lanturi de aminoacizilegati intre ei prin legatura peptidica si care prezinta diferite aranjamente spatiale maisimple sau mai complicate. Structura tridimensionala pe care o proteina o adopta,serveste, de regula, scopului destinat proteinei respective. Cum functiile proteinelor suntcomplexe apare evident ca si structura acestora va fi una complexa.

    Studierea arhitecturii proteinelor a relevat existenta a 4 nivele de organizare numite:structura primara, secundara, tertiara si cuaternara. Aceste 4 tipuri de structuri suntgenerate de tipuri de legaturi chimice diferite care se stabilesc intre grupari functionalediferite astfel:

    structura primara este generata de legatura peptidica ce se formeaza intre gruparea

    COOH a unui aa si gruparea NH2 a altui aa.

    structura secundara este generata de legaturile de hidrogen ce se stabilesc intreatomii ce alcatuiesc legatura peptidica (elementele chimice ale legaturii peptidice)

    structura tertiara este generata de legaturi slabe (de hidrogen, ionice, Van derWaals) si/sau legaturi puternice (legaturi disulfidice) ce se stabilesc intre radicaliiapartinand aceluiasi lant polipeptidic.

    structura cuaternara este generata de legaturi slabe (de hidrogen, ionice, Van derWaals) si (in cazuri particulare) de legaturi puternice (legaturi disulfidice) ce se stabilescintre radicalii apartinand la lanturi polipeptidice diferite.

    Structura primaraStructura primara este reprezentata de secventa de aminocizi din lantul proteic. Prinsecventa se intelege felul si ordinea aminoacizilor in lant. Structura primara este realizata

    de legatura peptidica ce se formeaza intre gruparea COOH a unui aa si gruparea NH2

    a altui aa. Fiecare aminoacid din lantul polipetidic mai poarta denumirea si de reziduu saurest. Inlocuirea accidentala (genetic sau accidentala) a unui singur aminoacid in structuraprimara poate altera functia proteinei (vezi anemia cu celule in forma de secera sau

    siclemia)Caracteristicile legaturii peptidice:

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    8/24

    - Caracter partial de dubla legatura (structura de rezonanta) ceea ce face ca atomiice participa la legatura sa fie situati(imobilizati) in acelasi plan

    - Libera rotatie in jurul legaturii C-N este impiedicata.

    - Rotatia este permisa in jurul C

    - Legatura este polarizata ceea ce permite aparitia legaturilor de hidrogen.

    - In legaturi de hidrogen pot fi implicati atomii O si H ai legaturii peptidice, astfelca fiecare legatura peptidica poate fi angajata in maxim doua legaturi de hidrogen

    - Atomii sunt pozitionati in configuratie trans fata de leg C-N- O de H apartinand legaturii peptidice nu accepta si nu cedeaza proton, nu sunt

    implicati in activitatea de tamponare

    Lantul polipeptidic obtinut prin unirea mai multor aa prezinta polaritate si sens. Celedoua notiuni au urmatoarea semnificatie:

    - in afirmatia de mai sus notiunea de polaritate (poate induce confuzie) se refera lafaptul ca lantul polipeptidic are doua capete, (la capatul de start se gasestegruparea NH2, iar la capatul terminal gruparea COOH), doi poli. Folosita in acest

    context ea este diferita de notiunea de polaritate care se refera la sarcinaelectrica. Notiunea de polaritate este folosita in descrierea pozitiei pe care o potadopta la un moment dat portiuni ale lanturilor polipeptidice unele fata de altele(portiunea Aare directia COOH ->NH2 in timp ce portiune B are directiaNH2-> COOH fata de A ). Deci notiunea de polaritate poate fi folosita in celedoua sensuri diferite

    - Notiunea de sens se refera la faptul ca directia corecta de citire este de la grupareaNH2 catre gruparea COOH.

