1 PEPTIDE. PROTEINE Unităţile constitutive de bază ale peptidelor/proteinelor sunt aminoacizii. Acestia sunt uniti intre ei prin legaturi peptidice - legaturi de tip amidic stabilite intre carboxilul unui aminoacid si grupa amino a aminoacidului urmator. Prin urmare, prin hidroliza chimica sau enzi matica, orice proteina genereaza aminoacizi. Un numar mic de aminoacizi (3-50) legati prin legaturi peptidice alcatuiesc peptide. Mai multe peptide unite intre ele (incluzind 50-300 aminoacizi) formeaza polipeptide , iar 1-n polipeptide legate intre ele alcatuiesc proteinele(cu M = 5 000- 1000 000 u.a.m). O catenă polipeptidică se scrie (se consideră) începând cu aminoacidul cu grupa NH 2 liberă (aminoacid N-terminal). Ultimul aminoacid va fi cel cu grupa COOH liberă, acesta fiind numit aminoacid C-terminal. Prin urmare, denumirea unei peptide este alcătuită din numele aminoacidului N -terminal şi al celorlaltor aminoacizi în care se înlocuieşte terminaţia ină cu ilurmate de numele întreg al aminoacidului C-terminal (spre exemplu alanil-valil-serina). H 2 N CH CH 3 C O NH CH CH CH 3 H 3 C C O NH CH CH 2 OH COOH Alanil-valil-serina Aminoac id N-te rminalAminoac id C-te rminalO peptidă atipică esteglutationul (γ-glutamil-cisteinil-glicina). Acesta este o tripeptidă alcătuită din acid glutamic, cisteină şi glicină, acidul glutamic nefiind însă legat prin COOH din poziţia α ci cu cel din γ (legătură izopeptidică). HC H 2 C HS C O NH CH 2 COO C O CH 2 CH 2 CH COO NH NH 3 Glutation Cys Glu Gly __+ Glutationul se găseşte în cantitate foarte mare în ficat şi constituie cel mai abundent antioxidant cu masă moleculară mică şi unul dintre cei mai importanţi antioxidanţi plasmatici intra- şi extracelular, datorită posibilităţii sale de a exista atât în formă oxidată (GSSG) cât şi redusă (GSH). Câteva dintre funcţiile cele mai importante ale glutationului sunt: * în formă redusă participă la descompunerea apei oxigenate şi a peroxizilor lipidici, protejând astfel membranele celulare de acţiunea ox idantă a acestora; * contribuie la menţinerea grupelor SH din centrul activ al enzimelor în formă redusă, la transformarea methemoglobinei (Fe 3+ ) în hemoglobină (Fe 2+ ); * inactivează insulina, prin reducerea punţilor disulfurice din molecula acesteia;
Unităţile constitutive de bază ale peptidelor/proteinelor sunt aminoacizii.Acestia sunt uniti intre ei prin legaturi peptidice - legaturi de tip amidic stabilite
intre carboxilul unui aminoacid si grupa amino a aminoacidului urmator. Prin urmare, prin hidroliza chimica sau enzimatica, orice proteina genereaza aminoacizi.
Un numar mic de aminoacizi (3-50) legati prin legaturi peptidice alcatuiesc
peptide. Mai multe peptide unite intre ele (incluzind 50-300 aminoacizi) formeaza
polipeptide, iar 1-n polipeptide legate intre ele alcatuiesc proteinele (cu M = 5 000-
1000 000 u.a.m).
O catenă polipeptidică se scrie (se consideră) începând cu aminoacidul cugrupa NH2 liberă (aminoacid N-terminal). Ultimul aminoacid va fi cel cu grupa
COOH liberă, acesta fiind numit aminoacid C-terminal. Prin urmare, denumirea unei
peptide este alcătuită din numele aminoacidului N-terminal şi al celorlaltoraminoacizi în care se înlocuieşte terminaţia ină cu il urmate de numele întreg al
aminoacidului C-terminal (spre exemplu alanil-valil-serina).
H2 N CH
CH3
C
O
NH CH
CH
CH3H3C
C
O
NH CH
CH2
OH
COOH
Alanil-valil-serina
Aminoacid N-terminal Aminoacid C-terminal
O peptidă atipică este glutationul (γ-glutamil-cisteinil-glicina). Acesta este o
tripeptidă alcătuită din acid glutamic, cisteină şi glicină, acidul glutamic nefiind însălegat prin COOH din poziţia α ci cu cel din γ (legătură izopeptidică).
