ProprietăŃile aminoacizilor

Aminoacizii sunt substanŃe cristalizabile uşor solubile în apă, greu solubile

în alcool şi alte lichide organice. Se topesc la temperaturi ce depăşesc 250° prin

descompunere. Nu se pot distila nici în vid.

Aminoacizii au atât funcŃia acidă – COOH cât şi funcŃia bazică – NH2. Din

acest motiv se numesc amfoliŃi sau amfiioni. În soluŃiile apoase grupările –

COOH şi – NH2 se neutralizează reciproc.

SoluŃiile nu conŃin aminoacizii în stare nedisociată exprimată prin formulele

obişnuite ci în formă de ioni bipolari denumiŃi amfioni (Zwitterion după Bredig

1894 şi N. Bjerrum 1923):

+NH2 R COOH H3N R COO

_

Echilibrul între forma nedisociată şi cea disociată este deplasată mult în

spre cea din urmă (pentru glicocol raportul este de 1/310.000 la 30°C.

Din cauza caracterului amfoter, aminoacizii formează săruri atât cu acizii

cât şi cu bazele:

−+−+−++−−→++−− ClCOOHRNHClHCOORNH 33

+−−+−+

+−−+→++−− NaCOORNHOHOHNaCOORNH 223

Deci în mediu acid aminoacizii se comportă ca baze, iar în mediu bazic se

comportă ca acizi.

Pe această bază se explică funcŃia de tampon a soluŃiilor aminoacizilor

(neutralizarea atât a acizilor cât şi a bazelor) fără ca soluŃia să-şi modifice în mod

sensibil pH-ul.

Astfel în soluŃia unui aminoacid pot exista simultan trei feluri de ioni:

amfiioni −+−− COORNH3 (prescurtat +R-); cationi COOHRNH3 −−

+(R+) şi anioni

−−− COORNH2 (R-).

În aminoacizi disocierea acidă nu este egală cu cea bazică. Din acest

motiv soluŃiile aminoacizilor nu sunt neutre ci slab acide sau slab bazice.

Punctul izoelectric

Prin adăugarea unui acid, a unei baze sau a unei soluŃii tampon este

posibil să se deplaseze echilibrul ionic al unui aminoacid astfel încât să se

formeze fie mai mult R+, fie mai mult −R .

Se numeşte punct izoelectric al unui aminoacid, concentraŃia ionilor [H+] la

care concentraŃia −+ = RR adică punctul în care disocierea acidă este egală cu

cea bazică.

La punctul izoelectric concentraŃia amfiionului este maximă. Solubilitatea

aminoacizilor este minimă la punctul izoelectric (PIE).

Conform legii acŃiunii maselor constantele de disociere acidă Ka şi bazică

Kb ale unui aminoacid sunt:

aK]R[

]R][H[ =+

−++ (2.1)

bK]R[

]R][OH[ =−

−+− (2.2)

łinând seama că produsul ionic al apei este [H+][OH-] = Kw ecuaŃia 2.2

devine:

w

bKK

]R][H[

]R[ =−+

+− (2.3)

Când [R+] = [R-] (la punctul izoelectric (PIE), concentraŃia ionilor de

hidrogen [H+] se poate obŃine împărŃind 2.1 cu 2.3:

PIEK

KK]H[

b

wa =⋅=+ (2.4)

În cazul glicocolului PIE este la pH = 6.

S-a constat că punctul izoelectric al aminoacizilor monobazici simpli se

găseşte în domeniul acid aproape la pH ~ 7. Aceşti aminoacizi sunt foarte slabi.

Acizii bibazici ca acidul asparagic au PIE la pH mic, iar diaminoacizi (ca lizina) au

caracter bazic (pH > 7), vezi tabelul alăturat.

Aminoacidul pH la PIE

Glicocol 6,08

Alanină 6,04

Acid asparagic 2,8

Lizină 9,9

Structura sterică a aminoacizilor

Aminoacizii au un carbon asimetric astfel că au izomeri optici activi. S-a

constatat că aproape toŃi aminoacizii care intră în structura proteinelor aparŃin

seriei optic active l.

Cunoaşterea PIE ale unui amfolit este extrem de importantă pentru a

urmări comportarea lui ca acid sau ca bază în soluŃia în care se găseşte.