    Exemplu de citire:Gly-Ala-Pro este diferit de Pro -Ala-Gly

    Structura secundaraStructura secundara este generata de legaturile de hidrogen in care sunt implicati atomulde O si H ce apartin diferitelor legaturi peptidice.Din cauza polarizarii legaturii primare pot apare legaturi de hidrogen care fac ca lantulpolipeptidic sa adopte diferite configuratii spatiale si sa nu pastreze forma liniara care arrezulta din insiruirea aminoacizilor unul dupa celalalt. Rotirea, indoirea, curbarea lantuluipolipeptidic, mai ampla sau mai stransa sunt determinate de secventa de aminoacizi, de

    posibilitatea de rotatie la nivelul C si de prezenta interactiunilor chimice (leg de H)

    Cele mai intilnite forme ale structurii secundare sunt structura a)-helix si b)structura -

    pliat

    a) Structura -helix

    Apare prin rasucirea lantului polipeptidice in jurul unui cilindru imaginar, rezultand ostructura asemanatoare cu un arc in spirala sau cu o elice ce are urmatoarele caracteristici:

    - pasul elicei (distanta dintre doua puncte situate in planuri diferite dar echivalentepe verticala,) este de 5.2 A si cuprinde 3, 6 aa

    - sensul rasucirii elicei este de regula spre dreapta- conformatia elicei este stabilizata de legaturile de H ce se stabilesc intre O-ul

    carbonilic apartinand unui aa si H-ul de la gruparea NH apartinand celui de al

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    9/24

    patrulea aa situat pe directia de inaintare a lantului polipeptidic. Aceasta arata ca

    str. -helix apare intre aa vecini in lantul polipeptidic

    - legaturile de hidrogen sunt paralele cu axul cilindrului imaginar- radicalii sunt proiectati in afara cilindrului (asemanator unor tepii de cactus)

    Exista o serie de aminoacizi care intrerup aranjarea elicolidala si anume:- prolina este singurul aminoacid care nu prezinta H la atomul de N ce apartine

    legaturii peptidice si prin urmare nu poate forma legaturi de hidrogen la acest

    atom. In plus C este imobilizat intr-o structura ciclica fapt ce impiedica rotirea

    permisa doar in jurul C alfa si care este necesara spiralarii (desen a)- aminoacizii care la pH fiziologic prezinta sarcina electrica localizata pe radical

    formeaza legaturi electrostatice de atractie sau de respingere care perturbastructura regulata elicoidala, atunci cand sunt in imediata vecinatate (desen b1,b2)

    - aminoacizii cu radicali voluminosi (Trp, Ile etc) atunci cand sunt in imediatavecinatate deranjeaza structura elicoidala ca urmare a impiedicarilor sterice(desen c)

    a.

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    10/24

    b.

    c.

    b) Structura -pliata (foaie -pliata)

    Este o structura in care lantul polipeptidic descrie un zig-zag generand o formaasemanatoare cu o foaie pliata (desen a). Aceasta structura apare atunci cand portiuni alelantului polipeptidic se aliniaza paralel unele cu altele ca urmare a indoirii in ac de par a

    acestuia. Segmentele care formeaza structura beta sunt de regula invecinate in secventalantului polipeptidic, dar asta nu exclude posibilitate ca acestea sa fie si relativ distantateunul de altul.a.

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    11/24

    Caracteristici:- legaturile de hidrogen sunt aproape perpendiculare pe axul lantului- radicalii sunt plasati de o parte si de alta a foii- existenta structurii beta pliate este conditionata de aparitia unei indoiri in ac de

    par a lantului polipeptidic (caracterizat de schimbarea directiei de inaintare alantului peptidic cu 180)., indoire stabilizata de legaturile de H. Cel mai intilnittip de ac de par se numeste beta-turn (desen b). Un beta- turn este generat de 4reziduuri dintre care in mijloc (pozitia 2 si 3) se gaseste Gly si Pro. Gly si Proparticipa de regula la formarea acelor de par deoarece Gly este un reziduu mic siflexibil iar Pro este necesara pentru ca poate adopta forma cis favorabila indoirii(desen c). In structura de ac de par gruparea CO din primul reziduu formeaza olegatura de H cu gr NH din cel de al patrulea reziduu, elementele legaturiipeptidice ale rezidiilor din mijloc neformand legaturi de H.

