Sunt componenţi de bază ai celulei, reprezentând aproximativ 50% din greutatea ei uscată.

Proteinele se găsesc în toate compartimentele celulare, fiind substanţe fundamentale din toate punctele de vedere pentru structura şi funcţiile celulei.

Toate proteinele conţin C, H, O şi N, iar alte proteine particulare conţin P, Fe, Zn sau Cu.

Prin hidroliza proteinelor se obţin compuşi cu greutate moleculară mică numiţi aminoacizi. În alcătuirea moleculelor proteice aminoacizii se
unesc prin legături amidice (legături peptidice) care se realizează prin eliminarea unei molecule de apă între gruparea carboxil a unui aminoacid şi gruparea amino a aminoacidului următor.

În compoziţia proteinelor intră în mod current un număr de cca. 20 de aminoacizi.

În organism proteinele îndeplinesc următoarele funcţii importante:

- Rol plastic – sunt componente structurale ale materiei vii;

- Rol funcţional – sintetizează materia vie şi dirijează metabolismul prin enzime şi unii hormoni de origine proteică;

- Rol energetic – sunt degradate, cu eliberare de energie; 1g de substanţă proteică poate elibera 4,1Kcalorii;

- Rol fizico-chimic – menţin şi reglează presiunea osmotică a lichidelor din organism; menţin pH-ul organismului constant, reacţionând şi cu acizii şi cu bazele.

Clasificarea proteinelor

În grupa proteinelor se clasifică în mod convenţional compuşii chimici care prin scindare hidrolitică eliberează aminoacizi, precum şi aminoacizii:

1. Aminoacizii (monopeptide)

2. Peptide – conţin între 2 şi 30 de AA

3. Proteide

- Holoproteide – sunt proteinele propriu-zise, alcătuite dintr-un număr mare de aminoacizi (peste 30) pe care-i pun în libertate prin hidroliză;

- Heteroproteide (proteide) – alcătuite dintr-o parte proteică şi una neproteică (grupare prostetică).

Aminoacizii

Sunt substanţe organice cu greutate moleculară mică, care conţin în moleculă gruparea carboxil (-COOH) cu caracter acid şi gruparea amino (-NH₂) cu caracter bazic.

Formula generală:

Se notează cu α atomul de carbon din imediata vecinătate a grupării carboxilice şi după poziţia pe care o ocupă în moleculă gruparea aminică faţă de gruparea carboxilică. Se deosebesc astfel α, β, γ – aminoacizi.

În compoziţia proteinelor animale intră doar α – aminoacizi.

Nomenclatură:

Aminoacizii se denumesc adăugând prefixul amino la numele acidului, indicându-se şi poziţia atomului de carbon la care este legată gruparea amino. Aminoacizii au şi denumiri speciale:

Clasificarea aminoacizilor:

1. După structura chimică:

- AA aciclici – cei la care grupările –COOH şi –NH₂ sunt legate la o structură liniară;

- AA ciclici – cei la care grupările –COOH şi NH₂ sunt legate la o structură ciclică.

- Homeociclici (aromatici)

- Heterociclici

În cadrul acestor grupe aminoacizii se impart în subgrupe, după numărul grupărilor amino sau carboxil sau in funcţie de prezenţa altor grupări (-OH sau –SH= gr. tio)

Ex.:

- AA monoaminomonocarboxilici

- AA monoaminodicarboxilici

- AA diaminomonocarboxilici

- Oxiaminoacizii (conţin gruparea –OH)

- Tioaminoacizii (conţin gruparea –SH)

· Aminoacizi monoaminomonocarboxilici – au o grupare amino şi o grupare carboxil.

· Aminoacizi monoaminodicarboxilici – au o grupare amino şi 2 grupări carboxil.

· Aminoacizi diaminomonocarboxilici – au 2 grupări amino şi o grupare carboxil

· Oxiaminoacizii – conţin gruparea hidroxil (-OH)

· Tioaminoacizii – conţin gruparea tio (-SH)

· Aminoacizi homeociclici (aromatici) – conţin un ciclu benzenic în moleculă

· Aminoacizi heterociclici – conţin în moleculă un heterociclu (au în moleculă şi alte elemente decât carbon şi hidrogen)

2. D.p.d.v. biologic:

- AA esenţiali – nu pot fi sintetizaţi de organism şi trebuie introduşi prin alimentaţie

Ex.: valina, fenilalanina, leucina, izoleucina, treonina, triptofan, metionina, lizina, histidina

- AA neesenţiali – sunt sintetizaţi de organism, deci pot lipsi din alimentaţie (glicina, alanina, ac. aspartic, ac. glutamic, arginina, hidroxilizină, serina, cisteina, cistina, histidina, tirozina, prolina, hidroxiprolina, ornitina, citrulina).

Proprietăţile fizice ale aminoacizilor

1. Sunt substanţe optic active - cu excepţia glicinei, toţi aminoacizii conţin un atom de carbon asimetric (are 4 substituenţi diferiţi), de aceea prezintă activitate optică (rotesc lumina polarizată). La pH = 7 unii sunt dextrogiri (+), alţii levogiri (-).

În organismele animalelor superioare apar şi sunt metabolizaţi doar L-aminoacizii, în timp ce D-aminoacizii se găsesc în peretele celular al unor microorganism sau în structura unor antibiotice.

2. AA sunt substanţe cristaline, solubile în apă, puţin solubile în solvenţi organici, cu puncte de topire de peste 200^oC.

3. Caracterul amfoter - în soluţii apoase se găsesc sub formă de ioni dipolari.

Când un astfel de ion se dizolvă în apă el poate acţiona fie ca un acid (donor de protoni), fie ca o bază (acceptor de protoni).

Ca un acid:

Ca o bază:

Substanţele care au astfel de proprietăţi se numesc amfotere (amfoliţi). În reacţie cu acizii se comport ca baze (accept protoni), iar în reacţie cu bazele se comport ca acizi (cedează protoni).