HCH2CHSC
O
NH CH2 COO
C
O
CH2 CH2 CH COO NH
NH3
GlutationCys
Glu
Gly
_
_
+
Glutationul se găseşte în cantitate foarte mare în ficat şi constituie cel mai
abundent antioxidant cu masă moleculară mică şi unul dintre cei mai importanţiantioxidanţi plasmatici intra- şi extracelular, datorită posibilităţii sale de a exista atâtîn formă oxidată (GSSG) cât şi redusă (GSH). Câteva dintre funcţiile cele maiimportante ale glutationului sunt:
* în formă redusă participă la descompunerea apei oxigenate şi a peroxizilorlipidici, protejând astfel membranele celulare de acţiunea oxidantă a acestora;
* contribuie la menţinerea grupelor SH din centrul activ al enzimelor în formăredusă, la transformarea methemoglobinei (Fe3+) în hemoglobină (Fe2+);
* inactivează insulina, prin reducerea punţilor disulfurice din moleculaacesteia;
* participă la biotransformarea substanţelor xenobiotice din organism, fiindimplicat în faza a II-a – conjugarea (reacţiile glutationului cu formele reactive aletoxicului rezultate în faza I prin reacţii de oxidare, reducere, hidroliză etc.).Conjugarea este catalizată de glutation-S-transferaze (prezente preponderent în ficat,
intestin, rinichi, glande suprarenale, plămâni), fiind localizate în special încitoplasmă;
Peptidele îndeplinesc diferite roluri fiziologice: unele peptide din creierintervin în procesele memoriei, somnului, durerii (endorfinele, encefalinele), altele au
rol de hormoni: glucagonul (hormon pancreatic cu rol în reglarea glicemiei),
somatostatina (sintetizată în hipotalamus şi pancreas – reglează eliberareaglucagonului şi a altor hormoni), vasopresina (sau hormonul antidiuretic – stimuleazăreabsorbţia apei în tubii renali distali), oxitocina (stimulează contracţia musculaturiinetede a uterului).
O peptidă este şi aspartamul (L-aspartil-L-fenilalanil-1-metilester), îndulcitor
artificial, mai dulce de 160 ori decât zaharoza.
H3 N CH
CH2
COO
C NH CH
CH2
C
O
OCH3
O
C6H5
_
+
Aspartam
Proteinele sunt caracterizate de patru tipuri de structuri: primară, secundară,
terţiară şi cuaternară.
Structura primară se refera la numarul si felul aminoacizilor componenti si la
inlantuirea lor secventiala.
Are următoarele caracteristici:
1) constituie “coloana vertebrală” a oricărei molecule proteice; 2) conţine legături peptidice;3) este alcătuită din secvenţe (succesiuni) bine definite a aminoacizilor in
catenele peptidice, secvenţe aflate sub control genetic. Pe scurt, aceasta se explicăastfel: secvenţa nucleotidelor din ADN (molecula eredităţii) este transcrisă într -osecvenţă complementară de nucleotide din ARN. Secvenţa de nucleotide din ARNeste cea care determină succesiunea aminoacizilor din proteine, fiecare aminoacidfiind codificat prin una sau mai multe secvenţe de trei nucleotide numite codoni.
4) determina configuraţia specifică oricărei proteine. Structura tridimensională(conformaţia spaţială) şi activitatea biologică a proteinei sunt dependente sicontrolate de secvenţa de aminoacizi caracteristică structurii primare.
Proteinele sunt macromolecule naturale, majoritatea cu catenă liniară(neramificată). Legătura peptidică este stabilizată prin rezonanţă şi are aproximativ40% caracter de dublă legătură, prin urmare atomii de carbon şi azot nu se pot rotiliber, iar atomii de oxigen şi hidrogen se află în poziţie trans.
Atomii de carbon, oxigen, azot, hidrogen, împreună cu cei doi atomi de carbonC
α şi Cα’
implicaţi în legăturile peptidice sunt coplanari iar resturile de aminoacizi
(radicalii organici ai aminoacizilor) sunt dispuşi alternativ deasupra şi sub planurilelegăturilor peptidice, într -un aranjament trans repetabil.
CC
O
N
H
C
H R
C
O
N
H
C
R
C
O
N
H
C
H R
C
O
N
H
CC
R H
O
H
Geometria trans a legaturilor peptidice
I. Prima etapa in studiul unei proteine o constituie izolarea (separarea) in stare
pura a proteinei. Acest lucru se realizeaza in special prin metode cromatografice
(cromatografia pe hirtie, in strat subtire, pe coloana, pe geluri, pe schimbatori de ioni,
cromatografie de afinitate), prin electroforeza dar si prin tehnici de cristalizare,
precipitare, dizolvare selectiva etc.