    - pot exista doua tipuri de structuri beta: paralela si antiparalela- in structura paralela ambele portiunile se aliniaza in aceeasi directie de la capatul

    NH2 spre capatul COOH (desen d).- in structura antiparalela capatului NH2 a unei portiuni ii corespunde capatulCOOH a portiunii paralele (desen d).

    b.

    c.

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    12/24

    Strutura betaturn permite indoirea lantului polipeptidic in vederea unei impachetari catmai compacte cerute de forma globulara a proteinelor globulare.Structurile beta-turns sunt localizate de regula la suprafata proteinelor unde elementelelegaturilor peptidice ale rezidiilor centrale (din mijloc) pot forma legaturi de hidrogen cu

    apa.Structura -helix si -pliat sunt intilnite in specificial in proteinelor globulare, solubile.

    Structura tertiaraStructura tertiara este generata de legaturi slabe (de hidrogen, ionice, Van der Waals)si/sau legaturi puternice (legaturi disulfidice) ce se stabilesc intre radicalii apartinandaceluiasi lant polipeptidic.Functie de secventa de aa din structura primara un lant polipeptidic poate adopta pe

    anumite portiuni structura -helix, pe alte portiuni -pliat sau zone cu arhitectura

    neregulata fata de cele anterioare. Aceasta face ca portiuni situate la distanta intr-un lantpolipeptidic sa ajunga in imediata vecinatate. In consecinta, functie de structura lor,radicalii diferitelor rezidii ajunsi in apropiere pot interactiona stabilind legaturi intre ei.

    Rezultanta tuturor acestor interactii genereaza o anumita impachetare a lantuluipolipeptidic. Cu alte cuvinte impachetarea unui lant polipeptidic depinde de structuraprimara si secundara si de interactiile dintre radicalii apartinand lantului respectiv.

    Intre radicali se pot stabili urmatoarele interactiuni:- legaturi hidrofobe care apar intre radicalii nepolari. Acestia tind sa se asocieze

    unii cu altii astfel incat sa excluda moleculele polare cum ar fi apa sau alti radicalipolari

    - legaturi de hidrogen ce pot apare intre atomii de O sau N (la electroniineparticipanti) si atomi de hidrogen apartinand unor grupari polare (OHapartinand Ser). Radicalii polari si cei cu sarcina electrica sunt ambii hidrofili.Acestia tind sa interactioneze intre ei si sa expulzeze in afara radicalii nepolari.

    - legaturi ionice sunt generate de ionizarea radicalilor la pH fiziologic. Amintim cala pH fiziologic radicalul acizilor Asp si Glu prezinta sarcina negativa COO- , iar

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    13/24

    radicalul aa Lys si Arg prezinta sarcina pozitiva NH3+. O grupare carboxil ionicasituata de pe un radical poate fi atrasa de ionul NH3+ de pe alt lant rezultand olegatura ionica.

    - Legaturile disulfidice ce apar intre doua resturi de cisteina stabilizeazaimpachetarea datorita tariei lor si limiteaza tendintele de depliere

    Desen

    Printre proteinele cu structura tertiara se numara mioglobina si un grup de receptoritransmembranari care au rolul de a intermedia transmiterea unui semnal (unei informatii)

    provenit de la o molecula de semnalizare cum este de exemplu un hormon.

    Structura cuaternaraStructura cuaternara este generata de legaturi slabe (de hidrogen, ionice, Van der Waals)si doar uneori de legaturi puternice (legaturi disulfidice) ce se stabilesc intre radicaliiapartinand la lanturi polipeptidice diferite.Unele proteine sunt alcatuite dintr-un singur lant polipeptidic; se spune despre acestea caau structura tertiara.Majoritatea proteinelor sunt alcatuite din mai multe lanturi polipeptidice si se spune ca austructura cuaternara. Lanurile individuale se numesc protomeri sau subuniti, fiecareavnd structur primar, secundar i teriar proprie. Acestea sunt tinute impreuna de

    interactiunile ce se stabilesc intre resturile de aminoacizi de pe segmente apartinanddiferitelor lanturi si care ajung unele in vecinatatea celorlalte. Fortele ce actioneazapentru asamblarea protomerilor sunt acelelasi care actioneaza in cadrul structurii teriare,cu deosebirea, c n acest caz, legturile se stabilesc ntre protomeri sau subunitati(desen).

