PROTEINELE
Se numesc proteine produsii naturali cu structura macromoleculara care se transforma prin hidroliza in L-amino-acizi. Proteinele sunt componente esentiale, alaturi de apa, saruri anorganice, lipide, hidrati de carbon, acizi nucleici, vitamine, enzime, ale materialelor lichide si gelificate din celule, in care se petrec interactiunile chimice si fizice intense cuprinse sub denumirea de viata.
De proteine depind multe functiuni importante ale organismelor vii. Sunt proteine unele substante cu puternica activitate biologica 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 transforma energia chimica in energie mecanica, este de asemenea o proteina.
Proteinele care asigura functiuni se bucura de proprietatea neintalnita la alte combinatii, specificitatea. Proteinele diferitelor specii de animale si vegetale sunt tipice pt aceste specii si se deosebesc de proteinele altor specii, in timp ce, de exemplu amidonul, glicogenul si grasimile nu difera decat putin de la o specie la alta. Deci, numarul proteinelor care se observa in natura este extrem de mare.
Pe baza de solubilitate se disting doua clase de proteine : proteine insolubile si solubile. Cele dintai, numite proteine fibroase, se gasesc in organismul animal in stare solida si confera tesuturilor rezistenta mecanica( proteine de schelet) sau protectie impotriva agentilor exteriori. De exemplu, keratina din par, unghii, copite, epiderma, colagenul din piele, oase si tendoane,miosina din muschi si fibroina din matase. In vegetale nu se gasesc proteine fibroase; functiunea lor este indeplinita in plante de celuloza. Proteinele fibroase se dizolva numai in acizi si baze concentrate, la cald, dar aceasta dizolvare este insotita de o degradare a macromoleculelor; din solutiile obtinute nu se mai regenereaza proteina initiala.
Proteinele solubile sau globulare apar in celule in stare dizolvata sau sub forma de geluri hidratate. Albuminele sunt solubile in apa si in solutii diluate de electroliti (acizi, baze, saruri); globulinele sunt solubile numai in solutii de electroliti. Din categoria aceasta fac parte toate proteinele cu proprietati fiziologice specifice : poteinele din serul sanguin, enzimele, hormonii proteici, anticorpii si toxinele.
O categorie importanta sunt proteidele sau proteinele conjugate, combinatii ale unei proteine cu o componenta neproteica.
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 izolarea lor nu prezinta dificultati. Din cauza insolubilitatii lor, nu pot fi purificate prin dizolvare.
Proteinele solubile sufera usor la incalzire, sau sub actiunea acizilor, a bazelor, a dizolvantilor organici si a altor compusi chimici, o transformare numita denaturare, prin care se pierde activitatea biologica specifica.
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 cintin si substante neproteice; indepartarea acestora se face cu ajutorul dializei prin membrane permeabile pt aceste substante dar impermeabile pt proteine. Proteinele insolubile in apa distilata se precipita la sfarsitul dializei. Indepartarea ionilor straini poate fi accelerata prin suprapunerea unei electrolize, intr-un dispozitiv special (electrodializa).
Metoda obisnuita pt obtinerea proteinelor din solutiile purificate prin dializa consta in precipitare cu saruri neutre, sulfat de amoniu sau sulfat de sodiu, in stare solida sau in solutie saturata. Dupa un alt procedeu, precipitarea proteinei se face cu etanol.
COMPOZITIA PROTEINELOR
Toate proteinele contin elementele: C, H, O, N SI S; in unele proteine se mai gasesc, in cantitati mici: P, FE, Cu, I, Cl, si Br. Continutul procentual al elementelor principale este de: C 50-52 %, H 6,8-7,7 %, S 0,5-2 %, N 15-18 %.
Prin hidroliza, proteinele se transforma in amino-acizi. 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-amino-acizi. Se formeaza si amoniac prin hidroliza grupelor CONH2 ale asparaginei si glutaminei.
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 prin numarul si succesiunea specifica a amino-acizilor din catena polipeptidica. Structura secundara a unei proteine este determinata de aranjarea in spatiu a catenei polipeptidice si de legaturile care se stabilesc intre catene. Cercetarile in domeniu au sugerat ca macromolecula peptidica nu are forma extinsa, ci adopta o forma rasucita sau incretita. Structurile tertiare : structurile secundare sunt determinate de legaturile de 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 amino-acizilor. 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 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 structuri cuaternare. Fortele de atractie sunt aceleasi ca in structurile tertiare, dar ele actioneaza la acest caz intermolecular, unind catene polipeptidice sau elice L-diferite. Un exemplu de structura cuaternara este acela al hemoglobinei
ASIMILATIA SI SINTEZA PROTEINELOR
Se gasesc proteine in fiecare celula vie. Pentru sinteza lor, respectiv a amino-acizilor 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 nu au facultatea de a asimila combinatiile 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 amino-acizi. Acestia difuzeaza prin peretele intestinului in sange si servesc apoi celulelor pentru sinteza proteinelor proprii ale organismului. Numai datorita acestui mecanism, fiecare celula isi poate construi proteina ei specifica.