II. A doua etapa o reprezinta analiza calitativa si cantitativa.
1. dacă proteina conţine mai multe lanţuri polipeptidice, acestea se separă printratare cu un acid, o bază sau o sare foarte concentrate ori cun agent de
denaturare şi se purifică;2. toate punţile de sulf sunt rupte (spre exemplu cu ajutorul acidului performicsau β-mercaptoetanolului), iar grupele SH rezultate se alchilează (de obiceicu iodoacetat);
3. se efectuează hidroliza totală a fiecărui lanţ peptidic, în mediu puternic acid(HCl la fierbere), urmată de dozarea cromatografică a amestecului deaminoacizi rezultaţi. Se obţine compoziţia peptidei, dar nu este furnizatănicio informaţie cu privire la ordinea (succesiunea) aminoacizilor în catena
polipeptidică; 4. se identifică aminoacizii N- şi C-terminali;
5. se efectuează hidrolize parţiale, chimice sau enzimatice, obţinându-se peptide mai mici din care se poate determina secvenţa de aminoacizi.
Pentru determinarea succesiunii aminoacizilor se apelează la următoareastrategie:
Determinarea aminoacidului N-terminal - cu ajutorul unui reactiv ce
“marcheaza” aminoacidul N-terminal. Reactivul poate fi:
* 2,4-dinitrofluorobenzenul (DNFB, reactivul lui Sanger)
Se efectuează apoi hidroliza rezultând aminoacidul “marcat”, galbenstrălucitor, care se separă de restul aminoacizilor formaţi prin extracţie cu eter de
petrol. Prin această metoda catena polipeptidică este distrusă.
* fenilizotiocianatul. Prin tratarea cu acest reactiv rezulta un derivat de tiouree
care este scindat de restul peptidei printr-o hidroliza blinda (cu HCl diluat sau acid
trifluoroacetic).
In acest caz se separa un singur aminoacid (cel N-terminal), restul catenei polipeptidice ramânând intact.Operaţia poate fi repetata, detaşându-se si analizându-
se de fiecare dată un singur aminoacid (procedeu pus la punct in 1950 de către PehrEdman, care a reusit apoi automatizarea acestuia). Procedeul este limitat la
polipeptide cu cel mult 20 aminoacizi.
* alti reactivi pentru capatul N-terminal: clorura de 1-dimetilaminonaftalin-5-
sulfonil (clorura de dansil) si clorura de 4-dimetilaminoazobenzen-4’-sulfonil (clorura de dabsil), metodele respective fiind foarte sensibile
N
SO2Cl
CH3H3C
N
H3C
H3C
N N SO2Cl
Clorura de dansil Clorura de dabsil(Clorura de 1-DimetilAminoNaftalin-5-Sulfonil) (Clorura de 4-DimetilAminoAzoBenzen-4'-Sulfonil)
In cazul utilizarii acestor reactivi, dar si in cazul folosirii reactivului Sanger,
pentru peptide cu numar mic de aminoacizi este utila efectuarea unei hidrolize partiale (folosind cantitati de apa si acid mai mici decit cele necesare stoechiometric),
hidroliza in urma careia rezulta un amestec de aminoacid marcat, alti aminoacizi si di,
tri, polipeptide. Polipeptidele se separa din amestec si sint supuse unei noi hidrolize,
obtinindu-se aminoacizii componenti. Restul se reduce la o problema de logica.
Determinarea aminoacidului C-terminal
Se realizeaza cel mai bine prin hidroliza enzimatica cu ajutorul peptidazelor
(enzime hidrolitice -hidrolaze- specializate in hidroliza unei anumite legaturi peptidice). In functie de pozitia legaturii peptidice atacate de enzima se deosebesc:
exopeptidaze (hidrolizeaza legaturile peptidice marginale) si endopeptidaze
(hidrolizeaza legaturi peptidice interioare). Spre exemplu, carboxipeptidaza (enzimăextrasă din pancreas) este o exocarboxi peptidază care atacă legatura peptidică vecinăcu COOH liber, realizându-se astfel “descompunerea” lantului polipeptidic pornind
de la capatul C-terminal. Aceasta metoda poate fi si ea automatizata. Similar,aminoacid peptidazele (exoaminopeptidazele) realizează ruperea legăturii peptidiceformate de aminoacidul N-terminal.
Atât endo- cât şi exo- peptidazele au cerinţe specifice legate de natura resturilorde aminoacid ce alcătuiesc legătura peptidică pe care o scindează (v. mai jos).
Al te metode de identi f icare a aminoacidului C-terminal :
*esterificarea cu metanol urmata de reducere cu LiBH4 si apoi de hidroliza
totala - rezulta aminoalcoolul corespunzator alaturi de ceilalti aminoacizi liberi;
H2 N CH
R 1
CO NH CH
R 2
CO + NH CH
Rn-1
CO NH CH
Rn
COOH CH3OH
H2 N CH
R 1
CO NH CH
R 2
CO NH CH
Rn-1
CO NH CH
Rn
COOCH3LiBH4
H+
H3 N CH
R 1
COO H3 N CH
R 2
COO+ H3 N CH COO
R n-1
.............+ ++ H3 N CH CH2OH
R n
H2 N CH
R 1
CO NH CH
R 2
CO NH CH
Rn-1
CO NH CH
Rn
CH2OHLiBH4 H2O
HCl
H2OHCl
+ + + _ _ _ +
*hidrazinoliza (reacţia cu hidrazina în mediu acid), prin care toate legaturile peptidice sunt desfacute obtinindu-se aminoacidul C-terminal liber alături deaminoacil-hidrazidele respective.