    Printre proteinele cu structura cuaternara se numara si hemoglobina, care este alcatuitadin 4 lanturi polipeptidice asociate prin legaturi slabe.Concluzie:Structura tertiara inglobeaza structurile primara si secundara si este o structura pe care oau toate proteinele.Structura cuaternara inglobeaza structurile primara secundara si tertiara si pe care o audoar proteinele alcatuite din mai multe lanturi polipeptidice.

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    14/24

    2. 2 Proprietatile proteinelor, relatia structura functie, exemple.Structura chimica a aa determina proprietatile fizico-chimice ale proteinelor, in alcatuireacarora intra, configuratia spatiala a acestora si in final conditioneaza functia lor.

    Dintre proprietatile fizico-chimice ale proteinelor vor fi prezentate: denaturarea,

    solubilitatea, cu implicatiile directe in relatia structura- functie, precum si clasificareaproteinelor functie de omogenitatea lor.

    Denaturarea si hidroliza proteinelor.Structura proteinelor este realizata prin intermediul a doua tipuri generale de legaturi sianume: legaturi puternice covalente (legatura peptidica) si legaturi slabe necovalente.Distrugerea acestor legaturi produce despachetarea sau chiar dezintegrarea structuriiproteinelor.Denaturarea reprezinta ruperea legaturilor slabe: de H, ionice sau hidrofobe si determinapierderea structurilor secundara, tertiara si cuaternara. Prin urmare proteinele se depliazasi isi pierd structura spatiala si prin urmarea si capacitatea functionala. Denaturarea nu

    afecteaza structura primara a proteinelor, legaturile peptidice ramanand intacte. ( desen).

    Denaturarea proteinelor este cauzata de agenti denaturanti ca:- cresterea temperaturii care poate rupe legaturile de hidrogen- modificarea pH-ului care prin protonarea sau deprotonarea radicalilor poate

    intrerupe legaturile ionice- agentii reducatori (uree, guanidina) care pot rupe puntile disulfidice

    In unele situatii denaturarea poate fi reversibila.

    Hidroliza proteinelor reprezinta ruperea legaturii peptidice ceea ce duce la dezintegrareastructurii primare a proteinei pana la stadiul de aminoacizi. Acest fenomen este unulireversibil.Hidroliza proteinelor poate fi cauzata de agenti chimici (acizi si baze la temperaturiridicate) sau in organism de enzime proteolitice sau peptidaze (tripsina, chemotripsina,pepsina)

    Solubilitatea proteinelor

    Proteinele pot fi clasificate dupa diferite criterii: solubilitate, omogenitate, localizareacelulara etc.O prima clasificare generala grupeaza proteinele in: a) fibrilare (insolubile) si b)globulare (solubile)

    a. Proteinele fibrilare au de regula rol structural. Acestea sunt insolubile si intra inalcatuirea tesutului conjunctiv, a muschilor si a tendoanelor. Proteinele fibrilare au ostructura liniara care permite o organizare compacta ordonata care favorizeaza formareaunui numar mare de interactiuni pe toata lungimea proteinei fapt care le conferaacestora rezistenta servind functiei structurale. Un exemplu de proteina insolubila estecolagenul. Colagenul este o proteina a carei structura este cea a unui triplu helix,

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    15/24

    alcatuita din trei lanturi care se rotesc unul in jurul celuilalt formand o structuraasemanatoare unui odgon (franghii).

