Se numesc proteine produsii naturali cu structura macromoleculara care se transforma prin hidroliza in -amino-acizi.
Se disting pe baza de solubilitate doua clase de proteine, proteine insolubile si proteine solubile. Cele dintai, numite proteine fibroase (scleroproteine), se gasesc in organismul animal in stare solida si au functiunea de a conferi tesuturilor rezistenta mecanica (proteine de schelet) sau protectie impotriva agentilor exteriori. Vom mentiona keratina din par, unghii, copite, epiderma, colagenul din piele, oase si tendoane, miosina din muschi si fibrolina din matase. Proteinele fibroase se dizolva numai in acizi si baze concentrate.
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 si saruri); globulinele sunt solubile numai in solutii de electroliti. Din categoria aceasta fac parte toate proteinele cu proprietati fiziologice specifice: proteinele din serul sanguin, enzimele, hormonii proteici, anticorpii si toxinele.
O categorie importanta de proteine sunt proteidele sau proteinele conjugate, combinatii ale unei proteine cu o componenta neproteica.
Proteinele insolubile pot fi usor separate de compusii care le insotesc in organismele animale, asa ca izolarea lor nu prezinta dificultati.
Proteinele solubile sufera usor la incalzire, sau sub actiunea acizilor, a bazelor si a altor compusi chimici, o transformare numita denaturare, prin care se pierde de obicei activitatea biologica specifica.
Proteina se extrage, de obicei din materialele biologice in care se gaseste, cu o solutie salina, mai rar cu dizolvanti organici cum ar fi glicerina sau acetona, diluate cu apa. Solutiile acestea contin si substante neproteice; indepartarea acestora se face cu ajutorul dializei.
S-a dovedit, prin metoda electroforezei, ca unele proteine (de exemplu albumina din ou, albumina din ser, toxina din semintele de ricin), desi formeaza cristale unitare, sunt amestecuri de doua sau mai multe proteine mult asemanatoare.
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: C 50-52% , H 6.8-7.7% , S 0.5-2.0% si 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 efectueaza prin fierbere indelungata (12-48 ore) cu acid clorhidric de 20% sau cu acid formic continand HCl. Hidroliza cu hidroxizi alcani sau cu hidroxid de bariu are loc intr-un timp mai scurt.
Prin hidroliza se obtine un amestec care poate sa contina pana la circa 20 -amino-acizi. Se formeaza de asemenea amoniac prin hidroliza grupelor CONH2 ale asparaginei si glutaminei.
Cel mai vechi procedeu de separare cantitativa a amino-acizilor, dupa Emil Fischer (1901), consta in esterificarea amino-acizilor cu metanol si distilarea fractionata a esterilor. In cel mai bun caz, amino-acizii dozati nu insumeaza decat 60-70% din azotul total continut in proteina.
Examinand rezultatele analitice (vezi tabelul de mai jos) se constata ca proteinele se deosebesc de alti compusi macromoleculari naturali, de exemplu de celuloza sau amidon, prin marele numar de unitati diferite ce intra in compozitia macromoleculelor (20 de amino-acizii, fata de o singura monozaharida, glucoza). Afara de aceasta proteinele contin diferiti amino-acizii in proportii diferite. Unele proteine contin proportii mari din anumiti amino-acizii, de exemplu colagenul este bogat in glicocol, prolina si hidroxiprolina, keratina in cisteina si hidroxiacizi.
CONTINUTUL PROTEINELOR IN AMINO-ACIZI
(moli de amino-acizi la 105 grame proteina)
Albumina
ser (bou) -Lactoglo-bulina -Globulina
ser (om) Miosina Aldolaza Insulina -Caseina Hemoglo-bina (cal) Zeina Colagen Keratina (lana) Fibroina (matase)
Glicocol 24 19 56 25 75 61 38 75 - 350 76 584
Alanina 70 80 - 73 96 33 42 83 118 106 46 297
Valina 50 48 83 22 63 84 54 70 30 29 41 37
Prolina 41 45 70 16 50 25 71 34 91 132 59 9
Fenilalanina 40 23 28 26 14 48 28 48 36 25 23 9
Serina 40 38 109 37 63 55 60 54 67 33 98 147
Acid asparagic 82 87 66 67 73 50 64 80 35 47 48 -
Acid glutamic 104 120 80 150 78 137 153 56 182 77 96 -
Hidroxiprolina 0 - - - - - - - - 107 - -
Amoniac 62 77 79 85 65 126 - 66 211 47 81 -
NH2 liber 148 114 100 121 121 72 105 135 18 87 81 6
COOH liber 124 130 67 132 86 61 116 70 6 77 64 0
Moleculele proteinelor sunt construite din catene polipeptidice lungi, in care resturile de -amino-acizi sunt unite intre ele prin legaturi amidice, CO-NH.
H2N - CH - CO - NH - CH - CO . . . NH - CH - COOH
R R R
Catenele polipeptidice sunt deci construite din unitati CH-CO-NH, legate cap la cap si se deosebesc numai prin catenele laterale, R, de exemplu:
H3C CH3 H2N - C = NH
ï
CH NH
ï
CH2 CH2SH (CH2)3
ï ï
H2N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH
ï ï
CH2 CH2 (CH2)4
ï ï
CH2 NH2
ï
OH COOH
leucina tirosina cisteina acid glutamic arginina lisina
Ca si amino-acizii, proteinele pot neutraliza atat acizi cat si baze. Ele contribuie la mentinerea unui pH constant in lichidele din organism. In mediu acid proteinele se dizolva sub forma de cationi, iar in mediu bazic sub forma de anioni. Acestea explica migrarea proteinei spre catod, in solutie acida si spre anod, in solutie bazica, in cursul electroforezei.
Din cauza caracterului lor puternic polar, proteinele sunt insolubile in dizolvantii organici. In apa, solubilitatea este minima la punctul izoelectric si ea creste atat in regiunea acida cat si in cea bazica. Cantitati minime de electroliti neutri maresc de asemenea solubilitatea proteinelor. Solubilitatea in apa a proteinelor se datoreaza solvatarii grupelor cu sarcina ionica, COO si NH3. Solvatarea (hidratarea) grupelor polare explica marile cantitati de apa (30 - 60% din greutatea lor) continute in proteinele pure, chiar cristalizate. Proteinele fibrilare, cum este gelatina, sufera o puternica imbibitie inainte de dizolvare si formeaza la racire geluri elastice tipice (piftii).
Precipitarea reversibila a proteinelor din solutie, cu solutii concentrate de electroliti, salifierea, se datoreaza tendintei puternice a ionilor electrolitului de a se hidrata, apa necesara pentru aceasta fiind cedata de proteina.
Cercetarea proteinelor cristalizate, cu raze X, a contribuit foarte mult la cunoasterea structurii moleculelor lor. Se disting patru grade structurale sau niveluri de organizare, deosebindu-se prin 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.
Structurile secundare ale unei proteine sunt stabilite de aranjarea in spatiu a catenei polipeptidice si de legaturile care se stabilesc intre catene.
In principiu sunt posibile patru 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, grupe prostetice.
Mai multe asemenea structuri tertiare sunt adesea asociate intre ele formand agregate mai complicate, numite structuri cuaternare.
