Proteine. Generalităţi Defniţie Proteinele sunt substan substanțe organice organice macromolecula macromoleculare re formate din lan țuri simple simple sau
complexe de aminoacizi; aminoacizi; ele sunt prezente prezente în celul celulele ele tuturor tuturor org organism anismelor elor vii în prop propor or ție de peste 50% din greutatea uscată. Toate proteinele sunt polimeri ai aminoacizilor aminoacizilor,, în care c are secven ța acestora acesto ra este codificată codificată de către o genă. Fiecare proteină proteină are secvența ei unic unicăă de amin aminoacizi oacizi,, determinată de de secvența nucleotidică nucleotidică a genei.
Sinteza proteinelor
intezaa pro intez protei teinel nelor or est estee un pro proces ces pr prin in car caree fie fiecar caree cel celulă ulă î și sin sintet tetize izează ază pro protei teinel nelee proprii, prin intermediul unui proces care include multe etape, sinteza începînd cu procesul de tra transc nscri rippție și terminînd cu procesul de tr tran ansl slaație. !rocesul !rocesul deși similar similar,, este difer diferit it în func func ție de celulă" eucariotă sau eucariotă sau procariotă procariotă..
Proprietăţi ale proteinelor Solubilitatea proteinelor proteinelor !roteinele sunt sunt substan substan țe solide, solide, macromoleculare, macromoleculare, solubile solubile în general în apă și insolubile insolubile în solvenți organici nepolari. nepolari. #nele proteine sunt solubile în apă dar insolubile în alcool, altele sunt su nt so solu lubi bile le în so solu luții ap apoa oase se de el elec ectr trol olii ți, ac aciz izii or orggan anic ici. i. $a $ato tori rită tă gr grad adul ului ui di dife feri ritt de solubilitate în diferi diferiți solven solvenți, proteinel proteinelee se pot izola, izola, identifica identifica și separa. separa. olubilit olubilitatea atea lor depi de pind ndee fo foar arte te mu mult lt de le legă gătu turi rile le ca care re se st stab abil iles escc în într tree gr grup upăr ăril ilee li libe bere re de la su supr praf afaa ța macromolec macro moleculel ulelor or și moleculele moleculele solventul solventului. ui. a suprafața macromoleculel macromoleculelor or proteice proteice se găsesc grupări libere de tip polar,&'((), &*) +, &(), &), &*), grupări cu caracter idrofil care favorizează dizolvarea proteinelor în apă. $e asemenea ase menea există grupări de tip apolar, idrofobe, de regulă radicali de idrocarburi &') -, &')5, &'+)5, care favorizează dizolvarea proteinelor în alcool. /nsă în marea lor maoritate predomină grupările polare, determinante pentru caracterul idrofil. /n contact cu apa proteinele greu solubile manifestă fenomenul de gonflare, datorită tendinței de idratare datorată grupărilor grupărilor polare. 1elatina de exemplu exemplu se îmbibă foarte puternic puternic cu apa dînd na ștere prin răcire răcire la gelu geluri. ri. a dizolvarea dizolvarea proteinelo proteinelorr în apă, are loc fenomenul fenomenul de formare a coloizilor idrofili. idrofili. &a constatat că în solu ții diluate se găsesc macromolecule proteice proteice 1
izolate, iar în cazul soluțiilor concentrate se formează agregate de macromolecule proteice. oluțiile coloidale ale proteinelor, coagulează prin încălzire, prezintă efectul T2ndall 3dispersia fasciculului de lumină4.
Caracter amoter !roteinele, la fel ca și aminoacizii, sunt substan țe amfotere și formează în soluții apoase amfioni"
/n mediu acid proteinele se comportă ca baze slabe, ele primind protoni și formînd cationi proteici"
/n mediu bazic proteinele se comportă ca acizii slabi, ele cedînd protoni, se formează astfel anioni proteici, care migrează spre anod fenomenul fiind denumit anaforeză, proteina avînd încărcare electronegativă"
$atorită caracterului amfoter proteinele pot neutraliza cantită ți mici de substan ță acidă sau bazică, avind în acest fel rol de solu ție tampon, prin acest lucru contribuind la men ținerea ecilibrului acido&bazic al organismului. /n general caracterul amfoter este imprimat de cele grupările &*)+ și &'(() libere care nu sunt implicate în legaăturile peptidice. $acă în molecula 2
proteinei există mai mulți aminoacizi dicarboxilici atunci molecula se va comporta ca un acid slab, iar în cele în care predomină aminoacizii diamina ți se comportă ca baze slabe. 'iar dacă într&o moleculă există un număr egal de grupări amino si carboxil, deci teoretic molecula ar trebui sa fie neutră, în realitate datorită gradului de ionizare mult mai mare a grupării carboxil față de gruparea amino, molecula proteinei va avea un caracter slab acid, în soluția ei întîlnindu& se amfiioni proteici, anioni proteici și protoni 3) 4.