    Structura fiecarui lant este asemanatoare cu str. -helix numai ca elicea este mai

    deschisa, mai relaxata cu rasucire spre stanga. In plus secventa fiecarui lant este unaspecifica deoarece contine intr-o proportie semnificativa doi aminoacizi: glicina siprolina.Prezenta glicinei aminoacid mic ca dimensiuni permite apropierea maxima intre cele treilanturi fapt care confera rezistenta considerabila acestuia.Prolina permite formarea unui numar mare de legaturi de hidrogen pe intreaga lungime alantului datorita formei ei hidroxilate de hidroxiprolina. Hidroxilarea prolinei( atasareaunei grupari hidroxil) are loc in prezenta vitaminei C. Lipsa acesteia din alimentatie duce

    la aparitia scorbutului boala caracterizata de prezenta unui unui colagen friabil.

    b) Proteinele globulare sunt hidrosolubile si indeplinesc in general rol functional si maiputin rol structural. Printre acestea se numara albumina, hemoglobina, mioglobina, cu rolde transport, enzimele cu rol catalitic. Termenul de solubilitate se refera in principal lahidrosolubilitate**. La proteinele hidrosolubile pozitionarea radicalilor apartinindlantului polipeptidic este urmatoarea:

    - radicalii polari hidrofili sunt dispusi la suprafata moleculei proteice unde potinteractiona cu moleculele de ape.

    - radicalii nepolari care sunt hidrofobi (resping si sunt respinsi de apa) se atrag

    reciproc si tind sa se aglomereaze si sa se pozitioneze in interiorul moleculei.Astfel partea hidrofoba este izolata departe de apa in timp ce gruparile polare hidrofilesunt lasatela suprafata proteinei favorizand solubilizarea acesteia (desen). Astfelaceasta structura in care zona hidrofila si hidrofoba sunt localizate adecvat servestefunctiei de transport.

    In mediul biologic este intilnita si o solubilitate in mediu lipofil (hidrofob), cum estemembrana celulara, asa numita lipo-solubilitate. La proteinele liposolubile pozitionarearadicalilor apartinind lantului polipeptidic este urmatoarea:

    - radicalii nepolari sunt distribuiti la suprafata proteinei pentru a interactiona cumembrana nepolara,

    - in timp ce resturile polare hidrofile sunt localizate in interiorul proteinei.Se genereaza astfel structuri membranare sau transmembranare care pot permite circulatiacompusilor polari in cazul asa numitelor canalele ionice (desen) sau situsuri de legarespecifice cum este cazul unor receptori celulari.Un model de proteina transmembranara este receptorul beta-adrenergic care fixeazaadrenalina. Adrenalina este un hormon hidrosolubil secretat de zona medulara a glandei

    suprarenale. Atunci cand adrenalina se fixeaza pe receptorul -adrenergic prezent in

    muschi, ficat sau tesutul adipos declanseaza la acest nivel un raspuns celular care

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    16/24

    modifica statusul energetic al organismului (mobilizeaza rezervele energetice)pregatindu-l sa faca fata unui stress acut (fight or flight).

    Receptorul -adrenergic este alcatuit dintr-un singur lant polipeptidic care traverseaza de

    7 ori membrana celulara generand o structura serpuita motiv pentru care acest receptor se

    mai numeste si receptor serpentina. Cele 7 portiuni situate in membrana au o structura -

    helix si contin aa cu radicali nepolari care formeaza legaturi nepolare cu stratul dublulipidic al membranei celulare. Acestea sunt sunt legate intre ele de portiuni ce contin aacu radical polar care se situeaza de o parte si de alta a membranei in spatiul extrarespectiv intra celular.

    Domeniul extracelular este capabil sa fixeze in regiunea polara hormonii cu caracterhidrosolubil (glucagon, adrenalina). Domeniul intracelular este capabil sa interactionezecu proteine intracelulare declansand un raspuns intracelular. Astfel aceasta structuraadaptata cu zona hidrofila si hidrofoba localizate adecvat poate face legatura intre spatiulextra si cel intra celular servind astfel functiei de comunicare.**Notiunea de solubilitate se refera la dispersarea moleculelor unei substante printre moleculele apei. Apa

    este un solvent dipolar adica contine doi poli: un pol pozitiv situat pe cei doi atomi de H,un pol negativ

    situat pe O. Datorita acestei structuri apa poate interactiona cu moleculele substantelor polare formandlegaturi de hidrogen. In urma acestor interactiuni moleculele substantei sunt dispersate (imprastiate) printre

    moleculele apei. Din acest p.d.v. proteinele pot fi solubile sau insolubile.

