Chimia Organica
Proteine
Amino-acizi
Catana Danut
Cls. A X-a B
Proteinele sunt o clasa de compusi organici, cu structura complexa si masa moleculara mare, care prin hidroliza se transforma in amino-acizi.
Proteinele sunt cei mai importanti compusi din regnul animal si vegetal. Astfel, impreuna cu apa, cu unele saruri anorganice, hidrati de carbon etc. Sunt componenti ai protoplasmei. Multe functiuni ale organismelor vii depind de proteine: enzimele - catalizatorii din organismele vii - hormonii - tot biocatalizatori - aticorpii, pigmentii respiratori s-au dovedit a fi proteine. Unele proteine formeaza parte componenta a corpului animal: tendoane, cartilaje etc.; altele au rol de protectie: par, lana, copite, coarne; multe constituie substante nutritive de rezerva.
Plantele isi sintetizeaza proteinele din compusi anorganici ai azotului (amoniac si azotati) pe care ii extrag din sol; ele nu elimina azotul sub nici o forma. Spre deosebire de plante, organismul animal nu isi poate sintetiza toate proteinele de care are nevoie; ba mai mult, el elimina azotul sub diferite forme. De aceea, pentru mentinerea vietii, organismul animal necesita mereu noi cantitati de proteine, care sunt introduse in organism o data cu alimentatia (de origine vegetala sau animala).
In organism, in timpul digestiei, proteinele sunt hidrolizate enzimatic pana la amino-acizi. Aceasta hidroliza se desfasoara in doua etape: in prima etapa proteinazele hidrolizeaza proteinele din alimente pana la peptide mari, care apoi, in a doua etapa, sunt hidrolizate in continuare de peptidaze pana la amino acizi. Proteinazele si peptidazele reprezinta grupuri de mai multe enzime, fiecare din aceste enzime fiind specifica pentru hidroliza legaturii peptidice a unui anumit amino-acid.
Amino-acizii sunt indispensabili functionarii organismului adult. Hrana animalelor trebuie sa comtina deci o cantitate suficienta din fiecare amino-acid indispensabil pentru sinteza proteinelor specifice. Asemenea amino-acizi se gasesc, de exemplu, in proteine din lapte, carne, oua, creier, peste etc., astfel incat proteinele respective pot fi inlocuite unele prin altele fara ca organismul sa sufere. Exista insa proteine in care lipsesc unii din amino-acizii indispensabili, ca de exemplu valina sau tirosina; de aceea folosirea in alimentatie numai a unora din aceste proteine poate duce la tulburari ale organismului. Sunt insa amino-acizi de care organismul se poate lipsi. Exemple de amino-acizi neesentiali sunt glicocolul, alanina.
Organismul nu poate sa-si formeze rezerve de proteine. Prin aceasta rolul proteinelor se deosebeste de cel al hidratilor de carbon si grasimilor de care organismul se poate lipsi temporar.
Deficitul mondial de proteine animale in raport cu o alimentatie rationala pentru populatia globului in continua crestere a determinat pe oamenii de stiinta sa studieze posibilitatea obtinerii unei cantitati mai mari de proteine prin metode mai rapide.
Lucrari fundamentale efectuate in ultimii ani (Champagnat) au aratat ca unele micro-organisme pot transforma rapid hidrocarburi parafinice in concentrate proteino-vitaminice. Astfel, tratand un petrol parafinos (sau o motorina) cu culturi de anumite ciuperci (pe langa fostat de amoniu si alte adaosuri ieftine) rezulta, ca produs al metabolismului ciupercilor, un concentrat proteino-vitaminic si, ca reziduu, un ulei alcatuit din izoparafine, naftene si aromate (care poate fi prelucrat mai departe fara sa mai fie supus unei deparafinari). Produsul proteinic este fara miros si gust, astfel incat se preconizeaza folosirea lui ca adaos la alte alimente.
Compzitia si structura proteinelor Numarul proteinelor existente in natura este foarte mare; fiecare specie animala sau vegetala are proteinele ei specifice. De aceea este destul de greu sa se stabileasca structura proteinelor, cu atat mai mult cu cat ele se transforma cu usurinta sub actiunea diferitilor agenti fizici si chimici.
Compozitia diferitelor proteine este relativ asemanatoare. Toate proteinele sunt formate din cinci elemente principale: carbon (50-52%), hidrogen (6,5-7,5%), oxigen (21-24%), azot (15-18%), sulf (0,5-2,5%); unele proteine cum este hemoglobina din sange mai contin fier (o,3-0,5%), altele precum cazeina contin fosfor. Se cunosc si proteine care contin cupru, iod, etc.
Pentru stabilirea structurii proteinelor s-a recurs la metode de hidroliza. Hidroliza se poate efectua cu acizi, cu baze sau cu enzime. Ca produs de hidroliza se obtine un amestec de diferiti amino-acizi (pana la 20), cum si amoniac, rezultat prin hidroliza grupelor CONH2 prezente in unii amino-acizi.