Existenţa ionului dipolar explică utilizarea soluţiilor de aminoacizi drept soluţii tampon.

Dacă la soluţia unui aminoacid se adaugă un acid tare, protonii săi vor fi neutralizaţi de gruparea –COOH a AA, iar dacă se adaugă o bază tare grupările –OH vor fi neutralizate de gruparea –NH₃⁺, aşa încât pH-ul soluţiei nu se modifică.

4. Toţi aminoacizii izolaţi din proteine absorb slab radiaţiile din domeniul UV (220nm). Triptofanul, tirozina, fenilalanina, datorită nucleului aromatic, dau absorbţie specifică la 280nm, proprietate ce stă la baza unei metode de dozare a proteinelor. Această proprietate permite dozarea conţinutului proteic al unei soluţii.

Proprietăţi chimice ale aminoacizilor

Proprietăţile chimice ale aminoacizilor sunt datorate atât celor două grupări funcţionale cât şi prezenţei radicalului R. Unele din aceste reacţii au loc în organism, altele sunt utilizate în studiul proteinelor (identificarea aminoacizilor din hidrolizatele proteice, stabilirea secvenţei de AA în proteine, etc.).

1. Decarboxilarea → amine

Prin decarboxilarea aminoacidului histidină se formează histamina (stimulează secreţia gastrică, este substanţă vasodilatatoare, reglează tonusul muscular, este implicată în reacţiile alergice ale organismului).

2. Reacţia cu acidul azotos → hidroxiacizi (în urma reacţiei se pune în libertate azot molecular care se măsoară volumetric putându-se determina cantitatea de aminoacizi care a reacţionat; este reacţie utilizată pentru dozarea AA).

3. Formarea legăturlor peptidice (amidice)

2 AA se unesc prin eliminarea unei molecule de apă între gruparea aminică a unui AA şi gruparea carboxil a altui AA → dipeptid.

4. Formarea legăturilor dicetopiperazinice

Din unirea a 2 AA şi eliminarea a 2 molecule de apă se formează o combinaţie ciclică numită dicetopiperazină.

Legăturile peptidice şi dicetopiperazinice stau la baza formării proteinelor în organism.

5. Dezaminarea – proprietatea AA de a pierde gruparea amino, de obicei sub acţiunea enzimelor, formându-se acizi (cetoacizi, hidroxiacizi) şi NH₃ (amoniac).

6. AA formează săruri atât cu acizii cât şi cu bazele

Exemple:

7. Reacţii de culoare (de recunoaştere a AA)

- în prezenţa ninhidrinei la cald, în soluţii apoase, AA dau culoare violet (excepţie fac prolina şi hidroxiprolina ce formează compuşi galbeni). Reacţia este folosită la punerea în evidenţă a AA în metoda cromatografică de separare şi dozare a AA.

- Prin fierbere cu acid azotic concentrat, AA ciclici dau o coloraţie galbenă care trece în portocaliu la adăugarea de baze.

Peptidele

Sunt compuşi solizi, cu puncte de topire ridicate, solubili în apă.

Sunt combinaţii formate din cel puţin 2 molecule de aminoacizi unite între ele.

Pot fi obţinute din proteine prin hidroliză parţială.

În funcţie de numărul aminoacizilor din moleculă peptidele se împart în:

- Oligopeptide – formate din 2-5 molecule de aminoacizi

- Polipeptide – formate din 6-30 molecule de aminoacizi

Nomenclatură:

Nomenclatura peptidelor / proteidelor se face indicând numele aminoacizilor în ordinea în care se găsesc în moleculă, începând cu aminoacidul care conţinne gruparea amino-terminală liberă. Denumirile aminoacizilor vor căpăta terminaţia ”-il”, cu exceptia ultimului care conţine gruparea carboxil terminal liberă.

Exemplu - peptidul cu secvenţa: alanină – leucină – cisteină se va citi alanil – leucil – cisteină.

Proprietăţile peptidelor

Peptidele, în special cele cu greutate moleculară mică, sunt solubile în apă, insolubile în alcool absolut şi au caracter amfoter, ca şi aminoacizii din care sunt constituite.

Compuşii care conţin cel puţin 2 legături peptidice în moleculă formează cu soluţii alcaline de Cu ²⁺ un compus violet (reacţia biuretului).

Peptide biologice

1. Glutationul (glutamil – cisteinil – glicina) - este prezent în toate ţesuturile vii. Are rol în respiraţie.

2. Hormoni peptidici – există o serie de hormoni cu structură polipeptidică: insulina, glucagonul, ocitocina, vasopresina, corticotropina).

3. Peptide cu acţiune antibacteriană – penicilinele, gramicidinele (A, B, C), bacitracinele şi polimixinele au o structură polipeptidică. Penicilinele sunt polipeptide atipice care conţin acid 6-aminopenicilanic pe molecula căruia sunt grefaţi diferiţi radicali. Când radicalul este C₆H₅ – CH₂ - , compusul se numeşte benzil-penicilina (penicilina G).

Proteine

Sunt substanţe macromoleculare formate dintr-un număr mare de aminoacizi uniţi între ei prin legături peptidice.

Formulă generală:

Proteinele au structură complexă cu mai multe niveluri de organizare.

1. Structura primară – reprezintă numărul şi ordinea aminoacizilor în moleculă.

2. Structura secundară – reprezintă aranjarea spaţială a moleculei proteice pe o singură axă datorită legăturilor de hidrogen formate între resturile carboxil şi amino aparţinând legăturilor peptidice. Deci, înafara legăturilor dintre aminoacizii vecini apar şi legături între aminoacizii situaţi la distanţă (dar în cadrul aceleeaşi catene).

Există 2 modele care explică proprietăţile moleculelor proteice:

- Modelul helicoidal – rezultă prin spiralarea catenei polipeptidice în jurul unui cilindru imaginar. Această structură este menţinută în spaţiu datorită legăturilor de hidrogen în care sunt implicate toate legăturile peptidice. Aceste legături se realizează între gruparea carboxil a unui aminoacid şi gruparea amino a celui de-al patrulea aminoacid.