    Proteine simple si complexeUn alt criteriu de clasificare al proteinelor este omogenitatea, conform careia proteinelepot fi: proteine simple sau heteroproteine. Proteinele simple sunt alcatuite numai dinlanturi peptidice. Heteroproteinele contin pe langa lantul/rile polipeptidic/e si o parte

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    17/24

    neproteica care este o structura chimica distincta. Partea proteica a heteroproteinelor senumeste de regula apoproteina iar partea neproteica se mai numeste parte prostetica.Hemoproteinele sunt un grup de proteine din care fac parte: mioglobina, hemoglobina,citocromii etc si care contin ca parte prostetica hemul.Hemul reprezinta unitatea functionala a proteinei iar lanturile polipeptidice

    construiesc spatiul favorabil in care aceasta sa functioneze.Astfel functia hemului in mioglobina si hemoglobina este de a fixa reversibil oxigenuliar in citocromi de a realiza transferul de electroni.Mioglobina este o heteroproteina monomerica (cu structura tertiara) alcatuita din hem siun lant polipeptidic numit globina. Ea este prezenta in muschiul cardiac si scheletic si arerol in stocarea si transportul oxigenului la acest nivel.Structura hem

    Hemul este o structura complexa compusa din protoporfirina IX (compus cu structuraplana) si ionul de Fe2+ in stare feroasa situat in centrul planului. Fierul este mentinut inaceasta pozitie de legaturile formate cu cei patru atomi de azot ai inelului protoporfirinic.Fe2+ formeaza doua legaturi coordinative suplimentare: una cu atomul de azot apartinandunui rezidiu de Hys (Hys proximala) de pe lantul polipeptidic, cealalta este disponibilapentru fixarea reversibila a oxigenului.Globina sau partea strict proteica a mioglobinei este de fapt lantul polipeptidic. Acesta

    contine 8 portiuni -helix (notate de la A-H) legate intre ele de regiuni cu structura

    neregulata. Aranjarea spatiala a lantului creeaza un buzunar in care se gaseste unitatea

    functionala, hemul. Buzunarul este captusit de resturi de aa nepolari. Exceptie fac douaresturi de Hys (distala si proximala) care fac legatura intre partea neproteica (hem) sipartea proteica si participa in acelasi timp la fixarea oxigenului. Histina proximala seleaga direct de ionul de fier din hem, histidina distala nu interactioneaza direct cu hemuldar ajuta la stabilizarea legaturii dintre fier si O2. Oxigenul se fixeaza reversibil in spatiulexistent intre ionul de feros Fe 2+ si Hys distala.Caracterul nepolar al buzunarului in care se afla hemul impiedica oxidarea Fe2+ (feros)la Fe3+ (feric), deoarece aceasta ar distruge functia biologica a

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    18/24

    mioglobinei/hemoglobinei. Cu alte cuvinte Fe2+ leaga reversibil oxigenul spre deosebirede Fe 3+ care nu leaga oxigenul.Mioglobina exista deci in 2 stari:

    - In starea deoxigenata a mioglobinei (cand oxigenul nu este fixat la hem) fieruleste situat usor in afara planului inelului protoporfirinic.

    - In stare oxigenta cand oxigenul ocupa cea de a 6- a coordinare a fierului, caurmare a interactiei intre oxigen si Fe2+ acesta din urma este tras in centrulprotoporfirinei IX, deplasand usor Hys proximala si odata cu ea intregul segmentpolipeptidic.

    Cu alte cuvinte aceasta structura mobila permite fixarea reversibila a oxigenului la niveltisular fara a modifica starea de oxidare a fierului.Desen structura mioglobina

    In concluzie mioglobina leaga o singura molecula de O2 in mod reversibil.

    Hemoglobina

    Hemoglobina este prezenta in hematii (celulele rosii din sange) si are rol in transportuloxigenului de la plamani catre tesuturi.