Dupa E. Fischer (1902), proteinele sunt formate din resturi de amino-acizi,unite prin legaturi peptidice, CO-NH:
H N - CH - CO - NH - CH - CO.NH - CH - COOH
I I I
R R R
Fiecare catena polipeptidica a unei proteine este formata dintr-un anumit numar de resturi de amino-acizi, dispusi intr-o succesiune determinata.
Se observa ca la formarea polipeptidei intervin numai grupele functionale in pozitii a chiar daca amino acidul este un acid dicarboxilic sau o diamina, a doua grupare functionala COOH sau NH este cuprinsa in catenele laterale (R ,R R n Catenele laterale pot fi formate din resturi nepolare sau polare. Structura lor este una din cauzele varietatii proteinelor.
Cercetarile efectuate in ultimii ani pentru stabilirea structurii chimice si conformatiei unor proteine au dat rezulatate deosebit de satisfacatoare. Astfel, un pas inainte in acest domeniu reprezinta stabilirea secventelor de amino-acizi, adica a formulelor chimice pentru catenele polipeptidice, in insulina, hemoglobina si alte proteine. S-a stabilit apoi modelul elicoidal pentru formarea catenelor poilpetidice in a-proteine, iar unul din cele mai frumoase progrese in biologia moleculara este lamurirea (cu ajutorul specrelor de raze X) a conformatiei proteinelor mioglobina si hemoglobina. Cu toate aceste realizari, structura majoritatii proteinelor este inca insuficient cunoscuta si prezinta un vast domeniu de cercetare pentru multi oameni de stiinta. Cunoasterea ei va ajuta la intelegerea mecanismului celulei vii si va deschide calea pentru mari progrese in biologie si medicina.
Proprietati. Din punct de vedere al solubilitatii, unele proteine sunt solubile in apa sau in solutii diluate de electroliti ( de exemplu globulinele sau albuminele), iar altele sun insolubile in acesti dizolvanti (de ex keratina sau colagenul).
Proteinele solubile formeaza solutii in care toate particulele dizolvate au aceeasi marime (solutii monodisperse). Unele proteine insolubile, prin incalzire prelungita in apa, se pot si ele solubiliza. In modul acesta, colagenul, dupa ce se imbiba, se dizolva transformandu-se in gelatina, care se dizolva prin slaba incalzire cu apa.
Masele moleculare ale proteinelor sunt foarte variate, de la zeci de mii la milioane. S-a constatat insa ca foarte multe macromolecule de proteina sunt formate in realitate din asociatia mai multor catene polipeptidice, prin forte intermoleculare (forte de coeziune sau legaturi de hidrogen).
Proteinele sunt amfioni macromoleculari. Ca si la amino acizi, punctul izoelectric este o constanta caracteristica proteinei respective. Fiind amfioni, proteinele pot neutraliza atat acizi, cat si baze, deci au proprietati de tampon.
Reactii de indentificare. Proteinele dau o serie de reactii de culoare folosite pentru identificare. Cele mai importante sunt urmatoarele:
Reactia biuretica consta in aparitia unei coloratii violete la tratarea cu o solutie de sulfat de cupru.
Reactia xantoproteica consta in aparitia unei coloratii galbene intense la tratarea solutiei de proteina cu acid azotic concentrat.
Reactia Millon consta in aparitia unui precipitat de culoare rosie la tratarea proteinelor cu o solutie concentrata de azotat mercuric in acid azotic ce contine si acid azotos.
Reactia Adamkiewiez-Hopkins consta in aparitia unei coloratii albastre-violete la tratarea proteinei cu acid sulfuric care contine si acid glioxilic.
Reactia Pauly consta in aparitia unei coloratii rosii la tratarea cu acid diazobenzensulfuric a unei solutii de proteina alcanizata cu carbonat de sodiu.
Clasificarea proteinelor. Datorita varietatii ca numar si structura a proteinelor, clasificarea acestora este mai dificila.
- Dupa solubilitate, proteinele pot fi clasificate in proteine solubile in apa si in solutii diluate de electroliti si insolubile, numite si scleroproteine;
- Dupa conformatia macromoleculelor, ele pot fi impartite in proteine corpusculare si proteine fibrilare.
Proteinele corpusculare sunt substante cristaline cu forma asemanatoare unei sfere, unui elipsoid de rotatie sau disc.
Proteinele fibrilare sunt substante de obicei insolubile avand macromoleculele alungite, filiforme. Catenele polipetidice sunt paralele si legate in smocuri de directia fibrei.
- Dupa produsele de hidroliza, proteinele se clasifica in proteine propriu-zise, formate din amino-acizi si proteine conjugate (proteide), alcatuite din componentul proteic legat de substanta neproteica (adica grupa prosteica).