Organismul animal nu poate sintetiza decat anumiti amino-acizi; 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 amino-acid esential. Proteinele din lapte, carne, peste, oua, creier, serum, fibrina, soia si din embrionul de grau contin amino-acizii esentiali in proportie adecvata. In schimb, hemoglobina, gelatina si multe proteine din vegetale sunt deficiente in unul sau altul din amino-acizii esentiali. Folosirea exclusiva in alimentatie a acestor proteine duce la tulburari grave. Lipsa amino-acizilor 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.
PROTEINE SOLUBILE. ALBUMINE SI GLOBULINE ANIMALE.
Proteinele din aceste doua clase, mult raspandite in natura, apar adesea impreuna si se diferentiaza greu unele de altele. Albuminele se definesc de obicei ca proteine solubile in apa curata si in solutii diluate de acizi, baze, saruri, iar globulinele ca proteine solubile numai in solutii de electroliti.
Proteinele din sange . Sangele este o suspensie a unor corpuscule mari, vizibile la microscop, globulele albe si rosii, intr-un lichid omogen numit plasma. Globulele rosii contin toata proteina colorata rosie, hemoglobina. Plasma contine in solutie fibrinogenul, globuline si albumine. Lichidul ramas la indepartarea globulelor si a fibrinogenului se numeste serul sanguin. Coagularea sangelui se datoreste transformarii fibrinogenului intr-un gel ireversibil, fibrina.
Globulinele din ser pot fi separate in trei fractiuni, L-, B si y. o importanta deosebita o cinstituie y-globulinele, 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 datoreste aparitiei de anticorpi in serul animalului infectat. Substantele care determina formarea anticorpilor, numite antigeni, sunt proteine, produse de bacteriisau provenite din acestea sau din virusuri prin 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.
Miogenul este un amestec de cel putin 3 proteine, cu caracter de albuminesi globuline. Miogenul contine enzimele esentiale ale muschiului: fosforilaza, 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 oleaginoase :edestina, din samanta de canepa, excelsina din nuca braziliana, amandina din migdale si corilina din alune, apoi globulinele din leguminoase, de ex.: faseolina din fasole, legumina din mazare, precum si globulinele din cartofi, tomate, spanac,etc. Toate au configuratii globulare.
Proteine din cereale. Proteina graului de a da o faina panificabila se datoreste caracterului special al proteinelor din endospermul, bogat in amidon, al semintelor acestei cereale. Proteina din grau, glutenul, se obtine prin framantarea fainei intr-un curent de apa; acesta antreneaza granulele de 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 in alcool de 70 % si poate astfel fi separata de glutenina.
PROTEINE FIBROASE (INSOLUBILE).KERATINELE- proteinele din epiderma, par, pene, unghii, copite si coarne se disting printr-un continut mare de sulf. Keratinele sunt insolubile in apa atat rece cat si calda, precum si in solutii saline. Din cauza aceasta keratinele prezinta o mare inertie fata de agentii chimici, precum si fata de enzime.
FIBROINA, componenta fibroasa din matasea naturala, se gaseste in acest material inconjurata cu o componenta amorfa, cleioasa, sericina, care reprezinta cca. 30 % din greutatea totala. In cele doua glande ale viermelui de matase, proteinele sunt continute sub forma de solutie concentrata, vascoasa.
COLAGENUL, este componenta principala a tesuturilor conjunctive, tendoanelor, ligamentelor, cartilajelor, pielii, oaselor, solzilor de peste. Exista numeroase varietati de colagen. Colagenul are o compozitie deosebita de a keratinei si fibroinei, caci este 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 constituie tesutul fibros, cu o elasticitate comparabila cu a cauciucului, a arterelor si a unora din tendoane, cum este de exemplu tendonul de la ceafa boului. Elastina nu se transforma in gelatina la fierbere cu apa si este digerata de tripsina. Ca si colagenul, fibrele de elastina sunt compuse din amino-acizi simpli, mai ales leucina, glicocol si prolina.
