DESPRE PROTEINE
Despre proteine
Proteinele sunt substanţe
organice macromoleculare formate din lanţuri simple sau complexe de aminoacizi;
ele sunt prezente în celulele tuturor organismelor vii în proporţie de peste
50% din greutatea uscată. Toate proteinele sunt polimeri ai aminoacizilor, în
care secvenţa acestora este codificată de către o genă. Fiecare proteină are
secvenţa ei unică de aminoacizi, determinată de secvenţa nucleotidică a genei.
1. Etimologie
Prima menţionare a cuvântului
proteină este făcută de către descoperitorul acesteia Jöns Jakob Berzelius, în
scrisoarea sa către Gerhardus Johannes Mulder din 10 iulie 1838, scrisoare în care
menţionează:
"The name protein that I
propose for the organic oxide of fibrin and albumin, I wanted to derive from
[the Greek word] πρωτειος, because it appears to be the primitive or principal
substance of animal nutrition".
(Numele de
proteină îl propun pentru denumirea compusului organic rezultat prin oxidarea
fibrinei sau albuminei, el derivă din grecescul πρωτειος, deoarece se pare că
apare ca fiind principala substanţă din nutriţia animalelor).
2.
Sinteza proteinelor
Biosinteza
La nivelul ribozomilor se realizează translaţia informaţiei genetice de
la ARNm în lanţul polipeptidic.În nucleu ARN m copiază informaţia genetică de la ADN nuclear iar apoi migrează în citoplasmă.Fiecare
moleculă de ARNt posedă la mijlocul lanţului său un anticodon a căror 3 baze consecutive se pot asocia prin
legături de hidrogen cu 3 baze complementare de un codon ARNm.Pe baza acestui
anticodon aminoacizii vor fi poziţionaţi conform mesajului genetic din ARNm.
Această poziţionare a aminoacil-ARNt se realizează la suprafaţa ribozomului la
nivelul a 2 locusuri stereospecifice:locul"P"(peptidil) şi locul
"A" (aminoacil), situate la suprafaţa subunităţilor.
Biosinteza proteinelor este un
proces prin care fiecare celulă îşi sintetizează proteinele proprii, prin
intermediul unui proces care include multe etape, sinteza începînd cu procesul
de transcripţie şi terminînd cu procesul de translaţie.Procesul deşi similar, este diferit în funcţie
de de celulă: eucariotă sau procariotă.
Transcripţia
Procesul de transcripţie necesită
prezenţa unei singure molecule de ADN dublucatenar, numit ADN „şablon”, moleculă
care intră în procesul de „iniţiere”.Aici acţionează enzima ARNpolimeraza, enzimă care se
leagă de o anumită regiune din molecula de ADN , regiune (denumită promoter) din care va începe
transcripţia.Pe măsură ce ARN polimeraza se leagă de promoter, lanţurile de ADN
vor începe sa se desfacă.Următorul proces în care intră ADN este procesul de
elongaţie (alungire a catenei).Pe măsură ce ARN polimeraza se mişcă de-a lungul
catenei de ADN, are loc sinteza ribonucleotidelor complementare (ARNm ARN
mesager).Acest ARN după cum îi arată şi numele se poate deplasa şi în alte
părţi ale celulei cum ar fi reticulul endoplasmatic sau citoplasma.
Gruparea 5' se
găseşte în capătul 5'final al moleculei de ARNm, şi este format din guanosină
grefată printr-o legătură de tip 5'- 5' de molecula de ARN prin intermediul
unei legături trifosfat.
.Are loc adiţia unei grupări 5',
grupare dinucleotidică care are rolul de a asigura stabilitatea ARN şi de a-l
transforma în ARN matur.O secvenţă de aminoacizi este grefată în poziţia 3'
terminală pentru protecţie dar şi pentru a sluji drept şablon pentru procesele
următoare.Mai departe are loc formarea ARN, care este apoi utilizat in ribozomi
pentru sinteza proteinelor.La procariote legarea ARN de ribosomi are loc după ce acesta este îndepărtat de nucleoid; în contrast la procariote acest proces are loc
chiar în membrana nucleară şi apoi translocat în citoplasmă.Rata
sintezei proteică poate ajunge la circa 20 aminoacizi la procariote, mult mai
puţin la eucariote.
Translaţia
În timpul translaţiei ARNm
transcris din ADN este decodat de ribozomi pentru sinteza proteinelor.Acest
proces este divizat în 3 etape:
- Iniţierea
- Elongarea
- Faza terminală.