    Hemoglobina este alcatuita din 4 lanturi polipeptidice doua de tip alfa si doua de tip

    beta tinute impreuna de legaturi slabe necovalente. Fiecare lant are o structura cu

    portiuni elicoidale ce formeaza un buzunar si o grupare hem situata in acesta asemanatormioglobinei.

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    19/24

    Un lant de tip si unul de tip sunt strans unite prin legaturi hidrofobe (semnificative

    ca numar si deci puternice datorita numarului mare si nu datorita tariei legaturii

    individuale) ce se stabilesc intre ele. Rezulta astfel doi dimeri ()1 si ()2. Cei doi

    dimeri sunt tinuti impreuna prin legaturi slabe polare. Legaturile slabe polare dintre ceidoi dimeri permit deplasarea usoara a acestora unul fata de altul astfel incat ei pot ocupadoua pozitii relativ diferite in starea oxigenata fata de starea deoxigenata:

    - in starea deoxigenata cei doi dimeri sunt tinuti relativ apropiati unul de celalalt delegaturi polare ce impiedica miscarea lor unul fata de celalat. In aceasta aranjarese realizeaza numarul maxim de legaturi polare posibile, rezultand o structutacompacta numita T (tight, tense) care are afinitate scazuta pentru oxigen.

    - in starea oxigenata, fixarea oxigenului forteaza si prin urmare a rupe o parte dinaceste legaturi polare. Se formeaza astfel o structura afinata numita R (relaxed)care are deci o afinitate marita pentru oxigen favorizand fixarea urmatoarelormolecula a acestuia.

    Cu alte cuvinte prin favorizarea unor structuri mobile este posibila fixarea reversibila aoxigenului.

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    20/24

    In concluzie hemoglobina leaga reversibil 4 molecule de O2.

    O afectiune cauzata de modificare secventei de aminoacizi dintr-un lant polipeptidic esteanemia cu celule informa de secera. In moleculele de hemoglobina HbS (S=secera)lanturile alfa sunt normale in timp ce lanturile beta sunt mutante adica un acid polar sianume acidul glutamic (din pozitia 6) este inlocuit cu un acid nepolar si anume valina.Aceasta permite ca aminoacidul nepolar de pe o molecula de hemoglobina sa poata formao legatura nepolara cu lantul alfa de pe alta molecula de hemoglobina . Prin urmaremoleculele de hemoglobina se aglomereaza formand o structura polimerica fibroasa sivoluminoasa care altereaza structura elastica a eritrocitului generand un eritocit rigid.Acesta blocheaza capilarele sanguine intrerupand astfel aportul de oxigen. Acest tip deeritocite sunt supuse unui proces de distrugere sporit fata de cele normale de unde si

    fenomenul de anemie(eritrocite putine)

    CitocromiiCitocromii sunt hemoproteine ce au ca grupare prostetica hemul. Acestia pot aveastructura monomerica sau pot intra ca subunitati in structuri cuaternare complexe.Citocromii au rol in transportul electronilor functionand dupa principiul:

    Acest comportament este posibil datorita faptului ca legarea hemului de partea proteica seface diferit de fata de mioglobina si hemoglobina nu la nivelul fierului din hem ci lanivelul radicalilor hemului.

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    21/24

    Proteine fibrilareVezi structura colagenuluiColagenul este proteina cea mai abundenta in organism [Pamela]. Molecula de colageneste o molecula cu o forma lunga rigida alcatuita din trei lanturi polipeptidice infasurateunul in jurul celuilalt intr-o structura asemanatoare unei franghii.

    Aceasta molecula se asociaza diferit cu altele asememea ei in diferite tesuturi functie derolul structural pe care acestea il au.In matrixul extracelular sau in umoarea vitroasa a ochiului aceste molecula formeaza uncolagen asemanator unui gel cu rol in sustinere.In tendoane aceste molecule formeeaza pachete stranse de fibrile paralele care conferarezistenta .In oase aceste molecule se aranjeaza in fibre ce formeaza unghiuri intre ele astfel incatrezistenta mecanica sa se paota manifesta in toate directiile .

