PROTEINELE - referat chimie –
Proteinele sunt componente de baza ale tuturor celulelor vii, alaturi de lipide, zaharide, vitamine, enzime, apa si saruri anorganice, formand impreuna un sistem complex in cadrul caruia se petrec o serie de reactii chimice care asigura reproducerea, dezvoltarea si functionarea functionarea normala a fiintelor vii. Sunt Sunt componen componente te ale structur structurilor ilor celulare celulare si au functii functii biolog biologice ice fundamen fundamentale tale:: enzimat enzimatice, ice, hormon hormonale, ale, imunolo imunologice gice.. Sunt Sunt proteine proteine unele unele substan substante te cu puternica puternica activit activitate ate biologic biologica a ale celulelor ca: enzimele, pigmentii respiratori, multi hormoni si anticorpii. Substanta contractila din fibrele musculare, din cilii si din flagelele organismelor inferioare, care poseda proprietatea de a trans transfor forma ma energ energia ia chim chimica ica in energ energie ie mecan mecanica ica,, este este de aseme asemenea nea o protei proteina na.. Ele Ele intra intra in structura tuturor celulelor, si ajuta la cresterea si refacerea celulelor.
Ca aspect , la microscop , proteinele sunt subtiri , ca niste bastonase gelatinoase . In organele animale apar sub forma de muschi, piele, par. Ele se gasesc si in plante, in cantitati mai mici . Toate sunt amestecuri de compusi complecsi , continand carbon, hidrogen, hidrogen, azot, oxigen , uneori si fosfor, fier, iar de multe ori sulf . Proteinele sunt principali constituenti ai corpului animalelor . Indeplinind o mare varietate de functii , se descopera o diversificare deosebita in alcatuirea lor . S-a demonstrat ca proteinele constituie partea cea mai insemnata insemnata din substanta substanta uscata a celulelor. In corpul omenesc , 15 % din greutate se datoreaza proteinelor.
1
Analiza lor elementara a fost facuta de chimistul olandez Gerardus Gerardus Iohannes Iohannes Mulder (1802– 1882), 1882), extraga extragandu-le ndu-le din tesuturi tesuturi animale animale si vegetale. vegetale. Acesta Acesta le-a dat, in anul anul 1838 , la sugestia fostului sau profesor J.J. profesor J.J. Berzelius , numele de proteine , de la grecescul 'protos' , care inseamna primul, in prima linie . Mulder publica aceasta denumire in 1840 (in unele tratate apare anul 1843), in limba olandeza, tradusa apoi si in limba franceza .
Gerrit Jan Mulder (1802-1880) – (1802-1880) – „Numele „Numele de proteină proteină pe care care îl propun propun pentru pentru denumirea denumirea compusului compusului organic rezultat prin oxidarea fibrinei sau albuminei, l-am derivat din grecescul πρωτειος (proteios) deoarece pare a fi substan substanț a primitivă sau principală din nutri ț i a animalelor” ția
Jöns Jacob Berzelius (1779–1848) - chimist suedez, inventator al notaț iei iei chimice moderne, membru fondator al chimiei moderne
2
Caracteristica cea mai importanta a proteinelor este specificitatea : proteinele diferitelor specii vegetale si animale se deosebesc intre ele, existand deosebiri deosebiri chiar si intre proteinele indivizilor din aceeasi aceeasi specie. specie. Se apreciaz apreciaza a ca intr-un intr-un organis organism m animal animal exista exista circa circa 100.000 100.000 de proteine proteinele le specifice. Fiecare macromolecula de proteina este alcatuita din 50 pana la 10.000 de unitati de α-aminoacizi, α-aminoacizi, unite prin legaturi peptidice. Clasificarea proteinelor 1. Dupa Dupa sur sursa sa de de prov proven enien ienta ta : - proteine de origine vegetala - proteine de origine animala 2. Dupa Dupa solubili solubilitatea tatea in in apa si si in solutii solutii de elec electoli toliti ti : - insolubile (fibroase) (fibroase) - solubile (globulare) 3. Dupa Dupa produs produsii ii rezulta rezultati ti la hidro hidroliza liza total totala a: proteine propriu-zise ( dau prin hidroliza totala totala numai α- aminoacizi) aminoacizi) proteine conjugate sau proteide ( prin hidroliza totala totala se obtine, pe langa α- aminoacizi, aminoacizi, si o alta substanta, substanta, care in structura proteinei apare ca grupa prostetica) • •