Ribozomul are situsu-ri de legare
care permit altei molecule de ARNt (ARN de transfer), să se lege de o moleculă
de ARn m, proces însoţit de prezenţa unui anticodon.Pe măsură ce ribozomul
migrează de-a lungul moleculei de ARNm (un codon o dată) o altă moleculă de
ARNt este ataşată ARNm.Are loc eliberarea ARNt primar, iar aminoacidul care
este ataşat de acesta este legat de ARNt secundar, care îl leagă de o altă
moleculă de aminoacid.Translaţia continuă pe măsură ce lanţul de aminoacid este
format.La un moment dat apare un codon de stop, o secvenţă formată din 3 nucleotide (UAG, UAA),
care semnalează sfîrşitul lanţului proteic.Chiar după termminarea translaţiei
lanţurile proteice pot suferi modificări post-translaţionale şi plierea
lanţului proteic, responsabilă de structura secundară şi cea
terţiară.Modificările post-translaţionale se referă la posibilitatea formării
de legături disulfidice, sau de ataşarea la scheletul proteic a diferite
grupări ca rol biochimic: acetat, fosfat etc.
Sinteza
chimică
Procesul de sinteză chimică poate
avea loc în laborator , dar pentru lanţuri mici de proteine.O serie de reacţii
chimice cunoscute sub denumirea de sinteza peptidelor,permit producerea de
cantităţi mari de proteine.Prin sinteza chimică se permite introducerea în
lanţul proteic a aminoacizilor ne-naturali, ataşarea de exemplu a unor grupări fluorescente.Metodele sunt utilizate în biochimie şi in
biologia celulei .Sinteza are la bază cuplarea grupării carboxil -COOH (carbon
terminus) cu gruparea -amino -NH2 (segmentul N terminus). Se cunosc
2 metode de sinteză pe cale chimică_
- Sinteza în fază lichidă metoda clasică care a fost
înlocuită cu sinteza în fază solidă.
O altă metodă este cea introdusă
de R.C. Sheppard în anul 1971, şi are la bază folosirea Fmoc (fluorenil metoxi
carbonil), iar pentru înepărtarea acesteia se foloseşte de obicei mediu bazic
asigurat de o soluţie 20% piperidină/DMF (dimetil
formamidă).Îndepărtarea grupării din lanţul proteic se face prin incubare
în acid trifluoracetic (TFA).
Această grupă de
protejare cu simetrie ortogonală se foloseşte în multe sinteze chimice.
Protejarea grupării prin
intermediul Fmoc este de obicei lentă, deoarece anionul nitro produs la
sfîrşitul reacţiei nu este un produs favorabil desfăşurării reacţiei.
Rol
Datorită compoziţiei, fiind
formate exclusiv din aminoacizi se întîlnesc alături de alţi compuşi importanţi
de tipul polizaharidelor, lipidelor şi acizilor nucleici începînd cu structura virusurilor, a organismelor
procariote, eucariote şi terminînd cu omul.Practic nu se concepe viaţă fără
proteine.Proteinele pot fi enzime care catalizează diferite reacţii biochimice
în organism, altele pot juca un rol important în menţinerea integrităţii
celulare (proteinele din peretele celular), în răspunsul imun şi autoimun al
organismului.
Nutriţia
Majoritatea microorganismelor şi
plantelor pot sintetiza toţi cei 20 aminoacizi standard, în timp ce organismele
animale obţin anumiţi aminoacizi din dietă (aminoacizii esenţiali).Enzime cheie
cum ar fi de exemplu aspartatkinaza , enzimă care catalizează prima etapă în
sinteza aminoacizilor lisină, metionină şi treonină din acidul aspartic, nu sunt
prezente în organismele de tip animal.La aceste organisme aminoacizii se obţin
prin consumul hranei conţinînd proteine.Proteinele ingerate sunt supuse
acţiunii acidului clorhidric din stomac şi acţiunii enzimelor numite proteaze,
proces în urma căruia lanţurile proteice sunt scindate (denaturate).Ingestia
aminoacizilor esenţiali este foarte importantă pentru sănătatea organismului,
deoarece fără aceşti aminoacizi nu se poate desfăşura sinteza proteinelor
necesare organismului.De asemenea aminoacizii sunt o sursă importantă de
azot;unii aminoacizi nu sunt utilizaţi direct în sinteza proteică, ci sunt
introduşi în procesul de gluconeogeneză, proces prin care organismul asigură
necesarul de glucoză în perioadele de înfometare (mai ales proteienele aflate
în muşchi).
Tipuri de
proteine
În funcţie de compoziţia lor
chimică ele pot fi clasificate în:
- Holoproteine cu următoarele clase de proteine
- Proteine globulare (sferoproteine) sunt de
regulă substanţe solubile în apă sau în soluţii saline:protaminele,
histonele, prolaminele, glutelinele, globulinele, albuminele.
- Proteinele fibrilare (scleroproteinele)
caracteristice regnului animal, cu rol de susţinere, protecţie şi
rezistenţă mecanică:colagenul, cheratina şi elastina.
