BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

CURS 3 – II

PROTEINE

Proprietatile fizico – chimiceStructura

Proprietatile fizice ale proteinelor

• Proteinele izolate din diferite surse sunt substanţe solide, în general amorfe, care prin purificare avansată pot fi obţinute în stare cristalină.

• Solubilitatea proteinelor în apă este foarte diferită: proteinele globulare sunt mai mult sau mai puţin solubile, pe când cele fibrilare sunt insolubile.

• Solubilitatea în apă depinde de mai mulţi factori: natura, numărul şi aşezarea în catenă a aminoacizilor care compun macromolecula, de existenţa grupelor funcţionale hidrofile

(-OH, -NH2, -COOH,-SH), de pH şi de concentraţia în săruri a soluţiei.

Masa moleculară a proteinelor variază de la câteva mii la câteva milioane, în funcţie de numărul catenelor polipeptidice şi a aminoacizilor componenţi.

• Starea coloidală a proteinelor în soluţie le conferă proprietăţile caracteristice sistemelor coloidale: presiune osmotică mică, putere de difuziune redusă, ultrafiltrare, efectul Tyndall etc.

• Din cauza dimensiunilor mari ale macromoleculelor, proteinele nu difuzează prin membrane ale căror pori sunt de ordinul milimicronilor (membrane de celofan, pergament, colodiu etc.), proprietate pe care se bazează separarea lor de sărurile prezente în soluţie şi ai căror ioni trec prin membranele de dializă.

Proprietati chimice

• Proprietăţile fizice şi chimice generale ale proteinelor sunt determinate de structura moleculară, natura legăturilor intra- şi intermoleculare, natura grupelor funcţionale.

• Proteinele prezintă (asemănător aminoacizilor) reacţii chimice corespunzătoare grupelor funcţionale: -NH 2şi -COOH libere, precum şi reacţii al radicalilor -R pe care îi conţin. Sunt caracteristice de asemenea o serie de reacţii de culoare, care servesc la identificarea lor (reacţia biuretului, reacţia xantoproteică, reacţiile: Millon, Liebermann, Sakaguchi etc.).

1

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

• Hidroliza. Sub influenţa acizilor, bazelor sau a enzimelor proteolitice catena polipeptidică se scindează cu formarea unor fragmente polipeptidice, care în final hidrolizează, punând în libertate toţi aminoacizii constituenţi.

• Denaturarea. Sub acţiunea unor agenţi fizici şi chimici proteinele sunt modificate structural, cu păstrarea masei moleculare, fenomen cunoscut sub numele de denaturare, care este însoţit de pierderea activităţii fiziologice a proteinelor. Agenţii denaturanţi pot fi clasificaţi astfel:

• agenţi fizici: temperaturile ridicate, radiaţii UV, razele X, ultrasunetele etc.; • agenţi chimici: soluţii concentrate de acizi şi baze tari, sărurile unor metale grele (Hg, Pb, Cd etc.), compuşi ai arsenului, solvenţi organici etc.

Denaturarea proteinelor

2

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

Denaturarea proteinelor

Legatura peptidica

3

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

Structura proteinelor

Holoproteidele sau proteinele sunt biopolimeri alcătuiţi dintr-un număr foarte mare, care variază mult de la proteină la alta, de aminoacizi legaţi prin legături peptidice.

Lindenstrom şi Lang au stabilit următoarele nivele de organizare a structurii complexe a proteinelor:

• structura primară,

• structura secundară,

• structura terţiară, şi

• structura cuaternară.

Structura primara

Structura primară a proteinelor reprezintă organizarea catenei macromoleculare, respectiv numărul şi secvenţa aminoacizilor legaţi prin legături peptidice.

4

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

Ţinându-se seama că fiecare catenă polipeptidică posedă la una dintre extremităţi o grupă amino liberă, s-a putut stabili, prin hidroliză enzimatică, numărul lanţurilor polipeptidice, prin determinarea numărului acizilor N-terminali sau C-terminali.