Precipitarea proteinelor ub acțiunea diferiților factori fizici 3ultrasunete, radia ții cu diferite lungimi de undă, căldură4, factori cimici 3acizi, baze, diferiți solvenți organici4, sau mecanici 3agitare4, are loc fenomenul de precipitare a proteinelor, precipitarea care poate fi reversibilă sau ireversibilă.
Precipitare reversibilă e poate produce sub acțiunea soluțiilor concentrate ale sărurilor alcaline dar și în prezența unor dizolvanți organici miscibili cu apa în orice propor ție, cum sunt de exemplu acetona și alcoolul. /n cadrul acestei precipitări molecula proteinei suferă unele modificări fizico& cimice, dar nu are loc afectarea structurii moleculare. !uterea de precipitare a proteinelor de către diferiți ioni este data de seria liofilă a lui )ofmeister 6-7. $acă anionul rămîne același, puterea de precipitare a cationilor scade în următoarea ordine" i8*a8*)98 cănd cationul ramîne același anionii se comportă astfel" (9+&8!(9-&8')-'((&8'itrat&8tartrat&8'l&8*(-& 8'l(-&8:r &8&8'*&. olvenții de tipul alcoolului sau acetonei, în funcție de concentra ția lor, pot forma fie precipitate reversibile, fie ireversibile. ărurile alcaline au un comportament diferit fa ță de proteine, în soluții diluate mărind solubilitatea proteinelor, iar în solu ții concentrate determinînd precipitarea lor reversibilă. $e altfel solu țiile sărurilor alcaline de diferite concentrații se folosesc pentru precipitarea fracționată a proteinelor din amestecuri.
Precipitare ireversibilă /n cursul acestei precipitări molecula proteinei suferă modificări fizico&cimice ireversibile avînd loc și modificarea structurii moleculare. $e regulă se produce la adăugarea de soluții ale metalelor grele 3'u,!b, )g, Fe4, a acizilor minerali tari 3)*(-, )+(94 acidul tricloracetic, a soluțiilor concentrate de alcool sau acetonă, sau, în cazul anumitor proteine, în prezența căldurii. !rin precipitare ireversibilă proteinele î și pierd activitatea biologică 3enzimatică, ormonală, etc.4, are loc o descreștere a solubilită ții, modificarea activității optice și, de asemenea, sunt mai ușor de degradat sub acțiunea unor enzime proteolitice. !rin îndepărtarea factorilor care au dus la precipitare, proetienele nu revin la forma lor ini țială și nu i și pot reface structura moleculară. !roteinele precipitate își pierd din proprietă țile idrofile
!roprietăți cimice $in punct de vedere cimic, proteinele sunt eteropolimeri constitui ți din +0 de &= aminoacizi 3așa numiții aminoacizi standard, vezi tabelul4, în care grupările carboxil se pot combina cu grupările amino formînd legături peptidice și rezult>nd lan țurile peptidice. ?minoacizii standard au proprietăți variate, proprietă ți care sunt direct responsabile de structura tridimensională a proteinei, dar și de proprietățile acesteia .
Clasificarea proteinelor !roteinele sunt cele mai răsp>ndite molecule organice din celule, constituind 50% sau mai mult din substanța lor uscată. Toate conțin carbon, idrogen, azot și oxigen, foarte multe conțin sulf. #nele proteine conțin în plus și alte elemente ca fosfor, fier, zinc, cupru. !roteinele sunt formate din unul sau mai multe lan țuri de aminoacizi. 'ele mai importante proteine sunt" & ?lbumine" lactalbumina 3în lapte4, ovalbumina 3în albușul de ou4, leucozina 3gr>u4; & 1lobuline" miozina, fibrinogenogenul 3în carne4, lactoglobulina 3lapte4, ovoglobulina 3în ouă4; & 1luteline" se găsesc numai în plante, mai ales în frunze si semin țe" gluteina 3în gr>u4, glutenina 3în secara4, orizeina 3în orez4; & !rolamine" sunt proteine de origine vegetala care se găsesc în semin țele cerealelor" gliadina 3în gr>u, secara4, zeina 3în porumb4, ordeina 3în orz4 etc. & cleroproteidele" colagenul 3în piele, tendoane4, elastina 3în țesutul conunctiv, cartilagii, pereții vasculari4, oseina 3în oase4, cheratina 3în păr, pene, ungii, copite, coarne; este nedigestibila4 etc.
Funcțiile proteinelor din alimente !rincipalele funcții ale proteinelor în organism sunt" 4
& rol plastic" sunt constituenți structurali ai celulelor, țesuturilor, asigur>nd cre șterea organismului; & rol energetic" atunci c>nd aceste substanțe abunda, sau c>nd rana este săracă în lipide si glucide, furnizează circa 9,@ AcalBg; & rol biologic activ " funcția catalitica se manifesta prin aceea ca intra în constituia enzimelor si a unor vitamine4.