Cu ajutorul endopeptidazelor pot fi efectuate scindari selective in interiorul
lantului peptidic, existind enzime care hidrolizeaza legatura peptidica din imediatavecinatate a anumitor aminoacizi.
- pepsina (acţionează în mediu puternic acid, pH≈2) hidrolizează în principallegăturile peptidice formate de grupele NH2 ale fenilalanainei, triptofanului, tirosinei
şi leucinei (dar şi ale altor aminoacizi);
- tripsina (enzimă secretată de pancreas în intestinul subţire; acţionează înmediu slab bazic, pH≈8) hidrolizeaza legaturile peptidice formate de grupele COOHale lizinei si argininei (aminoacizi cu catene laterale încărcate pozitiv);
- chimotripsina (de asemenea secretată de pancreas în intestinul subţire şiacţionând în mediu slab bazic), mai putin selectiva, hidrolizeaza legaturile peptidiceformate de grupele COOH ale tirosinei, fenilalaninei, triptofanului (aminoacizi cu
grupe hidrofobe voluminoase) si, mai lent, ale metioninei, asparaginei, histidinei,
leucinei şi acidului glutamic.
Cele trei enzime nu acţionează în cazul în care celălalt aminoacid implicat înlegăturile peptidice scindate este prolina.
Exista si reactivi chimici specifici anumitor aminoacizi. Spre exemplu:
bromcianul (Br-CN) realizeaza ruperea legaturii peptidice formate de grupa COOH a
metioninei (aceasta este un aminoacid mai puţin răspândit în proteine, de aceeascidarea legăturilor peptidice formate de metionină permite, în practică, fragmentarea
polipeptidelor în oligopeptide); N-bromosuccinimida scindeaza legaturi peptidice
vecine cu tirosina.
H2 N CH
R 1
CO NH CH
R 2
CO NH CH
Rx
CO NH CH
Ry
CO NH CH
Rn-1
CO NH CH
Rn
COOH
- metoda Sanger - metoda Edman- clorura de dansil/dabsil
- exo-aminopeptidaze- esterificare si reducere cu LiBH4
Reprezintă organizarea spatiala a catenei polipeptidice principale (a “coloaneivertebrale” a moleculei polipeptidice, alcătuite din atomii participanţi la legăturileamidice, fără considerarea catenelor laterale). Este realizată şi stabilizată prinlegăturile de hidrogen intra- şi intercatenare dintre grupele amino si carbonil alelegăturilor peptidice.
Este reprezentată prin doua conformaţii caracteristice proteinelor fibrilare:
elice α (α- helix) si “foi pliate” sau conformatie β ( β -pleated sheet ). O conformatie
speciala o reprezinta conformaţia tip colagen.
Conformatia elice α. La baza descoperirii ei au stat cercetarile cu raze Xefectuate de W. Astbury, in Anglia, la inceputul anilor’30. Spectrele de difractie deraze X au indicat o periodicitate sau o unitate (lungime) ce se repeta de aprox. 0,5 – 0,55 nm de-a lungul axei longitudinale. Continuând studiul cu raze X al
aminoacizilor, al di- şi tri- peptidelor, Linus Pauling propune (1951) conformaţia deelice α a lanţurilor proteice: conformatie elicoidala rezultata prin spiralarea catredreapta a catenei polipeptidice; pasul elicei (distanta dintre doua puncte identice din
spire consecutive)= 5,4Ǻ, fiecare pas este alcatuit din 3,6 aminoacizi iar o spira estealcatuita din 4,6 aminoacizi. Conformaţia de elice α este posibilă datorită
configuraţiei L a aminoacizilor componenţi ai proteinelor.Este o conformaţie contractată menţinută prin legături de hidrogenintracatenare stabilite între grupa carbonil a unei legături amidice şi grupa amino a
altei legături amidice separate de prima prin 3 aminoacizi (altfel spus, între grupacarbonil a aminoacidului n şi grupa NH2 a aminoacidului n+4).
Radicalii aminoacizilor componenti sunt asezati alternativ deasupra si sub
planurile legaturilor peptidice si orientati spre exteriorul elicei, astfel încât
interacţiunile sterice între ei şi de asemenea cu catena principală sunt minime.Aminoacizii predominanţi sunt cei cu catene nepolare: alanină, leucină, izoleucină,fenilalanină, metionină.
Exemplul clasic de proteine cu conformaţie de elice α il constituie α-keratinele.