- Modelul straturilor pliate – se bazează pe formarea legăturilor de hidrogen intercatenare şi poate apărea în 2 variante:

- Modelul paralel – toate lanţurile polipeptidice sunt aşezate paralel, cu grupările R orientate în acelaşi sens;

- Modelul antiparalel – lanturile polipeptidice sunt aşezate faţă în faţă.

3. Structura terţiară – reprezintă interacţiunea spaţială între segmentele care nu sunt vecine în lanţul polipeptidic, rezultând o structură tridimensională, globulară. Este caracteristică în special proteinelor globulare ale căror catene macromoleculare sunt strânse sub forma unor cilindri elipsoidali. Este rezultatul interacţiunii dintre radicalii R ai resturilor de aminoacizi din lanţul polipeptidic. Aceată structură se realizează prin legături de hidrogen, legături ionice (între moleculele ionizate), legătura disulfurică.

4. Structura cuaternară – unele proteine sunt constituite prin asocierea unor lanţuri polipeptidice cu structură identică sau diferită, formând oligomeri. Lanţurile individuale se numesc protomeri sau subunităţi, fiecare având structurile primară, secundară sau terţiară proprii. Subunităţile se asamblează în structura cuaternară prin forţe asemănătoare celor din structura terţiară, dar în acest caz legăturile se stabilesc între subunităţi.

Proprietăţile proteinelor

Proprietăţi fizice

Proteinele izolate din diverse surse sunt în general substanţe solide, amorfe, care prin purificare pot fi obţinute în stare cristalizată.

Solubilitatea proteinelor depinde de forma moleculei, natura solventului, structura chimică, temperatură, pH.

Proteinele globulare sunt solubile, cele fibrilare sunt puţin solubile sau chiar insolubile în apă.

Proteinele au activitate optică ca şi aminoacizii, datorită prezenţei atomilor de carbon asimetrici.

Proprietăţi chimice

1. Caracterul amfoter – este dat de grupările carboxil şi amino libere. Astfel, proteinele se comportă ca baze în mediu acid şi ca acizi în mediu bazic.

La pH fiziologic toate grupările acide sau bazice sunt complet ionizate.

Fiecare proteină este caracterizată printr-un pH izoelectric (pHi) – reprezintă valoarea pH-ului la care încărcarea electrică a proteinei este nulă, numărul grupărilor încărcate negativ fiind egal cu numărul grupărilor încărcate pozitiv. Acesta diferă de la proteină la proteină. La valori de pH mult diferite de pHi proteina va fi încărcată pozitiv sau negativ şi va migra în câmp electric, proprietate ce stă la baza metodelor electroforetice de separare a proteinelor din amestecuri.

2. Denaturarea – din cauza structurii complexe şi a labilitaţii legăturilor intercatenare proprietăţile proteinelor se modifică sub acţiunea unor agenţi fizici sau chimici. Aceşti agenţi acţionează prin ruperea legăturilor necovalente din structurile secundară, terţiară şi cuaternară dar nu afectează legăturile covalente, legăturile peptidice rămânând intacte (nu se eliberează aminoacizi).

Agenţii denaturanţi sunt foarte diverşi: temperaturi între 50-60^oC, valori extreme de pH, ureea, alcoolul etilic, razele X, UV, agitarea mecanică.

În general denaturarea este ireversibilă.

Prin denaturare proteinele îşi pierd proprietăţile chimice şi fiziologice (hormonii devin inactivi, anticorpii pierd capacitatea de a distruge antigenii); în această stare proteinele sunt mai uşor atacate de enzime decât în stare nativă.

Ex.: albuşul de ou coagulează prin încălzire, se modifică prin agitare.

3. Hidroliza proteică

Sub acţiunea acizilor sau bazelor la cald şi a enzimelor proteolitice, proteinele sunt hidrolizate prin ruperea legăturilor peptidice până la stadiul de aminoacizi.

4. Reacţii de recunoaştere a proteinelor

a. Reacţii de precipitare – sub acţiunea unor acizi (acid picric, tricloracetic, sulfosalicilic), a unor agenţi denaturanţi (caldură, alcool, eter), a unor săruri (azotat de S, sulfat de amoniu) proteinele precipită.

b. Reacţii de culoare

- Reacţia xantoproteică – prin tratarea unei soluţii de proteine cu acid azotic, la rece sa la cald se formează o coloraţie galbenă datorită unor nitroderivaţi.

- Reacţia biuretului – prin tratarea unei soluţii de proteine cu o soluţie alcalină de sulfat de Cu se formează un compus violet.

- Reacţia cu ninhidrină – prin fierbere, în prezenţa ninhidrinei se formează un compus albastru-violaceu.

Reacţiile de culoare şi cele de precipitare sunt utilizate în practică pentru recunoaşterea şi dozarea proteinelor.

5. Specificitatea proteinelor

Fiecare specie, organism, conţine proteine specifice. Chiar în cadrul aceleeaşi specii, la acelaşi organ, sunt variaţii de la individ la individ în ceea ce priveşte structura proteinelor. Aceste deosebiri se pot pune în evidenţă prin metode imunologice. Dacă se inoculează unui animal o proteină străină organismul se apără producând anticorpi care o distrug.

Clasificarea proteinelor

I. După formula moleculară deosebim:

1. Proteine globulare (sferoproteine) – au formă aproape sferică şi sunt în general solubile în apă, soluţii diluate de acizi, baze, săruri. Din această clasă fac parte: albuminele, globulinele, histonele, protaminele, prolaminele.

2. Proteine fibrilare (scleroproteine) – au structură fibroasă, sunt foarte greu solubile în apă, au vâscozitate mare şi putere de difuziune mică. Aceste proprietăţi explică prezenţa lor în ţesuturile de susţinere. Ex.: colagen, elastină, fibrinogen, miozină, actină, keratină.