PIE se determină prin:

a) Determinarea pH de la minimum de solubilitate.

b) Prin metoda electroforezei (deplasarea R+ sau −R din soluŃie spre

catod sau respectiv spre anod, sub influenŃa unui câmp electric într-o

celulă de electroforeză.

ReacŃiile aminoacizilor

1. ReacŃia grupării aminice – NH2 a unui aminoacid cu gruparea carboxi

al altui aminoacid cu formarea legăturii peptidice:

H2N

CH

HOOC

R+CH

COOH

NH2

R

HN OC

CH

H2NCOOH

CHR R + H2O

Această reacŃie este foarte importantă deoarece constituie, prin realizarea

legăturii peptidice, prima etapă pentru formarea proteidelor în Ńesuturi.

2. ReacŃia de dezaminare. Gruparea aminică a unui aminoacid poate fi

eliminată sub acŃiunea acidului azotos (NO2H) rezultând un oxiacid,

azot şi apă:

oxiacid

N2 + H2O+R CH COOH

OH

HO

N

O

+R CH

NH2

COOH

Dezaminarea aminoacizilor poate avea loc şi pe cale biochimică. Ea se

produce sub acŃiunea unor enzime specifice (dezaminazele).

ReacŃiile grupării carboxilice

Decarboxilarea. Numeroase bacterii (baccillus coli, baccillus subtilis, etc.)

provoacă în mediu slab acid (pH = 4 – 5) o decarboxilare a aminoacizilor,

transformându-i în amine primare. Astfel din leucină se formează izoamilamina.

În general decarboxilarea duce la formarea de CO2 şi amina

corespunzătoare:

CO2

R CH2

NH2b. coli

amina

+R CH

NH2

COOH

În Ńesuturi există enzime care produc decarboxilarea aminoacizilor cu

formare de amine importante din punct de vedere biologic (amine proteinogene).

Astfel din tirozină se obŃine tiamina.

Drojdia de bere poate realiza atât decarboxilarea cât şi dezaminarea

aminoacizilor cu formarea alcoolilor corespunzători.

alcool

+ N2 + H2OR CH2

OHdezaminare+ CO2decarboxilare

aminoacid

R CH2

NH2

amina

R CH

NH2

COOH

PEPTIDELE

Peptidele sunt compuşi formaŃi din doi sau mai mulŃi aminoacizi legaŃi

între ei prin legături peptidice: (–CO–NH–) ceea ce arată că peptidele sunt

substanŃe cu caracter amidic, deoarece gruparea (–CO–NH–) este gruparea

amidică.

După numărul de aminoacizi care se combină între ei pentru a forma

peptide, distingem: di-; tri-; tetra-; penta- şi polipeptide.

Peptidele cu un număr de până la cinci aminoacizi se numesc

oligopeptide, iar cele cu un număr mai mare de 5 aminoacizi se numesc

polipeptide. Se numesc peptone polipeptidele cu un număr foarte mare de

aminoacizi.

Peptidele, aceste combinaŃii amidice rezultă din reacŃia dintre doi sau mai

mulŃi aminoacizi cu eliminare de apă:

grupare terminala (carboxi)tripeptida grupare peptidica

grupare terminala aminica

H2N CH

R1

C

O

N

H

CH

R2

C N

O

CH

H R3

COOH

H2OH2O

H2N CH C

R1

OH + H

O

N CH

H R2

C OH + H

O

N

H

CH COOH

R3

H2N CH

R1

CO NH CH

R2

CO NH CH

R3

COOH

Dintre peptidele mai importante menŃionăm următoarele:

Dipeptidele

Carnozina care se găseşte în muşchii mamiferelor

Tripeptide

Glutationul – tripeptid cu rol fiziologic important se găseşte în toate

Ńesuturile vegetale şi animale, compus din câte un rest de glicocol, cisteină şi

acid glutamic. Glutationul are un rol proeminent în procesele redox intracelulare

prin restul cisteinic care poate fi oxidat şi redus:

2R SH- 2H

+ 2HR S S R

Alte polipeptide sunt: oxitocina, vasopresina, etc. PrezenŃa peptidelor în

citoplasmă este necesară pentru sinteza protidelor.

PROTEIDELE

Proteidele sunt substanŃele constitutive fundamentale ale lumii vii

reprezentând marea majoritate a materialului citoplasmatic al celulei vii precum şi

a enzimelor.