Secvenţa aminoacizilor în lanţul polipeptidic se stabileşte pe cale genetică şi are caracter ereditar. Modificarea unei singure secvenţe (înlocuirea unui singur aminoacid, de exemplu în globina hemoglobinei) poate altera sau modifica complet funcţia biologică a macromoleculei proteice.

Cunoaşterea doar a structurii primare nu permite aprecierea modului în care structura proteinei determină activitatea biologică.

5

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

Structura primara a lizozimului

6

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

Structura secundara

Structura secundară a proteinelor este un tip de structură tridimensională care ia în considerare aranjamentul spaţial, conformaţiile posibile ale catenei macromoleculare proteice.

Deoarece catena macromoleculară are grupe funcţionale polare, capabile să formeze legături de hidrogen (între grupele –CO– şi –NH–) cercetările lui Pauling şi Corey au condus la propunerea a două modele structurale: modelul helicolidal (α-helix) şi modelul straturilor pliate.

Modelul spiralat, helicoidal sau α-helix, presupune răsucirea în spirală a lanţului polipeptidic. Acesta este format din catene polipeptidice între care se stabilesc legături de hidrogen (între grupa C=O) a unei legături peptidice dintr-o catenă şi grupa –NH– a legăturii peptidice din catena vecină) în jurul unui cilindru imaginar.

7

Numele de α-helix a fost utilizat de Pauling care a recunoscut prima dată această structură în α-keratină. Sensul de orientare a α-helixului poate fi spre dreapta sau spre stânga, însă toţi aminoacizii participanţi în ambele cazuri aparţin seriei L, iar resturile R ale aminoacizilor sunt proiectate spre exteriorul spiralei (α-helixului).

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

Modelul structurilor β-pliate (pleated sheets) se bazează pe formarea legăturilor de hidrogen între grupele -C=O şi -NH- de la două catene polipeptidice, care pot fi dispuse în două moduri:

• conform modelului paralel, caracteristic β-keratinei şi

• modelului antiparalel, caracteristic fibroinei din mătase.

În modelul paralel, lanţurile peptidice sunt situate paralel, cu resturile -R orientate în acelaşi sens, iar

în modelul antiparalel, lanţurile peptidice sunt faţă în faţă (antiparalele), cu resturile -R orientate în direcţii opuse.

Legăturile de hidrogen în această structură sunt aproape perpendiculare pe axa lanţului peptidic (în contrast cu structura α-helix).

În modelul paralel al structurilor pliate fiecare structură cuprinde catene paralele situate la intervale de 4,6 Å, intervale care permit formarea legăturilor de hidrogen intercatenare.

În cazul β-keratinei, perioada de identitate de-a lungul lanţurilor peptidice este de 6,5 Å, iar în cazul fibroinei este de 7,2 Å.

8

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

Structura tertiara

Structura terţiară a proteinelor reprezintă un alt nivel de organizare structurală, exprimând gradul de împachetare a lanţului polipeptidic (cu diferite structuri: α-helix sau straturi β-pliate) pentru realizarea unei conformaţii compacte (de proteină globulară) cât mai avantajoasă energetic.

Aceasta reprezintă rezultatul interacţiilor dintre resturile –R ale aminoacizilor din catenele polipeptidice, interacţiuni care apar deja în cazul lanţurilor polipeptidice mai lungi, cu structură secundară proprie.

Această suprastructură se realizează şi se menţine datorită forţelor de atracţie între catenele laterale ale lanţurilor peptidice, care pot să formeze următoarele tipuri de legături:

• legături de hidrogen;

• legături covalente;

•legături fosfodiesterice,

• legături ionice;

• legături apolare prin forţe van der Waals (legături hidrofobe)

9

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

structura secundara si tertiara a lizozimului

Structura cuaternara

Structura cuaternara a Hb

10

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

COLAGENUL

11

BIOCHIMIE CURS 3 –II – ProteineMEDICINA – AN I

12