II. După compoziţia chimică:

1. Proteine simple (holoproteine) – formate numai din aminoacizi.

2. Proteine conjugate (heteroproteine) – conţin pe lângă aminoacizi şi o grupare prostetică, în funcţie de natura căreia deosebim: fosfoproteine, glicoproteine, lipoproteine, metaloproteine, nucleoproteine, cromoproteine.

III. În funcţie de caracteristicile biochimice şi efectele biologice:

1. Proteine complete (calitatea I-a): se găsesc în: ou, lapte, branză, carne, peşte;
conţin toţi aminoacizii esenţiali în procent optim; stimulează creşterea la copil şi menţin echilibrul azotat al adultului în cantităţi mici.

2. Proteine parţial complete (calitatea a II-a): se găsesc în: grâu, orez, soia, fasole. Menţin viaţa, dar nu pot ajuta la creşterea normală a ţesuturilor. Întreţin creşterea numai în cantitati mari, la adult menţin echilibrul azotat.

3. Proteine incomplete (calitatea a III-a): se găsesc în porumb, colagen (proteine din tendoane, cartilaje, gelatina din oase), elastină, reticulină; nu pot menţine viaţa şi nu pot ajuta la creşterea organismului atunci când sunt folosite ca unic izvor de proteine.

Holoproteine

I. Globulare

1. Albuminele (serumalbumină, lactalbumină, ovalbumină)

· Sunt solubile în apă, coagulează la încălzire, au pHi > 7, precipită cu o soluţie de sulfat de amoniu;

· Intră în constituţia proteinelor plasmatice (55%) şi participă la transportul glucidelor, lipidelor, hormonilor, sărurilor biliare, medicamentelor, ionilor.

2. Globulinele

· Sunt insolubile în apă, solubile în soluţie de NaCl 5%, coagulează la încălzire, precipită cu soluţie de sulfat de amoniu;

· Sunt răspândite atât în regnul vegetal cât şi în cel animal;

· Globulinele din sânge reprezintă 35-45% din totalul proteinelor plasmatice;

· Există α, β, şi γ globuline cu rol în transportul glucidelor, lipidelor

· γ-globulinele au rol în imunitate, de aceea se mai numesc imunoglobuline (anticorpi).

Imunoglobulinele apar în serul sanguin sau în alte celule, ca răspuns la introducerea unei macromolecule provenită de la alt organism, numită antigen.

Există 5 clase de imunoglobuline:

· Imunoglobulinele G

· Reprezintă 80% dintre γ-globuline

· Sunt distribuite în lichidul intercelular

· Sunt singurele care pot traversa placenta

· Imunoglobulinele A

· Sunt prezente în concentraţie mare în sânge, secreţii (salivă, lacrimi, fluid nazal, secreţii bronşice, secreţii ale tractului gastro-intestinal, transpiraţie)

· Se pare ca ar avea rol important în apărarea împotriva unor infecţii virale sau bacteriene

· Imunoglobulinele M

· Sunt primii anticorpi care se formează în organismele animale şi umane nou-născute

· Împreună cu imunoglobulinele D reprezintă imunoglobulinele majore de pe suprafaţa limfocitelor B

· Sunt considerate drept prima linie de apărare a organismului împotriva agenţilor patogeni

· Imunoglobulinele D

· Au viaţă foarte scurtă (aproximativ 3 zile)

· Nu au funcţie clară; deoarece se găsesc pe suprafaţa limfocitelor este posibil să intervină în controlul activităţii şi reprimării limfocitelor

· Imunoglobulinele E

· Există în concentraţie foarte mică în plasmă, ele fiind sintetizate de puţine celule

· Sunt imunoglobuline de sensibilizare a pielii sau de reactivare

· Jumătate din pacienţii cu boli alergice prezintă concentraţii serice crescute ale imunoglobulinelor E

3. Protaminele – sunt substanţe proteice cu moleculă mică şi caracter bazic datorită faptului că sunt formate în special din aminoacizi diaminomonocarboxilici; nu conţin sulf; intră în structura nucleoproteinelor.

4. Histonele – sunt substanţe proteice mai complexe decât protaminele şi au caracter bazic; cea mai importantă este globina, componenta proteică a hemoglobinei.

5. Prolaminele (gliadine) – sunt proteine vegetale prezente în cereale.

6. Gluteinele – sunt proteine vegetale şi se găsesc în cereale alături de prolamine.

II. Fibrilare

1. Colagenele

· Sunt specifice ţesutului conjunctiv

· Dau rezistenţă ligamentelor, tendoanelor, cartilagiilor, pielii

· Reprezintă 25% din proteinele corpului omenesc

· Sunt insolubile în apă, dar prin fierbere îndelungată se transformă în gelatină solubilă

· Sunt rezistente la acţiunea enzimelor proteolitice (cu exceptia colagenazei), în timp ce gelatina poate fi hidrolizată cu pepsina sau tripsina.

2. Keratinele

· Se găsesc în epidermă, unghii, păr, pene, coarne; au rol de protecţie

· Au conţinut mare de sulf datorită proporţiei mari de cisteină (aminoacid cu sulf)

· Au rezistenţă mecanică mare, elasticitate, rezistă la acţiunea enzimelor proteolitice şi sunt insolubile.