Structural proteidele sunt biopolimeri formaŃi prin legătura peptidică a

aminoacizilor din peptide.

Structura moleculară a proteidelor determină comportarea lor în domenii

cruciale ale mecanismului vieŃii ca de exemplu sistemul imunitar sau cel

enzimatic. Structura depinde de natura aminoacizilor şi de ordinea în care

aceştia sunt legaŃi în polimer.

Din punct de vedere structural se disting: a) Structura primară a

proteidelor care este dată de ordinea de aşezare a aminoacizilor în

macromoleculă; b) Structura secundară şi c) terŃiară a proteidelor care este dată

de modul în care moleculele de polipeptide sunt răsucite şi încolăcite unele peste

altele pe baza legăturilor de hidrogen.

d) Structura cuaternară a proteidelor se datorează legăturilor dintre

lanŃurile proteidelor, de exemplu legături – S – S – care Ńin împreună mai multe

legături de polimeri proteinici asigurând astfel tridimensionalitate proteidelor.

Nivelele de organizare a proteidelor sunt prezentate în figura 2.5 (după

S.S. Mader).

Fig. 2.5 Nivelele de organizare a proteidelor

a) Structura primară a proteidelor este reprezentată de secvenŃa liniară a

aminoacizilor în structură;

b) Structura secundară este reprezentată de apariŃia lanŃurilor helicoidale;

c) Structura terŃiară tridimensională include îndoiturile şi răsucirile lanŃului

helicoidal;

d) Proteidele formate din mai multe tipuri de lanŃuri helicoidale de

structură ternară legate între ele constituie grupa structurală

cuaternară.

ProprietăŃile proteidelor (proteinelor)

1. Caracterul polar al proteinelor

Datorită faptului că proteinele constau din aminoacizi care sunt

amfiioni ele conŃin grupările acide carboxil şi bazice amino, ceea ce face ca ele

să fie considerate amfiioni polimoleculari polivalenŃi.

Numărul grupărilor acide şi bazice variază de la o proteină la alta. Ca

şi amino acizii, proteinele sunt caracterizate prin punctul izoelectric, care este o

constantă caracteristică a lor.

În mediu acid proteinele se comportă ca baze, iar în mediu bazic se

comportă ca acizi. Ele formează săruri atât cu acizii cât şi cu bazele.

Ele joacă un rol de tampon în organism, menŃinând constant pH-ul

tisular din Ńesuturi. În soluŃii slab acide proteinele sunt cationi, iar în soluŃii slab

alcaline sunt anioni. Datorită acestui fapt ele se pot separa prin electroforeză.

2. Solubilitatea proteinelor

Proteinele sunt insolubile în solvenŃi organici, dar se dizolvă în apă sau

soluŃii apoase de electroliŃi.

Capacitatea proteinelor de a se combina cu apa este foarte mare.

Proteinele cristalizate pot conŃine apă de cristalizare.

Proteinele globulare se dizolvă fără imbibiŃie, dar la cele fibroase se

manifestă puternic fenomenul de imbibiŃie, adică proteinele se imbibă cu apă

formând un gel (gelatină)

Gelurile au o mare importanŃă fiziologică, deoarece multe proteine

sunt conŃinute în celule sub formă de gel.

Viscozitatea cea mai mică este la punctul izoelectric.

Solubilitatea cea mai mică se află la punctul izoelectric.

Albuminele sunt solubile în apă curată, iar celelalte proteine mai ales

în apă cu săruri dizolvate. În cazul proteinelor se poate produce fenomenul de

salifiere, când proteina precipită din soluŃia apoasă sub formă de gel.

3. Denaturarea proteinelor

Proteinele naturale sunt extrem de sensibile faŃă de agenŃi fizici şi

chimici. Denaturarea este modificarea de cele mai multe ori ireversibilă a multor

proprietăŃi ale proteinelor sub influenŃa: temperaturii, acŃiunii mecanice, acizilor,

bazelor, luminii ultraviolete, substanŃelor neutre (alcool, uree). Modificarea cea

mai obişnuită este coagularea. Alte modificări sunt: pierderea specificităŃii

fiziologice, pierderea de cristalizare şi de adsorbŃie.