α-Keratinele se găsesc in coarne, unghii, piele, păr, lână etc. Aceste keratine sunt bogate în resturi de cisteină, ceea ce perimite formarea unui număr mai mare sau maimic de punţi de sulf. Cu cât acest număr este mai mare cu atât fibra este mai dură(rigidă).
α-Keratina se întinde la incalzire, astfel ca firul de par creţ umed, supus la
incalzire isi dubleaza lungimea, prin r uperea legaturilor de hidrogen şi a punţilor
disulfurice intracatenare (ceea ce duce la distrugerea elicei si rearanjarea catenelor
intr-o conformatie β). Alungirea nu este permanenta, parul revenindu-si, în timp, prin
racire, la lungimea normală.
Conformatia β sau “foi pliate” (β -pleated sheet) a fost propusă tot în anul1951, de către Linus Pauling şi Robert Corey. Reprezinta o conformatie ordonata si
relaxata, stabilizata prin legaturi de hidrogen intercatenare, in care catenele
polipeptidice au conformatie in zig-zag, fiind paralele intre ele. Legaturile dehidrogen se formeaza in numar maxim, intre grupe carbonil si amino apartinind la
catene diferite. Radicalii aminoacizilor se afla dispusi alternativ deasupra si sub
planul legaturilor peptidice, iar atomii de carbon purtatori ai acestor radicali sint
amplasati pe muchia dintre doua planuri.
Orientarea catenelor polipeptidice poate fi paralelă (ambele catene evolueazăde la capătul N-terminal spre cel C-terminal) sau antiparalelă (un lanţ se desfăşoarăde la capătul N-terminal spre cel C-terminal, iar celălalt în sens invers). Conformaţiaβ cu catene paralele este mai puţin stabilă decât cea cu catenele orientate antiparalel,
cel mai probabil din cauza distorsionării legăturilor de hidrogen intercatenare.
Prototipurile acestui model sunt β -keratinele - acestea se gasesc in firul produsde viermii de matase, in solzii, ghearele si ciocurile reptilelor si pasarilor. Spre
deosebire de α-keratine, β-keratinele nu se pot întinde deoarece lanţurile polipeptidicesunt deja aproape complet întinse.
Conformaţi a tip colagen este specifică colagenului.
Colagenul este cea mai abundentă proteină prezentă în vertebrate; reprezintacca 1/3 din totalul proteinelor din organismul animal, fiind prezent in piele, oase,
cartilagii, tendoane, cornee, dinti, vase de singe etc. Conferă formă şi rezistenţăţesuturilor în care se găseşte. Există mai multe tipuri de colagen, majoritatea
conţinând in proporţie mare glicocol (~30-35%) şi în cantităţi semnificative prolină(~12%), 4-hidroxiprolină (~9%, acest aminoacid fiind rar întâlnit în alte proteine) şi
de asemenea alanină (~11%). Astfel, secvenţele de aminoacizi cele mai frecventîntâlnite sunt Gly-Pro-X sau Gly-X-Hyp (X poate fi orice alt aminoacid).
Prezintă o conformatie de elice tripla sau super-elice (triplu helix) foarte
rigida): trei catene polipeptidice rasucite spre stinga, fiecare catena fiind înfăşuratăslab, spre dreapta, una în jurul celeilate. O spira din oricare elice este alcatuita din 3aminoacizi. Aceasta conformatie este favorizata de prezenta in proportie mare a
prolinei, hidroxiprolinei si glicocolului care nu permit adoptarea uneia dintreconformatiile mentionate anterior. Numeroasele resturi de prolina determina
aranjamentul elicoidal, caracteristic, al lanturilor, in timp ce radicalii de glicocol, mai
mici, plasati in fiecare a treia pozitie, permit incolacirea lanturilor unul in jurul
celuilalt (atomul de hidrogen din catena laterală a glicocolului fiind singurul care se potriveşte (are loc) în interiorul atât de aglomerat al super -elicei.
Stabilitatea super-elicei este asigurata de legaturi de hidrogen din interiorul
fiecarei elice si intre elicele componente, realizate in special de catre prolina. Se
formeaza insa si legaturi de hidrogen suplimentare de către grupele OH din 4-
hidroxiprolina (mai rar şi din 3-hidroxiprolină) si 5-hidroxilisina, acesti doi
aminoacizi formându-se prin hidroxilare enzimatica în cursul biosintezei colagenului.
Grupa OH din 4-hidroxiprolina este indispensabila pentru formarea legaturilor de
hidrogen intercatenare, lanturile polipeptidice ale tropocolagenului nerasucindu-se in
super-elice in absenta lor; de asemenea nici asamblarea şirurilor de tropocolagen înfibrile nu se poate realiza în absenţa legăturilor de hidrogen ale 4-hidroxiprolinei.