Protein Proteinele ele insolubil insolubile e (fibroa (fibroase) se) se gases gasesc c in organ organism ismul ul anima animall in star stare e solid solida a si conf confera era tesuturilor rezistenta mecanica (proteine de schelet) sau protectie impotriva agentilor exteriori. KERATINELE - proteinele din epiderma, par, pene, unghii, copite si coarne se disting printrun continut mare de sulf. Keratinele sunt insolubile in apa atat rece cat si calda, precum si in solutii saline. Din cauza aceasta keratinele keratinele prezinta o mare inertie fata de agentii chimici, precum si fata de enzime. componenta nta fibroasa fibroasa din matasea matasea naturala naturala,, se gaseste gaseste in acest acest material material FIBROINA, FIBROINA , compone inconjur inconjurata ata cu o compone componenta nta amorfa amorfa,, cleioas cleioasa, a, sericina sericina,, care reprezinta reprezinta cca. cca. 30 % din greutatea totala. totala. In cele doua glande ale viermelui de matase, proteinele sunt continute continute sub forma de solutie concentrata, vascoasa. COLAGENUL, COLAGENUL , este este comp compon onen enta ta prin princi cipa pala la a tesu tesutu turi rilo lorr conj conjun unct ctiv ive, e, tend tendoa oane nelo lor, r, ligament ligamentelor, elor, cartilaj cartilajelor, elor, pielii, pielii, oaselor, oaselor, solzilor solzilor de peste. peste. Exista Exista numeroas numeroase e varieta varietati ti de colagen. colagen. Colagenul are o compozitie compozitie deosebita de a keratinei si fibroinei, caci este bogat bogat in glicol, prolina si hidroxiprolina, nu contine cistina si triptofan. Prin incalzire prelungita cu apa, colagenul intai se imbiba,apoi se dizolva transformandu-se in gelatina sau clei. ELASTINA consti constitui tuie e tesutu tesutull fibros fibros,, cu o elasti elasticit citat ate e compa comparab rabila ila cu a cauc cauciuc iuculu ului, i, a artere arterelor lor si a unora unora din din tendoa tendoane ne,, cum cum este este de exemp exemplu lu tendon tendonul ul de la ceafa ceafa boulu boului. i. Elastina nu se transforma in gelatina la fierbere cu apa si este digerata de tripsina. Ca si colagenul, colagenul, fibrele de elastina sunt compuse din aminoacizi simpli, mai ales l eucina, glicocol si prolina. In regnul vegetal nu se gasesc proteine fibroase; functia lor este indeplinita in plante de celuloza. Proteinele fibroase se dizolva numai in acizi si baze concentrate, la cald, dar aceasta dizolv dizolvare are este este insot insotita ita de o degra degradar dare e a macro macromo molec lecule ulelor lor;; din solut solutiil iile e obtin obtinute ute nu se mai mai regenerea regenereaza za proteina proteina initiala initiala.. Proteinel Proteinele e fibroas fibroase e nu sunt sunt hidroliz hidrolizate ate de enzimele enzimele implicate implicate in digestie si deci nu au valoare nutritiva. nutritiva. Proteinele Proteinele solubile sau globulare apar apar in celule celule in star stare e dizolv dizolvata ata sau sub forma forma de gelur gelurii hidratate. Ele au insusiri fiziologice specifice si se subimpart in albumine si globuline. globuline . Albuminele sunt solubile in apa si in solutii diluate de electroliti (acizi, baze, saruri),iar globulinele sunt solubile numai in solutii de electroliti. Exemple de proteine solubile: - albuminele di din oua - caseina di din la lapte 3
-
-
globulin globulinele ele si si album albuminele inele din sange sange (hemoglo (hemoglobin bina, a, fibri fibrinog nogenul) enul) proteinele din muschi (miogenul si miosina)
Structura unei albumine proteinele din cereale (gluteina din grau, zeina din porumb) proteinele produse de virusi (antigeni) si bacterii anticorpii nucleoproteidele enzimele hormonii hormonii proteici (insulina) Proteinele din sange Sangele Sangele este o suspensie a unor corpuscule mari, vizibile la microscop, globulele globulele albe si rosii, intrun lichid omogen numit plasma. Globulele rosii contin toata proteina colorata rosie, hemoglobina. Plasma Plasma contin contine e in solutie solutie fibrino fibrinogen genul, ul, globulin globuline e si albumine albumine.. Lichidu Lichidull ramas ramas la indepar indepartarea tarea glob globule ulelor lor si a fibrin fibrinog ogenu enului lui se numes numeste te serul serul sang sanguin uin.. Coag Coagula ularea rea sang sangelui elui se dato datorea reaza za transformarii transformarii fibrinogenului intr-un gel ireversibil, fibrina. fibrina.