Când proteina este denaturată ea îşi pierde forma şi în consecinŃă şi

activitatea. În figura 2.6 se arată cum o proteină îşi pierde forma prin fenomenul

de denaturare.

Fig. 2.6

În concluzie se poate afirma că proteinele sunt protide complexe formate

prin combinarea între ele, sau şi cu molecule de altă natură.

După compoziŃia chimică proteinele se clasifică astfel:

2.2.4.1 HOLOPROTEIDELE (proteine simple)

Sunt formate de lanŃuri de polipeptide. Holoproteidele constituie partea

cea mai importantă a citoplasmei jucând astfel un rol fundamental în procesul de

desfăşurare a vieŃii.

La rândul lor holoproteidele sunt de mai multe feluri:

a) Protaminele în care predomină diaminoacizii care conŃin două grupări

bazice amino şi o grupare carboxil care le asigură astfel o comportare

bazică. Nu conŃin sulf şi nu coagulează. Se dizolvă în apă.

b) Histonele constituite cu precădere tot din diaminoacizi păstrând astfel

caracterul bazic. Sunt solubile în apă, coagulabile prin căldură. Se

găsesc în substanŃa cromozomială combinate cu acidul

dezoxiribonucleic formând dezoxiribonucleoproteide.

c) Albuminile - solubile în apă şi în soluŃii semisaturate de săruri. Ele

coagulează la căldură. Exemple: lactalbumina (din zer de lapte).

d) Globulinele insolubile în apă dar solubile în soluŃii diluate de săruri

(miozina în muşchi); fibrinogenul, etc.

e) Scleroproteinele sunt holoproteide rezistente la acŃiunea diferiŃilor

agenŃi fizico-chimici şi fermenŃi. Ele sunt insolubile în apă, soluŃii de

săruri şi acizi la rece. Sunt în stare solidă şi au rol de apărare sau de

susŃinere.

În molecula lor se găseşte sulf. Din acest grup fac parte şi:

α) Colagenul format din fibre conjuctive şi întâlnit în tendoane, ligamente,

piele. Prin fierbere se transformă în gelatină.

β) Elastina constituită din fibre elastice. Prin fierbere nu se transformă în

gelatină.

γ) Oseina se găseşte în oase.

δ) Keratina se găseşte în celulele cornoase din epidermă, în păr, unghii,

copite, etc.

2.2.4.2 HETEROPROTEIDELE (proteine conjugate)

Sunt proteine conjugate adică sunt formate din proteine combinate cu o

grupare de natură neproteică denumită grupare prostetică care este fie: o

grupare glucidică sau lipidică; fie ioni metalici; fie o altă substanŃă organică

mai mult sau mai puŃin complexă.

Dintre cele mai importante heteroproteide menŃionăm:

a) Acizi nucleici care sunt macromolecule alcătuite din structuri mai

simple denumite nucleotide. Nucleotidele la rândul lor sunt formate prin

combinarea acidului fosforic cu riboza sau dezoxiriboza (vezi capitolul

glucide) şi cu o bază purinică sau pirimidimică. Acizii nucleici sunt denumiŃi şi

polinucleotide.

Acizii nucleici intră în structura celulară a tuturor fiinŃelor vii şi îndeplinesc

un rol extrem de important în viaŃa acestora.

Există doi acizi nucleici: acidul dezoxiribonucleic (ADN) şi acidul

ribonucleic (ARN).

ADN-ul este deŃinătorul caracterelor ereditare pe care le transmite sub

forma unui cod, iar ARN-ul este un adevărat organizator citoplasmatic, el fiind

matricea în care se sintetizează proteinele.

Schema compoziŃiei chimice a unei nucleoproteide este:

Nucleoproteidele au caracter acid şi se dizolvă în soluŃii slab alcaline.

Se găsesc în cantităŃi mari în nucleul celulelor. Cea mai cunoscută este

cromatina.

b) Fosfoproteidele conŃin drept grupare prostetică acidul fosforic care este

legat ca ester de grupa de alcool primar al serinei.

Din cauza prezenŃei H3PO4 în catena laterală, fosfoproteidele sunt

puternic acide. În apă sunt insolubile, se dizolvă în alcalii şi sunt precipitate de

acizi.

Cazeina din lapte este cea mai studiată fosfoproteidă. Ea are o structură

globulară dar derivaŃii săi au structură fibroasă. Cazeina coagulează la încălzire.