Hidroxilarea prolinei şi lizinei are loc in prezenta enzimelor prolilhidroxilază,res pectiv lizilhidroxilază, a oxigenului, α-cetoglutaratului şi a vitaminei C. Lipsa
vitaminei C impiedica deci hidroxilarea prolinei si lisinei, conducind la slabirearezistentei pielii si a vaselor de singe, la singerarea gingiilor, la dermatoza si la
Fibra de colagen este alcătuită din mai multe fibrile, aranjate diferit, în funcţiede rolul biologic al ţesutului respectiv. Astfel, ele pot fi dispuse în mănunchiuri
paralele (în tendoane, având o rezistenţă deosebit de mare la întindere) sau se potîncrucişa formând o reţea (în piele).
Unitatea structurala de baza este tropocolagenul format din elice triple de
colagen. Unitatile de tropocolagen sunt asezate “cap” la “coada”, in sir, nefiind insaunite, astfel incit intre ele exista spatii. Sirurile de tropocolagen sint dispuse paralel in
manunchiuri in care capetele apar in trepte, decalate cu cca 67 nm (un sfert din
lungimea unei unităţi de tropocolagen).
Lanţurile polipeptidice paralele de tropocolagen suntunite între ele prin legături covalente încrucişate. Numărullegăturilor covalente creşte odată cu vârsta.
Se formează astfel fibrila de colagen, cu o rezistenţăfoarte mare.
Colagenul nu este o proteină simplă ci, de fapt, este o
glicoproteină, întrucât acesta leagă prin grupa OH a 5-
hidroxilizinei carbohidraţi (oligozaharide) printr -o legătură
O-glicozidică. Prin încălzirea îndelungată a colagenului cu apă,
acesta întâi se îmbibă cu apă, apoi, prin ruperea unor legăturide hidrogen se transformă în gelatină. Aceasta este uşorsolubilă în apă (la uşoară încălzire), formând soluţii vâscoasecare la răcire se transformă în geluri elastice (piftii) ce conţin2-3% gelatină, restul apă.
Oasele şi dinţii sunt alcătuite în principal din colagen şi hidroxiapatită de calciu[Ca5(PO4)3OH]. Hidroxiapatita cristalizează în spaţiile libere dintre unităţile detropocolagen rezultând un material dur dar cu o oarecare elasticitate datoratăcolagenului. partea interioară a dintelui este alcătuită în principal din dentină ce areun procent mare de substanţă anorganică (75%); partea exterioară are un conţinut şi
mai mare (95%) de substanţă anorganică, ceea ce determină o duritate foarte mare.Oasele au un conţinut de substanţă anorganică mai mic decât dintele fiind deci mai
puţin dure (rezistente).
Al te proteine fibroase
Elastina
Se gaseste in tesutul conjunctiv si participa la realizarea structurii arterelor siligamentelor, fiind flexibila si extensibila dupa toate directiile datorita prezentei
dezmozinei care realizează încrucişarea lanturilor polipeptidice. Contine in proportie mare glicina, prolina, lisina si alanina.
Fibrinogenul este proteina cu molecula de dimensiunea cea mai mare prezenta
in serul sanguin, având structura asemanatoare α-keratinei. Are rol esential in procesul de coagulare a singelui, proces in care fibrinogenul
se transforma ireversibil in fibrina, insolubila. Procesul de coagulare are loc în
prezenţa trombinei, fibrinazei şi a ionilor Ca2+.
Structura tertiara (determinarea acesteia a fost posibila tot cu ajutorul razelorX) se referă la aranjamentul spaţial al întregii catene polipeptidice, incluzând şicatenele laterale. Ea indică şi poziţia fiecărui atom în proteină. Este caracteristica
proteinelor globulare şi reprezinta un stadiu avansat de organizare spatiala rezultândîn urma replierii catenelor polipeptidice ale proteinelor având conformaţiile descrisemai sus (stucturile terţiare ale multor proteine globulare sunt combinaţii ale tipurilor
de structuri secundare). Conformaţia obţinută este mai compactă fiind caracterizatăde alternanţa unor porţiuni regulate şi rigide cu porţiuni neorganizate si flexibile.
Aproximativ jumătate din resturile de aminoacizi ale unei proteine globulare seaflă ca elice α şi “foi pliate”, restul sunt incluşi în segmente cu diverse conformaţii:coturi, bucle, îndoituri etc. Legăturile intercatenare ce stabilizeaza structurile tertiaresunt:
- “interactiuni hidrofobe” intre radicalii nepolari din leucina, izoleucina, valina,
alanina, fenilalanina. Aşa cum a fost precizat anterior, acestea nu sunt interacţiuni propriu-zise ci reprezintă tendinţa de atractie mutuala a gruparilor nepolare ce are caefect direcţionarea radicalilor hidrofobi din catenele laterale către interiorulmoleculei, excluzând moleculele de apă din regiunea internă hidrofoba astfel formata;
- legaturi de hidrogen ne- peptidice intre grupe OH si COOH şi peptidice intrediferite segmente pliate ale moleculei;
- interactii ionice sau punţi de sar e intre gruparile polare NH3+ din aminoacizi
diaminomonocarboxilici si COO- din aminoacizi monoaminodicarboxilici;
- legaturi covalente: punti de sulf intre radicalii de cisteina;
Structura tertiara este foarte sensibila la actiunea factorilor fizici si chimici care
produc ruperea legaturilor implicate in organizarea tertiara. Aceasta determina
denaturarea proteinelor, insotita de obicei de pierderea proprietatilor biologice.