Globulinele din ser pot fi separate in trei fractiuni, L-, B si z. O importanta deosebita o constituie zglobulinele, care s-au dovedit identice cu anticorpii din serul sanguin. Se stie ca in urma infectiilor cu bacterii sau virusuri, organismul animal devine imun, un timp mai lung sau mai scurt, fata de o noua infectie cu acelasi germen patogen. Imunitatea se datoreaza aparitiei de anticorpi in serul animalului infectat. Substantele care determina formarea anticorpilor, numite antigeni, sunt proteine, produse de bacterii sau provenite din acestea sau din virusuri prin dezagregarea dezagregarea lor. Orice proteina straina introdusa prin injectie in organism actioneaza ca antigen. Proteinele din muschi Muschii vertebratelor contin 15-20% proteine. Au fost izolate : miogenul, miosina, globulina X, stroma musculara, tropomiosina si actina.
4
Miogenul este un amestec de cel putin 3 proteine, cu caracter de albumine si globuline. Miogenul contine enzimele esentiale ale muschiului: fosforilaza, fosfoglucomutaza, fosfoglucomutaza, etc.. Miosina si actina sunt proteinele care asigura functiunea contractila a muschiului. Tropomiosina este o proteina unitara. PROTEINE VEGETALE Globulinele vegetale sunt mult raspandite in natura, alaturi de albumine.de exemoplu globulinele din semintele semintele oleagin oleaginoase oase:: edestina edestina,, din samant samanta a de canepa, canepa, excelsin excelsina a din nuca nuca brazilia braziliana, na, amandina din migdale si corilina din alune, apoi globulinele din leguminoase, de ex.: faseolina din fasole, fasole, legumina legumina din mazare, mazare, precum si globuline globulinele le din cartofi, cartofi, tomate, tomate, spanac,etc. spanac,etc. Toate au configuratii globulare.
Structura faseolina
Proteine din cereale Proprietatea graului graului de a da o faina panificabila panificabila se datoreaza datoreaza caracterului special al proteinelor din endospermul, endospermul, bogat bogat in amidon, al semintelor acestei cereale. Proteina din grau, glutenul, se obtine prin framantarea framantarea fainei intr-un intr-un curent curent de apa; apa; acesta acesta antrene antreneaza aza granule granulele le de amidon, amidon, lasand glutenul sub forma unei mase lipicioase. Spre deosebire de celelalte proteine vegetale, glutenul este insolubil in apa si in solutii saline. Cercetarea clasica a glutenului a dus la concluzia ca el este un amestec de doua proteine : glutenina si gliadina. Cea din urma este singura proteina solubila solubila in alcool de 70 % si poate astfel fi separata de glutenina.
Gluten
5
Din punct punct de veder vedere e al consti constitut tutiei, iei, major majorita itatea tea protei proteinel nele e solub solubile ile fac fac parte parte din categ categori oria a protei proteine nelor lor conjug conjugat ate, e, in care care grupa grupa proste prostetic tica a poate poate fi o lipida lipida (lipo (lipopro protei teide) de),, acid acid fosf fosfori oric c (fosfoproteide), (fosfoproteide), un metal (metaloproteide) sau un acid nucleic (nucleoproteide). COMPOZITIA PROTEINELOR Toate proteinele contin elementele: C (50-52%) - H (6,8-7,7%) - O (21-24%) -N (15-18%) - S (0,52%), 2%), alat alaturi uri de care care se mai mai gases gasesc, c, in cant cantita itati ti mici, mici, de la caz caz la caz, Si, Si, P (cazei (cazeina na), ), Fe (hemoglobina), (hemoglobina), Cu, I, Cl, Br.