Cazeina conŃine numeroşi aminoacizi ceea ce face să fie foarte valoroasă din

punct de vedere nutritiv.

Cazeina fiind accesibilă în cantităŃi foarte mari are diverse utilizări

industriale dintre care menŃionăm: cleiul de cazeină care este un adeziv excelent

Nucleoproteida

Proteină

Nucleină Proteină simplă Acid nucleic (polinucleotid)

Acid fosforic Baze purinice Baze pirimidinice Pentoză (glucid)

Adenină Guanină

Citozina Timina Uracil

Riboza Dezoxiriboza

pentru lemn şi galalitul un material plastic obŃinut din cazeină prin condensare cu

formaldehidă. Galalitul este o masă dură de consistenŃa cornului. Formaldehida

se combină cu grupele NH2 libere ale diaminoacizilor. Se formează astfel

macromolecule filiforme de tipul:

OHRNHCHNHRRNHOCHNHR 22222 +−−−−→−++−

Lâna artificială (lanital) se obŃine din cazeină dizolvată în soluŃii alcaline

diluate. ConcentraŃia în cazeină a soluŃiei alcaline este de 16 – 20%. Această

soluŃie se trage prin filiere, coagulându-se într-o baie de H2SO4 unde se

precipită, iar firele se întăresc prin tratare îndelungată cu formaldehidă.

c) Glicoproteidele conŃin ca grupare prostetică oligo sau polizaharide

derivând de la aminozaharuri. Glicoproteidele sunt vâscoase (se trag

fire), au caracter acid fiind precipitate din soluŃia de acid acetic.

Nu coagulează la încălzire. Se denaturează ireversibil cu acizi, baze,

alcool, etc. Proteidele care conŃin sub 4% polizaharide constituie subclasa

glicoproteidelor, iar cele care conŃin peste 4% constituise clasa mucoproteidelor.

Mucoidele sunt glicoproteidele din albuşul de ou şi din ser.

O mucină produsă în glanda submaxilară se întâlneşte în salivă.

Glicoproteidele prezintă o importanŃă fiziologică deosebită.

d) Cromoproteidele sunt proteide care au ca grupare prostetică o

substanŃă colorată. După structura acestei grupări aceste proteide se clasifică în

porfinice şi neporfinice. Proteidele porfinice includ proteide cu funcŃie respiratorie

(hemoglobina, citrocomi, catalaze, etc.) şi fără funcŃie respiratorie (clorofile,

fitocianine, etc.). Cromoproteide neporfinice cu funcŃii respiratorii sunt printre

altele hemocianinele şi flavoproteidele. Hemoglobina din sânge este o

combinaŃie a unei proteide (globina) cu o materie colorantă (hemul). Hemul este

un compus derivând de la pirol care conŃine fier legat complex.

Rolul de transportor al oxigenului îndeplinit de hemoglobină este bine

cunoscut.

Din muşchi se izolează o cromoproteidă mioglobina care este

asemănătoare hemoglobinei.

e) Lipoproteidele au drept grupare prostetică o substanŃă grasă. Se

întâlnesc în toate celulele mai ales în membranele acestora.

f) Proteide din cereale. Glutenul – substanŃă albuminoidă elastică şi

viscoasă din făina de grâu care rămâne după îndepărtarea amidonului prin

spălare cu apă.

Tratat cu o soluŃie alcoolică de hidroxid de potasiu se desface într-o parte

insolubilă, pulverulentă, glutenina şi o parte mai solubilă compusă din gliadină

(puŃin solubilă în apă dar solubilă în hidroxizi diluaŃi); mucedină (foarte solubilă în

apă) şi glutinfibrina insolubilă în apă.

Gluteninele şi gliadinele se găsesc în boabele de cereale (cu excepŃia

porumbului) iar gluteninele care conŃin în moleculă şi lizină au o valoare

alimentară aproape completă.

Numai o făină care conŃine ambele proteine poate forma un aluat

consistent care se poate transforma în pâine.

Proteine cu însuşiri fiziologice specifice. Această grupă cuprinde: hormonii,

toxinele, anticorpii şi enzimele, substanŃe complexe cu rol crucial pentru

desfăşurarea proceselor biochimice din celula vie