Structura cuaternară este caracteristica unor proteine cu mase moleculare
mai mar i de 100 kDa, constituite din mai multe catene polipeptidice (subunităţi) şi sereferă la aranjamentul spaţial al subunităţilor componente. Aceste proteine se gasesc
ca agregate moleculare numite oligomeri (dimeri, trimeri, tetrameri), alcatuiti din mai
multi protomeri (2, 3, 4).Interactiunile prin care se asambleaza subunitatile agregatului molecular
(protomerii) sunt de natura fizică: interacţiuni electrostatice si legaturi de hidrogenlocalizate la suprafata fiecarei catene polipeptidice.
Exemplul tipic este hemoglobina: tetramer alcatuit din 2 catene α si 2 catene β,iar alt exemplu il reprezinta enzimele alosterice (v. mai departe) ale căror subunitătisunt asamblate în molecula proteică prin interacţii necovalente. Spre deosebire deacestea, mioglobina, alcătuită dintr -un singur lanţ polipeptidic, sau chimotripsina, ceconţine trei lanţuri polipeptidice menţinute împreună prin legături covalente (punţi desulf intercatenare), nu prezintă structuri cuaternare.
• conformatia este mult mai complexa decit a proteinelor fibroase
• au activitate biologica specifica (spre deosebire de proteinele fibroase care aufunctie structurala si mecanica): majoritatea sint enzime; unele au rol in apararea
organismelor impotriva bolilor (imunoglobuline), altele transporta diverse substanteca oxigen, acizi grasi, lipide, hormoni etc.
• exemple: albumine, globuline
Albuminele
• pot fi atit de origine vegetala cit si animala; cele de origine animala sintraspindite in citoplasma si in lichidele biologice (spre ex. plasma sanguina)
• in compozitia lor intra toti aminoacizii cu exceptia glicocolului • albuminele plasmatice (serumalbuminele) reprezinta cca 60% din proteinele
plasmatice; sint sintetizate in ficat, având printre altele, rol în:* mentinerea presiunii osmotice a singelui, controlul presiunii singelui si
implicit al tensiunii;
* menţinerea echilibrului acido- bazic (moleculele au sarcină negativa şi alăturide ionii fofat şi de hemoglobină constituie principalii ioni negativi care se
alătură anionului Cl- pentru compensarea sarcinilor pozitive constituite din Na
+
şi K +);
* legarea şi transportul unor molecule endogene (acizii grasi, bilirubina) şiexogene (xenobiotice – medicamente, toxice);
* captarea radicalilor liberi (cu efect oxidant nociv pentru organism) datoritănumeroaselor grupe SH reducătoare pe care le conţin;• constituie o rezerva de proteine in unele plante, seminţe, ouă; • sint insotite de globuline – spre exemplu: serumalbuminele sint insotite in
plasma sanguina de serumglobuline; lactoalbuminele din lapte sint insotite de
lactoglobuline; ovalbuminele din albusul de ou de ovoglobuline; mioalbuminele din
muschi de mioglobuline (anume de miozina; aceasta este proteina contractila din
tesutul muscular care este alcatuita din trei catene elicoidale avind un segment
terminal cu aspect globular – prezinta deci proprietati caracteristice atit proteinelor
fibroase cit si celor globulare)Globulinele
• serumglobulinele reprezinta cca 36% din proteinele plasmatice si sint de mai
multe tipuri: α, β, γ. Valorile cantitative ale acestor fractiuni variaza in functie despecie si de anumite stari patologice
• α si β globulinele sint sintetizate in ficat si ajuta la transportul lipidelor si alvitaminelor liposolubile; γ sint produse in tesuturile limfatice si functioneaza caanticorpi de imunitate
• pot fi separate de albumine (cu care coexista) prin precipitare in solutii de sulfat
de amoniu: albuminele precipita din solutii saturate, iar globulinele precipita laconcentratii mai mici (50%) de sulfat de amoniu
Sint proteine conjugate rezultate prin asocierea unei componente proteice si a
unei componente neproteice denumita grupare prostetica. In functie de natura grupei
prostetice, proteinele conjugate se impart in:
- metaloproteine (proteina + metal)
- cromoproteine (proteina + compus colorat, de ex. hem)
-fosfoproteine (proteina + rest de acid fosforic)
- lipoproteine (proteina + lipid)
- nucleoproteine (proteina + acid nucleic)
Metaloproteinele contin ca si grupare prostetica un metal, de obicei sub forma
de ion bivalent: Fe, Cu, Mn, Zn, Co, Ni etc.