3. Elastinele

· Se găsesc în fibrele elastice ale ţesutului conjunctiv, în pereţii arterelor

· Au structură asemănătoare colagenelor dar nu se pot transforma în gelatină

· Sunt hidrolizate de elastaza pancreatică

4. Fibrinogenul

· Datorită dimensiunilor mari ale molecule, în condiţii fiziologice trece în cantităţi foarte mici prin peretele capilarelor în lichidul intercelular; în inflamaţii, din cauza alterării permeabilităţii capilarelor trecerea este facilitată

· Are rol în procesul de coagulare a sângelui

5. Miozina

· Există în proporţie de 40-60% în miofibrilele ţesutului muscular; este insolubilă în apă, solubilă în soluţii alcaline diluate

6. Actina

· Reprezintă 15% din proteinele musculare

7. Tropomiozina

· Reprezintă 2,5% din proteinele musculare

Heteroproteinele

1. Metaloproteine

- Au ca grupare prostetică un metal

- Exemple:

· Fierproteine (proteine cu fier)

- Feritina – prezentă în splnă, ficat, măduva roşie; constituie rezerva de fier pentru sinteza hemoglobinei şi a citocromilor

- Siderofilina (transferina) – prezentă în plasmă; este transportor al fierului în organism; este scăzută în anemia feriprivă.

· Cupruproteine (proteine ce conţin cupru)

- Ceruloplasmina – prezentă în plasmă; are rol în absorbţia fierului; concentraţia creşte în inflamaţii

- Hemocianine – sunt pigmenţi respiratori din sângele moluştelor.

· Proteine cu zinc – sunt în general enzime.

2. Fosfoproteine

- Au ca grupare prostetică acidul fosforic

- Exemple:

· Cazeina – principala proteina din lapte (80%)

· Ovovitelina – prezentă în gălbenuşul de ou; furnizează embrionului aminoacizii şi fosforul necesar dezvoltării.

3. Glicoproteine (mucoproteine)

- Au ca grupare prostetică un glucid, dar predomină proteinele

- Sunt prezente în ţesutul cartilaginos, salivă, albuş de ou, plasmă

4. Lipoproteine

- Au ca grupare prostetică lipidele

- sunt prezente în plasmă, în toate ţesuturile

- sunt de 2 tipuri:

- lipoproteine de transport (cenapse lipoproteice) – au rol în transportul şi solubilizarea lipidelor şi a altor substanţe liposolubile (steroli, hormoni)

- lipoproteine membranare

5. Cromoproteine

- Au ca grupare prostetică o substanţă colorată

- Exemple:

· Hemoglobina

- Contine o proteină – globina şi o grupare prostetică – hem.

- Este prezentă în hematiile vertebratelor

- Are rol în transportul gazelor respiratorii

- Globina – este o proteină bazică din subgrupa histonelor; la om este alcătuită din 4 lanţuri peptidice

- Hemul – conţine o moleculă protoporfirinică şi un atom de fier bivalent

- Hemoglobina = 4 grupări hem şi o moleculă de globină

· Mioglobina

- Se găseşte în muşchi

- Are structură asemănătoare hemoglobinei, dar este formată dintr-un singur lanţ peptidic şi o singură grupare hem

- Are afinitate pentru oxigen, pe care îl depozitează şi îl utilizează în contracţia musculară

· Citocromii

- Sunt enzime din mitocondriile celulare cu rol în respiraţia celulară

- Conţin gruparea hem

· Hemenzimele

- Catalaze şi peroxidaze – catalizează reacţia de descompunere a apei oxigenate

· Clorofila

- În loc de fier în gruparea hem conţine magneziu

- Este prezentă în plante şi are rol în fotosinteză

6. Nucleoproteinele

- Sunt componentele cele mai importante ale celulei vii

- Au rol în transmiterea caracterelor ereditare, înmulţirea şi creşterea celulelor

- Componenta proteică este o protamină sau o histonă

- Gruparea prostetică este reprezentată de acizii nucleici (ADN şi ARN)

- Acizii nucleici conţin în moleculă C, H, O şi N. Sunt substanţe macromoleculare formate din peste 2000 de subunităţi numite nucleotide (deci sunt substanţe polinucleotidice).

Alcătuirea unei nucleotide: - bază azotată - purinică - adenina

- guanina

- pirimidinică - timina – în ADN

- citozina

- uracil – în ARN

- un glucid (pentoză) - riboza – în ARN

- dezoxiriboză – în ADN

- radical al acidului fosforic

Baza azotată + pentoza = nucleozid

Nucleozid + acid fosforic = nucleotid

După pentoza pe care o conţin acizii nucleici se clasifică astfel:

- ARN (acid ribonucleic) – conţine riboza

- ADN (acid dezoxiribonucleic) – conţine dezoxiriboza

Fiecare acid nucleic are 4 tipuri de nucleotide, în funcţie de baza azotată:

- în ADN intră adenina, guanina, citozina şi timina

- în ARN intră adenina, guanina, citozina şi uracil.

Prin alinierea nucleotidelor într-o anumită ordine → conţinutul informaţiei ereditare.

Prin înlănţuirea mai multor nucleotide → polinucleotid.

Acizii nucleici formează cu coloranţi bazici săruri insolubile, intens colorate, proprietate folosită la colorarea preparatelor microscopice pentru identificarea acizilor nucleici.

ADN – este format din 2 catene polinucleotidice răsucite în jurul unui ax. Între cele 2 catene se stabilesc legături, astfel: o nucleotidă cu o bază azotată purinică se leagă întotdeauna de o nucleotidă cu o bază pirimidinică din cealaltă catenă prin legături de H: duble între adenină şi timină (A = T) şi triple între guanină şi citozină (G ≡ C).

ARN – este format dintr-o singură catenă de polinucleotide.

Tipuri de ARN:

- ARN viral (ARNv) – intră în structura ribovirusurilor

- ARN mesager (ARNm) – are rolul de a copia informaţia genetică dintr-un fragment de ADN (o genă) şi de a o duce la locul sintezei proteice (ribozomi).

- ARN ribozomal (ARNr) – intră în alcătuirea ribozomilor

- ARN de transfer (ARNt) – transportă aminoacizii la locul sintezei proteice.

Metabolismul proteinelor

În organism are loc un permanent transfer proteic intertisular. Proteinele organismului provin din alimente de origine animală sau vegetală.