Glucide. Monozaharide. Polizaharide 1lucidele sunt cele mai răsp>ndite substan țe organice si reprezintă componentul principal în substan ța uscata a produselor vegetale. 'arboidra ții sunt una din cele 9 clase maore de biomolecule și includ cea mai mare parte a masei organice de pe planetă. Colul biologic al carboidraților este stocarea de energie 3ex amidonul din plante, glicogenul animal4, transferul de energie 3?T!, mai mulți intermediari metabolici4, componente structurale 3celuloza din plante, citina artropodelor4, comunicare intra și extracelulară 3răspunsul imun4. /n industria alimentară carboidrații reprezintă o sursă nutritivă primară de energie din alimente ca cereale, fructe și legume fiind totodată un ingredient important pentru multe alimente procesate. !e l>ngă rolul de agenți de îndulcire, carboidrații sunt implica ți în unele func ții ca gelatinizarea, emulsifierea, încapsularea aromelor, colorarea și producerea de arome prin reacții de îmbrunare precum și în controlul umidității și al activității apei. Donozaaridele sunt glucidele simple, practic formate dintr&o singura molecula glucidica, ca de ex. glucoza, fructoza, galactoza. Glucoza este forma comuna de utilizare a glucidelor în organism ca sursa de energie. e găse ște în stare libera în legume, fructe, boabe de cereale, faina, carne etc. Fructoza se găsește ca atare în fructele coapte si miere. Galactoza se înt>lnește în lapte, creier si în unele produse vegetale numai sub forma combinata. !rin idroliza zaarului din lapte 3lactoza4 se obține galactoza. $intre exoze, cea mai u șor asimilabila de către organismul uman este fructoza. $izaaridele sunt formate din + monozaaride legate printr&o legătură glicozidică. 'ele mai cunoscute dizaaride sunt maltoza, lactoza și zaaroza. Daltoza, produsul intermediar al acțiunii amilazelor asupra amidonului conține + resturi de glucoză si se găsește in cantitate mare in cerealele germinate, ca de ex. n orzul încolțit 3malț4. actoza este un diglucid care se găsește doar în lapte. Este formată din glucoză și galactoză. aaroza este formată din glucoză și fructoză. Este foarte răsp>ndită în lumea plantelor și cunoscută sub denumirea de zaăr alimentar. )idroliza zaarozei la glucoză și fructoză este adesea numită inversie, pentru că este însoțită de scimbarea sensului de rotație optică, de la dreapta la st>nga. ?mestecul ecimolar de
glucoză și fructoză format se numește zaăr invertit. )idroliza zaarozei care este catalizată de invertază poate fi urmărită cu un polarimetru. !olizaaridele sau glicanii sunt formate din unită ți glicozil legate într&o structură liniară sau ramificată. !rincipalii glucani din industria alimentară sunt amidonul și celuloza, polimeri ai $&glucozei, deosebiți structural prin tipul de legături și numărul de ramifica ții. 'ea mai mare cantitate de energie din sursele de carboidrați din industria alimentară provine din amidon care are at>t o valoare structurală c>t și nutri țională, pentru multe alimente, în special cele bazate pe făinuri, tuberculi, cereale, porumb și orez.
Tehnici de separare si caracterizare a proteinelor
@. !urificarea proteinei" !repararea extractului" !urificarea; $ializa; #ltrafiltrarea; 'entrifugarea; epararea cromatografică; Gerificarea purităHii. • • • • • • •
+. 'aracterizarea proteinei" D; 'ompoziHie, structură primară; tructură secundară, structură terHiară; tructură cuaternară; Decanismul de acHiune.
Purifcarea proteinei !repararea extractului !
I Cuperea membranelor celulare J ultrasonicare J utilizarea presei franceze J cicli îngeHare& dezgeHare J distrugerea enzimatică a membrane celulare9
#ltrasonicare
!resa franceză
"
!resa franceză
Cicli ingheţare-dezgheţare
#
$istrugerea membrane celulare" utilizarea lizozimei Ki a detergenHilor.
$
*ivele de organizare a proteinelor
1%
Precipitarea proteinei !recipitarea la p) • •
!apaina 3papa2a4, p)L M,M5 #reaza 3 fasolea4, p)L5&5,@
11
!recipitarea cu 3*)94+(9
Diali&a
Ultrafltrarea
12
Centrifugarea
Separarea cromatografică 13
Cromato'rafe de sc(imb ionic
Cromatografie de schimb ionic
14
Bibliografe •
•
•
?. eninger, Biochimie vol &, Editura Tenică, :ucurești @NMO&@NN+ *enițescu '.$ Tratat elementar de cimie organică vol Editura Tenică , :ucurești @N5M& ttp"BBPPP.lsbu.ac.uAB
1