Prin hidroliza, proteinele se transforma in aminoacizi. Hidroliza proteinelor se poate efectua cu acizi, cu baze sau cu enzime. Hidroliza acida se face prin fierbere indelungata (12-48 ore) cu acid clorhidric de 20% sau mai bine cu acid formic continand HCl (2 ore). Hidroliza cu hidroxizi alcalini sau cu hidroxid de bariu are loc intr-un timp mai scurt. Prin hidroliza se obtine un amestec care poate sa contina circa 20 L-aminoacizi. Se formeaza si amoniac amoniac prin hidroliza grupelor CONH2 ale asparaginei asparaginei si glutaminei. ASIMILATIA SI SINTEZA PROTEINELOR Se gasesc proteine proteine in fiecare celula vie. Pentru Pentru sinteza sinteza lor, respectiv respectiv a aminoa aminoacizil cizilor or care le compun, plantele se folosesc de combinatii anorganice ale azotului, amoniac si azotati, pe care le extrag din sol. Unele vietuitoare inferioare, bacteriile de sol, pot folosi chiar azotul molecular. Animalele Animalele nu au proprietatea de a asimila combinatiile combinatiile anorganice anorganice ale azotului, ci sunt nevoite sa utilizeze proteinele de origine animala sau vegetala, continute in hrana lor. Proteinele nu pot fi intrebuintate ca atare, ci sunt hidrolizate in timpul digestiei, pana la aminoacizi. Acestia difuzeaza prin peretele intestinului in sange si servesc apoi celulelor pentru sinteza proteinelor proprii ale organis organismului. mului. Numai Numai datorita datorita acestui acestui mecanism mecanism,, fiecare fiecare celula celula isi poate poate constru construii proteina proteina ei specifica.
6
Organismul animal nu poate sintetiza decat anumiti aminoacizi; altii provin din proteinele hranei. De aceea, nu este suficient ca hrana animalelor sa contina o anumita cantitate de proteine, ci acestea trebuie sa cuprinda o cant. suficienta din fiecare aminoacid esential. Proteinele din lapte, carne, peste, oua, creier, serum, fibrina, soia si din embrionul de grau contin aminoacizii esentiali in propo proporti rtie e adecv adecvat ata. a. In schim schimb, b, hemo hemogl globi obina na,, gela gelatin tina a si multe multe protei proteine ne din vegeta vegetale le sunt sunt deficiente in unul sau altul din aminoacizii esentiali. Folosirea exclusiva in alimentatie a acestor proteine duce la tulburari grave. Lipsa aminoacizilor esentiali din proteinele hranei se manifesta la animalele tinere a caror crestere inceteaza sau este incetinita. Simptomele de deficienta dispar daca se completeaza dieta cu lapte. STRUCTURILE PROTEINELOR NATURALE Se disting patru grade structurale sau niveluri de organizare dupa complexitatea lor. Acestea au fost numite structuri primare, secundare, tertiare si cuaternare . Structura primara a unei proteine este determinata determinata prin numarul numarul si succesiun succesiunea ea specifica specifica a aminoacizilor aminoacizilor din catena polipeptidica.
Structur Structura a secunda secundara ra a unei unei protein proteine e este este deter determin minata ata de aran aranjar jarea ea in spatiu spatiu a caten catenei ei polipeptidice si de legaturile care se stabilesc intre catene. Cercetarile in domeniu au sugerat ca macromolecula macromolecula peptidica nu are forma extinsa, ci adopta o forma rasucita sau incretita.