Cantitatea minimă de proteine necesară organismului este de aproximativ 30g/zi. Această cantitate este compatibilă cu viaţa, dar nu constituie o alimentaţie raţională şi, în consecinţă, rezistenţa organismului scade. Când consumul de proteine este inadecvat, ficatul nu poate sintetiza suficiente proteine plasmatice pentru menţinerea balanţei între fluide şi ţesuturi, favorizând apariţia edemelor.

Cantitatea optimă de proteine este de 30-60g/zi pentru un adult (aproximativ 1g/kg corp), reprezentând 10-12% din valoarea calorică a raţiei alimentare. În perioada de creştere la copii şi sugari, în sarcină şi alăptare, necesarul este de 1,5 – 2,5g/kg corp/zi.

Aportul de proteine în alimentaţie este necesar zilnic deoarece proteinele ingerate chiar în cantităţi mari nu se depozitează în organism ca glucidele şi lipidele pentru a fi utilizate în momentul când hrana nu conţine proteine, ci sunt degradate şi eliminate. Proteinele organismului sunt într-o continuă transformare şi reînnoire. Ele au o durată de viaţă relativ scurtă (2-10 săptămâni). Pe măsură ce se distrug în organism, în aceeaşi măsură se resintetizează din AA.

Valoarea biologică a unei proteine alimentare depinde de compoziţia acesteia în aminoacizi. Valoarea este cu atât mai mare cu cât numărul de aminoacizi este mai mare, mai variat şi mai apropiat de compoziţia proteinelor proprii organismului. Proteinele vegetale au valoare biologică scăzută, cele de origine animală au valoare biologică ridicată.

Din alimentaţie nu trebuie să lipsească aminoacizii esenţiali. Proteinele animale conţin aminoacizi esenţiali, cele vegetale nu conţin sau au conţinut scăzut de AA esenţiali.

Când unul dintre AA esenţiali lipseşte, sinteza proteinelor în componenţa cărora intră aceşti AA nu mai are loc, iar ceilalţi AA sunt dezaminaţi şi degradaţi. Astfel bilanţul azotat devine negativ.

Valoarea biologică a unei proteine depinde şi de digestibilitatea ei; proteinele din plante, fiind protejate de un înveliş de celuloză, sunt mai greu digestibile.

Sinteza proteinelor

1. Transcripţia – copierea informaţiei genetice din ADN în ARNm cu ajutorul unei enzime numită ARN-polimerază.

2. Translaţia

– o secvenţă de nucleotide din ARNm este transformată într-o secvenţă de aminoacizi în moleculele proteice

– are loc activarea aminoacizilor din citoplasmă prin legarea lor de ATP (donator de energie) sub influenţa enzimelor numite aminoacil-sintetaze (AS).

AA + ATP → AA ~ AMP + P ~ P

- aminoacizii activaţi sunt transferaţi la ARNt sub influenţa aminoacil-sintetazelor. ARNt transportă aminoacizii în ribozomi.

AA ~ AMP + ARNt → AA ~ ARNt + AMP

- aminoacizii se unesc între ei prin legături peptidice cu ajutorul enzimelor numite peptidpolimeraze (PP) rezultând catene polipeptidice, iar moleculele de ARNt sunt puse în libertate şi refolosite.

AA₁~ ARNt₁ + AA₂~ ARNt₂ → AA₁ ~ AA₂ + ARNt₁ +ARNt₂

Digestia şi absorbţia proteinelor

În tubul digestiv, proteinele nu pot fi absorbite ca atare şi de aceea sunt supuse acţiunii unor enzime numite peptidaze sau proteaze, care le scindează până la aminoacizi.

Peptidazele se împart în:

- endopeptidaze – capabile să scindeze legăturile peptidice situate în mijlocul unui lanţ polipeptidic;

- exopeptidaze – scindează legăturile peptidice situate la capetele unui lanţ polipeptidic.

Peptidazele digestive sunt elaborate sub formă inactivă în scopul de a proteja celulele şi canalele secretoare de acţiunea lor proteolitică. Aceşti precursori ai proteinelor devin activi în lumenul tubului digestiv prin hidroliza unor legături peptidice care fie că detaşează anumite peptide sau aminoacizi, fie că modifică plierea lanţului polipeptidic, demascând centrul activ al enzimei.

Digestia proteinelor alimentare începe în stomac. Principala enzimă proteolitică gastrică este pepsina.

¨ Pepsina – este secretată sub formă inactivă (pepsinogen). Activarea are loc sub acţiunea HCl din sucul gastric. Acţionează optim la pH 1-2.

¨ Gastricsina – se formează alături de pepsină în cursul activării pepsinogenului. Are acţiune optimă la pH=3. La sugari enzima este predominantă, deoarece la aceştia sucul gastic este mai puţin acid.

¨ Labfermentul – este prezent numai în sucul gastric al sugarului având drept funcţie coagularea laptelui, prin care se întârzie evacuarea conţinutului stomacal.

Din stomac, digestia proteinelor se continuă in intestinul subţire sub acţiunea combinată a enzimelor proteolitice pancreatice şi intestinale.

Enzimele intestinale nu sunt libere în lumenul intestinal, ele găsindu-se la nivelul “marginii în perie” a enterocitelor.

Enzimele pancreatice (tripsina, chimotripsina, elastaza, carboxipeptidaza) acţionează asupa proteinelor neatacate de pepsina gastrică cât şi asupra produşilor de digestie ale acesteia. Sub acţiunea combinată a proteazelor pancreatice rezultă di- sau oligopeptide.

¨ Tripsina – rezultă din tripsinogen, care este activat de enterokinază; are pH optim 7-8.

¨ Chimotripsina – este secretată sub formă de chimotripsinogen şi activată de tripsină.

¨ Elastaza – secretată ca proelastază şi activată în lumenul intestinal de tripsină.

¨ Carboxipeptidaza – secretată sub formă de procarboxipeptidază, este activată de tripsină.

Asupra di- şi oligopeptidelor acţionează aminopeptidaza şi dipeptidazele intestinale care le transformă în aminoacizi.