    Numele uzual Numele tiinificFormula structurala

    I. Radical alifatic (acizi monoaminomonocarboxilici)

    Glicina (Glicocol)Gly (G)

    Acid aminoacetic

    Alanina

    Ala (A)

    Acid -amino-propionic

    ValinaVal (V)

    Acid -amino-izovalerianic

    LeucinaLeu (L)

    Acid -amino-izocaproic

    IzoleucinaIle (I)

    Acid -amino--metil-

    valerianic

    II. Radical cu grupare acida (acizi monoaminodicarboxilici si amidele lor)

    Acid asparticAsp (D)

    Acid -amino-succinic

    R CH COOH

    NH2

    H CH COOH

    NH2

    CH COOH

    NH2

    CH3

    CH COOH

    NH2

    CH3 CH

    CH3

    CH3

    CHCH3 CH COOH

    NH2

    CH2

    CH COOH

    NH2

    CH2 CH

    CH3

    CH3

    CH COOH

    NH2

    CH2

    HOOC

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    22/24

    AsparaginaAsn (N)

    -amida acidului -amino-

    succinic

    Acid glutamicGlu (E) Acid -amino-glutaric

    GlutaminaGln (Q)

    -amida acidului -amino-

    glutaric

    III. Radical cu grupare bazica (acizi diaminomonocarboxilici)

    ArgininaArg (R)

    Acid -amino--guanidino-n-

    valerianic

    LizinaLys (L)

    Acid ,-diamino-carpoic

    HidroxilizinaHyl

    Acid --diamino--hidroxi-n-

    carpoic

    HistidinaHys (H)

    Acid -amino--imidazol-

    propionic

    IV. Radical cu grupare hidroxil (Hidroxiaminoacid)

    SerinaSer (S)

    Acid -amino--hidroxi-propionic

    TreoninaThr (T)

    Acid -amino--hidroxi-n-

    butiric

    V. Radical cu grupare tiolic (Tioaminoacizi)

    CH COOH

    NH2

    CH2OCH2N

    CH COOH

    NH2

    CH2CH2HOOC

    CH COOH

    NH2

    CH2H2N OC CH2

    CH2

    (CH2)2 CH COOH

    NH2

    NH

    C

    H2N

    HN

    H2N

    CH COOH

    NH2

    (CH2)3CH2

    H2N

    CH2

    OH

    CH COOH

    NH2

    (CH2)2CH

    CH COOH

    NH2

    CH2NN

    CH COOH

    NH2

    CH2

    OH

    OH

    CH COOH

    NH2

    CHCH3

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    23/24

    CisteinaCys C

    Acid -amino--mercapto-

    propionic

    Cistina Acid --ditio-(-amino-

    propionic)

    MetioninaMet (M)

    Acid -amino--metil-tio-n-

    butiric

    VI. Radical aromatic (aminoacizi aromatici)

    Histidina(vezi.grupa III)

    Acid -amino--imidazol-

    propionic

    TirozinaTyr (Y)

    Acid -amino--(p-

    hidroxifenil) propionic

    TriptofanTrp (W)

    Acid -amino--3indol-

    propionic

    FenilalaninaPhe (F)

    Acid -amino--fenil-

    propionic

    VII. Iminoacizi (nepolar)

    ProlinaPro (P)

    Acid pirolidin-2-carboxilic

    HidroxiprolinaHyp

    Acid 4-hidroxi-pirolidin-2-carboxilic

    CH COOH

    NH2

    CH2

    SH

    CH2 CH COOH

    NH2

    S

    CH2 CH COOH

    NH2

    S

    S

    CH2 CH COOH

    NH2

    CH2

    CH3

    CH COOH

    NH2

    CH2HO

    CH COOH

    NH2

    CH2

    N

    COOH

    H

    N

    COOH

    HN

    HO

    CH COOH

    NH2

    CH2NN

    CH COOH

    NH2

    CH2

  • 7/22/2019 Aminoacizi Si Proteine (1)

    24/24


Recommended