7
Structurile Structurile tertiare : structuri structurile le secunda secundare re sunt determinate determinate de legaturile legaturile de hidrogen hidrogen dintre grupele CO si NH ale catenelor polipeptidice. Intr-o elice L foarte lunga , se pot stabili legaturi slabe, dar numeroase , si intre grupele R proeminente spre exterior , ale aminoacizilor. Sunt folosite 4 feluri de legaturi intre grupe R apartinand aceleiasi catene polipeptidice prin care se poate realiza o structura tertiara. La adoptarea si mentinerea unei anumite conformatii tertiare contribuie contribuie uneori ioni metalici sau, in proteide, grupele prostetice. Un model de structura tertiara este aceea a mioglobinei; iar un model de structura secundara este acela al keratinei.
Mai multe asemenea structuri tertiare sunt asociate intre ele formand formand structuri cuaternare. cuaternare . Fortele de atractie sunt aceleasi ca in structurile tertiare, dar ele actioneaza in acest caz intermolecular, unind catene polipeptidice sau elice L-diferite. Un exemplu de structura cuaternara este acela al hemoglobinei.
Vedere 3 D a hemoglobinei cele hemoglobinei cele 4 subunităț i roș u ș i galben, iar unitatea hemică verde.numele de hemoglobină vine este formată din hem ș i globină, denumire ce denotă faptul că hemoglobina are la bază proteine proteine globulare globulare cuplate cu o grupare hem 8
IZOLARE SI PURIFICARE Proteinele insolubile pot fi usor separate de compusii care le insotesc in organismele animale, grasimi, hidrati de carbon sau proteine solubile, asa ca i zolarea lor nu prezinta dificultati. Din cauza insolubilitatii insolubilitatii lor, nu pot fi purificate prin dizolvare. dizolvare. Proteinele solubile sufera usor la incalzire, sau sub actiunea acizilor, a bazelor, a dizolvantilor organ organici ici si a altor altor comp compusi usi chimi chimici, ci, o trans transfor forma mare re numi numita ta denaturare, prin care care se pier pierde de denaturare , prin activitatea biologica specifica. Denaturarea proteinelor consta in modificarea ireversibila a formei lor spatiale spatiale,, naturale naturale,, in urma desfacerii desfacerii unor legaturi legaturi din structura structura moleculei moleculei proteice. proteice. Aceste modifica modificari ri se produc produc fie sub actiunea actiunea unor agenti agenti fizici fizici (caldura (caldura,, radiatii radiatii,, ultrasune ultrasunete) te) fie sub actiunea unor agenti chimici (solutii de acizi, baze sau saruri, solventi organici, etc.) Proteina se extrage din materialele biologice in care se gaseste cu o solutie salina, mai rar cu dizolvanti organici ca glicerina sau acetona, diluate cu apa. Solutiile acestea contin si substante neproteice; indepartarea acestora se face cu ajutorul dializei prin membrane permeabile pentru aces aceste te subs substan tante te dar dar imper impermea meabil bile e pentru pentru protei proteine ne.. Prote Protein inele ele insol insolub ubile ile in apa apa distil distilat ata a se precipita la sfarsitul dializei. Indepartarea ionilor straini poate fi accelerata prin suprapunerea unei electrolize, intr-un dispozitiv special (electrodializa). (electrodializa). Metod Metoda a obisn obisnuit uita a pentru pentru obtin obtinere erea a protei proteine nelor lor din solut solutiil iile e purifi purifica cate te prin prin dializ dializa a const consta a in precipitare cu saruri neutre, sulfat de amoniu sau sulfat de sodiu, in stare solida sau in solutie saturata. saturata. Dupa un alt procedeu, precipitarea proteinei se face cu etanol. ROLUL PROTEINELOR IN ORGANISMUL UMAN:
9
NECESARUL DE PROTEINE Depinde de necesitatile necesitatile organismului: organismului: Copii: 0-6 ani - 3-4 g prot/kg corp/24 h 7-12 ani - 2-3 g prot/kg corp/24 h 12-20 ani - 1,5-1,7 g prot/kg corp/24 h Adulti: 1,2-1,5 g/kgc/zi g/kgc/zi (ex: 75 kg - 85-105 g proteine/zi) Gravide si mame care alapteaza: 2 g/kgc/zi Sportivi, mucitori, refaceri musculare: 2-3 g/kgc/zi g/kgc/zi SURSE DE PROTEINE
10