Componenta proteica fixeaza metalul prin anumite grupari ale acesteia, numite
liganzi care pot dona electroni metalului stabilindu-se astfel legaturi coordinative
intre gruparea prostetica si componenta proteica. Metalul astfel fixat de molecula
proteica poate stabili insa legaturi coordinative si cu alti liganzi reprezentindmolecule mici, formind astfel un complex intern numit chelat. Asemenea structuri
chelatice sint posibile in metalenzime si explica mecanismul functional al acestora in
reactiile biochimice pe care acestea le catalizeaza.
Exemple: * metaloproteine continind Fe: hemoglobina (in hematii) – transporta oxigenul; mioglobina (in muschi) – transporta si depoziteaza oxigenul;
feritina (glicoproteină intracelulară sintetizată în ficat) - rol important în stocarea
fierului în ficat, splină, măduva osoasă; transferina (glicoproteină de legare plasmatică a fierului, sintetizată de către ficat) – transportă fierul în sânge;
ovotransferina – proteină de legare a fierului in albusul de ou; lactotransferina - proteina de legare a fierului, prezenta in lapte, saliva, lacrimi şi alte secretii. * metaloproteine continind Cu: ceruloplasmina (in plasma) –
transportor de Cu in singe, de culoare albastra; hemocianinele - pigmentii respiratori
de culoare albastra din singele molustelor si al artropodelor: melci, crabi, homari,
caracatite, scorpioni. Acesti pigmenti nu sint continuti in corpuscule, ca hemoglobina,
ci sint dizolvati in plasma sanguina, iar metalul este legat direct de proteina si nu prinintermediul unei alte grupe sau molecule (cum este protoporfirina in molecula
hemoglobinei). In stare neoxigenata sint incolori, in stare oxigenata sint albastri.
* metaloproteine continind V : pigmentul respirator din singeleascidiilor.
Unele metaloproteine sint si cromoproteine
Cromoproteinele contin ca si componenta prostetica o substanta colorata care
confera culoare intregii molecule. Se clasifica in cromoproteine porfirinice si
cromoproteine neporfirinice.
In cromoproteinele porfirinice componenta prostetica este o combinatie
Mioglobina este cromoproteina de culoare rosie existenta in muschi.
Are rol de a stoca si difuza oxigenul in tesutul muscular si se gaseste in
cantitate mare in tesuturile musculare ale animalelor acvatice (balena, foca, morsa
etc.) care trebuie sa stocheze mari cantitati de oxigen pentru a putea supravietui subapa timp indelungat.
Componenta proteica este formata dintr-un singur lant polipeptidic alcatuit din153 aminoacizi; 75% din catena este α-helix (cei 153 aminoacizi sint grupati in 8
segmente de elice α unite prin portiuni neelicoidale constituite din prolina, serina siizoleucina). Contine o singura grupare hem.
Reprezinta prima proteina a carei structura tridimensionala a fost studiata in
detaliu cu ajutorul razelor X (rezultatele publicate in 1960 de catre John Kendrew).
Cercetarile au evidentiat o structura compacta, in care catenele laterale nepolare ale
aminoacizilor sint orientate spre interior, iar hemul este plasat intr-un “buzunar”captusit cu resturi de aminoacizi nepolari fiind fixat prin forte hidrofobe. Singurele
resturi polare din interiorul moleculei sint doua resturi de histidina legate coordinativde ionul de fier din centrul hemului.
Afinitatea mioglobinei pentru oxigen este de cca 6 ori mai mare decit cea a
hemoglobinei, formând cu acesta un complex disociabil.
MbO2 Mb + O2
Hemoglobina reprezinta cromoproteina de culoare
rosie existenta in hematiile din singele vertebratelor.
Are rolul de a transporta oxigenul molecular de la
plamini la tesuturi, pe baza capacitatii hemoglobinei de afoma cu O2 un complex disociabil numit oxihemoglobina.
Componenta proteica (globina) este formata din
patru lanturi polipeptidice (4 protomeri): 2 unitati α(fiecare alcatuita din 141 aminoacizi) si 2 unitati β(alcatuite din 146 aminoacizi). Fiecare protomer are atasat
un hem.
Hemul este alcatuit dintr-o molecula de
protoporfirina avind ca substituenti radicali metil, vinil, propionil, in centrul careia seafla un ion de fier bivalent. Fierul este legat de atomii de azot pirolici prin doua
legaturi covalente si doua coordinative (coplanare si perpendiculare doua pe celelalte