¨ Aminopeptidaza – produsă de celulele mucoasei intestinale;

¨ Dipeptidazele – actionează asupra dipeptidelor.

AA eliberaţi prin hidroliza proteinelor traversează membrana intestinală şi pe calea venei porte ajung la ficat. O parte rămân aici, iar restul sunt distribuiţi prin sângele circulant la celelalte ţesuturi.

Absorbţia AA prin mucoasa intestinală este în mare parte o difuzie pasivă, dar în cea mai mare măsură este un transport intermediat de proteinele transportoare.

La ficat AA pot fi utilizaţi pentru sinteza de proteine, degradaţi sau transformaţi în alţi compuşi. O parte din AA (1/10) trec în sânge constituind aminoacidemia, iar o mică parte sunt eliminaţi prin urină (800mg/zi).

Concentraţia AA circulanţi este menţinută constantă prin schimburile de AA dintre diferite ţesuturi. Astfel, muşchiul generează peste 50% din întreaga rezervă de AA liberi, în timp ce ficatul, prin capacitatea de sinteză a ureei este principalul ţesut în care are loc degradarea aminoacizilor. Cele două ţesuturi au rol major în menţinerea concentraţiei AA circulanţi.

Din muşchi, AA liberi, în special alanina şi glutamina, sunt eliberaţi în circulaţie; alanina, care este principalul transportor de azot este captată de ficat, iar glutamina este preluată de intestin şi rinichi şi transformată în principal în alanină. Glutamina preluată de rinichi este şi principala sursă de amoniac ce se excretă pe această cale.

Rinichiul asigură în bună parte necesarul de serină pentru tesuturi, inclusiv pentru ficat şi muşchi. AA ramificaţi, în principal valina, este eliberată din muşchi şi preluată de creier.

Alanina este principalul AA glucogenic. Ficatul are o capacitate apreciabilă de sinteză a glucozei (gluconeogeneză) din alanină.

Metabolismul aminoacizilor

Se desfăşoară în strânsă legătură cu ciclul acizilor tricarboxilici. Astfel, scheletul de atomi de carbon pentru biosinteza celor mai mulţi AA este furnizat de ciclul Krebs, care va asigura şi degradarea scheletului de carbon din AA.

Biosinteza AA

Digestia proteinelor nu asigură întreaga cantitate de AA necesară organismului. Astfel, proporţia de AA trebuie reechilibrată prin sinteză. Organismul uman nu poate realiza acest lucru deoarece nu poate sintetiza toţi cei 20 de AA, nedispunând de unele enzime necesare. De exemplu, aminoacizii aromatici nu pot fi sintetizaţi, iar arginina poate fi sintetizată în ciclul ureei, dar nu în cantităţi suficiente. Totuşi, un număr de 12 AA neesenţiali pot fi sintetizaţi din intermediari metabolici, iar 3 AA (Cisteină, Tirozină, Hidroxilizină) se sintetizează din AA esenţiali.

În biosinteza AA un rol important îl au glutamat-dehidrogenaza, glutamin-sintetaza si transaminazele, care prin acţiunea lor combinată transformă amoniacul anorganic în grupare amino din AA.

Catabolismul AA

AA nu pot fi stocaţi în organism. Surplusul de AA care depăşeşte necesarul pentru sinteza de proteine şi alte biomolecule, este supus degradării.

¨ Catabolismul grupării amino

Animalele superioare şi omul excretă azotul proteic sub formă de uree, compus solubil în apă şi netoxic. Prin catabolizarea AA gruparea alfa-amino eliberată sub formă de ion NH₄⁺ este convertită în uree, iar scheletul de C rămas este transformat în acetil CoA, piruvat sau alt intermediar din ciclul acizilor tricarboxilici, utilizaţi ca surse de energie şi pentru sinteza de acizi graşi, corpi cetonici, glucoză.

Îndepărtarea grupării alfa-amino se realizează prin 2 procese:

- transaminarea, în care grupările amino de la diferiţi AA sunt colectate sub formă de glutamat

- dezaminarea oxidativă a glutamatului, prin care se eliberează NH₄⁺, convertit apoi în uree.

Transaminarea constă în transferul grupării amino de la un AA la un cetoacid fără formarea amoniacului liber; AA devine cetoacid, iar cetoacidul devine AA.

Transaminarea este catalizată de enzime numite aminotransferaze, cele mai importante fiind: aspartat transaminaza (AST sau TGO) şi alanin transaminaza (ALT sau TGP). Aceste transaminaze sunt eliberate în sânge în urma lezării ţesuturilor sau prin moartea celulelor. În consecinţă dozarea activităţii lor în plasmă este utilizată în diagnosticul bolilor de inimă şi ficat, cum ar fi infarctul miocardic şi hepatita.

Prin transaminare se acumulează grupările amino de la majoritatea AA pe acidul glutamic care prin dezaminare va elibera NH₄⁺ şi acidul alfa-cetoglutaric necesar unui nou proces de transaminare.

Dezaminarea oxidativă – pierderea grupării amino sub formă de amoniac cu formarea unui cetoacid. Reacţia este catalizată de aminoacidoxidaze, active în ficat sau rinichi.

În acest proces AA este dehidrogenat de către o flavoproteină la iminoacid, care apoi, în prezenţa apei, pierde amoniacul şi trece în cetoacid.

Pe lângă amoniacul format prin transaminare – dezaminare, cantităţi apreciabile de amoniac se formează sub acţiunea bacteriilor intestinale, fie din proteinele alimentare, fie din ureea prezentă în fluidele secretate în tractul gastro-intestinal. Din intestin, amoniacul este absorbit de sângele venos portal care conţine cantităţi mai mari de amoniac decât sângele sistemic.

Amoniacul produs constant în ţesuturi este continuu transformat în glutamat, glutamină şi uree, încât sângele care părăseşte ficatul este practic lipsit de amoniac. Acest lucru este esenţial deoarece amoniacul este toxic pentru SNC. În ficat, calea principală de îndepărtare a amoniacului este formarea ureei. Glutamina se formează în creier şi pe seama amoniacului din sângele arterial.

!!! Calea principală de îndepărtare a amoniacului din organism este convertirea acestuia în uree.

Ureogeneza

Un adult ce efectuează o activitate moderată consumă zilnic 300g glucide, 100g lipide şi 100g proteine şi excretă 16,5g azot; 95% este eliminat la nivelul rinichiului, iar 5% prin materiile fecale.

Calea majoră de eliminare a azotului la om este ureea. Aceasta este sintetizată în ficat, trecută în sânge şi filtrată la rinichi. În caz de boli ale ficatului, în celula hepatică uzată, nu se mai poate realiza această transformare, concentraţia amoniacului în sânge creşte şi survine moartea. În ciroza hepatică înaintată sângele nu mai trece prin ficat şi se produce iarăşi o creştere a amoniacului sanguin.

În ureogeneză are loc o succesiune de reacţii enzimatice sub forma unui ciclu la care iau parte o serie de substanţe: ornitina, citrulina, arginina, acidul aspartic, cu un consum important de energie furnizată de ATP.

Etape:

- transformarea ornitinei în citrulină, prin încorporarea în molecula ornitinei a unei molecule de amoniac şi una de CO₂;

- transformarea citrulinei în arginină prin încorporarea unei molecule de amoniac;

- scindarea moleculei de arginină de către arginază, într-o moleculă de uree şi una de ornitină.

Ureea trece în circulaţie şi este eliminată prin rinichi, iar ornitina reia ciclul de formare a ureei. _ATP

Ornitina + NH₃ + O₂ → Citrulină + NH₃→ Arginină + HOH → Ornitină + Uree

Ureea formată la nivelul ficatului trece în sânge, de unde este eliminată la nivelul rinichiului.

Uremia (concentraţia ureei în sânge) = 0,20 – 0,40 g %₀

Dozarea ureei în sânge prezintă o mare însemnătate pentru stabilirea funcţiei de detoxifiere a ficatului şi a funcţiei de epurare a rinichiului.

Astfel, în insuficienţa hepatică cantitatea de uree în sânge este normală sau chiar scăzută, în timp ce cantitatea de amoniac din sânge creşte.

În insuficienţa renală creşte uremia (cantitatea de uree din sânge).

Transformarea amoniacului în glutamină – este cea de-a doua cale de detoxifiere a organismului şi se produce prin combinarea unei molecule de amoniac cu o moleculă de acid glutamic în prezenţa ATP. Reacţia are loc la nivelul ficatului, rinichiului, în sistemul nervos şi în ţesutul muscular.

Glutamina este o formă de depozitare netoxică a amoniacului în organism. Din glutamină, amoniacul este utilizat in diferite procese metabolice (sinteza bazelor purinice, sinteza glucozaminei).

Intoxicaţia cu amoniac – se manifestă prin tremurături ale membrelor, dificultăţi de vorbire, tulburări de vorbire, iar în cazuri severe, coma şi moartea. Simptomele se instalează atunci când nivelurile hepatice şi cerebrale de amoniac sunt crescute. Intoxicaţia cu amoniac este considerată factor important în etiologia comei hepatice, motiv pentru care tratamentul, în asemenea situaţii, este orientat spre scăderea amoniacului sanguin.

Metabolismul intermediar al nucleoproteinelor

Din catabolismul bazelor azotate purinice rezultă acidul uric, proces numit uricogeneză. Are loc în ficat, rinichi, sub influenţa unor enzime specifice (dezaminaze, oxidaze).

Acidul uric se găseşte în sânge într-o anumită concentraţie (3-5g %₀).

Creşterea cantităţii de acid uric şi scăderea eliminării acestui produs prin urină poate duce la tulburări, cum ar fi:

- guta – boală genetică în care acidul uric cristalizează formând săruri, uraţi, ce se depun la nivelul articulaţiilor determinând crize dureroase.

- Insuficienţă renală – cu apariţia de nisip la rinichi (litiază renală).

Hiperuricemia poate fi cauzată de un consum exagerat de carne sau de o tulburare genetică în sinteza ribonucleoproteinelor.

Metabolismul intermediar al cromoproteinelor (hemoglobina)

Degradarea Hb (catabolismul) are loc la nivelul ficatului, splinei, rezultând bilirubina (pigment biliar galben, liposolubil) şi porfirine.

Sursa principală de bilirubină este hemoglobina hematiilor îmbătrânite.

Bilirubina ajunge prin bilă în intestin. Cea mai mare parte din bilă se reabsoarbe şi ajunge iar în ficat şi de aici în circulaţie, iar o mică parte ajunge în intestinul gros unde formează pigmenţi (stercobilina din materiile fecale).

Bilirubina din circulaţie ajunge şi la nivelul rinichilor apoi în urină (urobilina – pigmentul din urină).

În sânge, bilirubina se fixează pe albumină formând fracţia plasmatică a bilirubinei cunoscută sub denumirea de bilirubină indirectă sau neconjugată, liposolubilă.

Prin fixarea pe albuminele serice bilirubina este reţinută în lumenul vaselor şi transportată la ficat. Aici este preluată de pe albumină de către celulele hepatice şi se conjugă cu acidul glucuronic (bilirubina directă sau conjugată), hidrosolubilă. Acest fapt favorizează eliminarea ei prin bilă şi menţinerea ei în soluţie pe căile biliare intra şi extrahepatice.

Acesta este circuitul hepato-entero-hepatic.

Creşterea pigmenţilor biliari în urină are loc în cazul unor afecţiuni hepatice.

Proteinemia – reprezintă totalitatea holoproteinelor din sânge, cu valori cuprinse între 65 – 85g%₀.

Creşterea cantităţii de proteine se numeşte hiperproteinemie, iar scăderea hipoproteinemie.