- Heteroproteinele sunt proteine complexe care sunt
constituite din o parte proteică şi o parte prostetică; în funcţie de
această grupare se pot clasifica astfel:
- Glicoproteine
- Lipoproteine
- Nucleoproteine
3. Proprietăţi fizico-chimice
Masă moleculară
Datorită formării aproape în
exclusivitate din aminoacizi, putem considera proteinele ca fiind de fapt nişte
polipeptide, cu masă moleculară foarte mare intre 10.000 şi 6.000.0000.Masa moleculară
se determină prin diferite metode, mai ales în cazul proteinelor cu masa
moleculară foarte mare ca de exemplu proteina C reactivă. Masa moleculară a diferitelor
proteine
|
Denumirea proteinei
|
Sursa proteinei/Izolată din
|
Masa moleculară
|
|
Lactalbumină
|
lapte
|
17000
|
|
Gliadina
|
grîu
|
27.500
|
|
Insulina
|
pancreas
|
12,000
|
|
Hordeina
|
orz
|
27.500
|
|
Hemoglobina
|
globule roşii
|
68.000
|
|
Hemocianina
|
moluşte(sînge)
, artropode(sînge)
|
2.800.00
|
|
Miozina
|
muşchi
|
850.000
|
|
Pepsină
|
stomac
|
36.000
|
|
Peroxidaza
|
rinichi
|
44.000
|
|
Virusul mozaicului tutunului (capsida)
|
tutun
|
17.000.000
|
Deoarece la multe proteine masa
moleculară apare ca un multiplu de 17,500, multă vreme s-a mers pe ipoteza că particulele
proteice sunt formate prin unirea mai multor molecule de bază ce au masa
moleculară în jurul valorii de 17,500. Aceste molecule de bază s-ar putea uni
între ele prin aşa numitele valenţe reziduale, ducînd la formarea de agregate
moleculare.Atunci cînd are loc ruperea acestor valenţe reziduale ar avea
loc doar modificarea proprietţilor fizice ale proteinelor, în timp ce dacă are
loc ruperea legăturilor principale (legăturile peptidice), proteina îşi
modifică proprietăţile fizico-chimice.
Solubilitatea proteinelor
Proteinele sunt substanţe solide,
macromoleculare, solubile în general în apă şi insolubile în solvenţi organici
nepolari.Unele proteine sunt solubile în apă dar insolubile în alcool, altele
sunt solubile în soluţii apoase de electroliţi, acizi organici. Datorită
gradului diferit de solubilitate în diferiţi solvenţi, proteinele se pot izola,
identifica şi separa. Solubilitatea lor depinde foarte mult de legăturile care
se stabilesc între grupările libere de la suprafaţa macromoleculelor şi moleculele
solventului.La suprafaţa macromoleculelor proteice se găsesc grupări libere de
tip polar,-COOH, -NH2, -OH, -SH, -NH, grupări cu caracter hidrofil
care favorizează dizolvarea proteinelor în apă.De asemenea există grupări de
tip apolar, hidrofobe, de regulă radicali de hidrocarburi -CH3, -C6H5,
-C2H5, care favorizează dizolvarea proteinelor în alcool.
Însă în martea lor majoritate predomină grupările polare,determinante pentru
caracterul hidrofil. În contact cu apa proteinele greu solubile manifestă
fenomenul de gonflare, datorită tendinţei de hidratare datorată grupărilor
polare. Gelatina de exemplu se îmbibă foarte puternic cu apa dînd naştere prin
răcire la geluri. La dizolvarea proteinelor în apă, are loc fenomenul de
formare a coloizilor hidrofili. S-a constatat că în soluţii diluate se găsesc
macromolecule proteice izolate, iar în cazul soluţiilor concentrate se formează
agregate de macromolecule proteice. Soluţiile coloidale ale proteinelor,
coagulează prin încălzire, prezintă efectul Tyndall(dispersia fasciculului de
lumină).
Punctul izoelectric şi caracterul
amfoter
Caracter
amfoter
Proteinele la fel ca şi
aminoacizii sunt substnţe amfotere şi formează în soluţii apoase amfioni:
, în prezenţa H2O
În mediu acid proteinele se
comportă ca baze slabe ele primind protoni şi fomînd cationi proteici:
, cation al proteinei. reacţia stă la baza electroforezei
proteinelor,datorită incărcării pozitive cationii migrează spre catod, fenomen
numit cataforeză, proteina fiind în acest caz electropozitivă.
În mediu bazic proteinele se
comportă ca acizii slabi ele cedînd protoni, se formează astfel anioni
proteici, care migrează spre anod fenomenul fiind denumit anaforeză,
proteina avînd încărcare electronegativă.
, anion al proteinei. datorită caracterului
amfoter proteinele pot neutraliza cantităţi mici9 de substanţă acidă sau
bazică, avind în acest fel rol de soluţie tampon, prin acest lucru contribuind
la menţinerea echilibrului acido-bazic al organismului. În general caracterul
amfoter este imprimat de cele grupările -NH2 şi -COOH libere care nu
sunt implicate în legaăturile peptidice.Dacă în molecula proteinei există mai
mulţi aminoacizi dicarboxilici atunci molecula se va comporta ca un acid slab,
iar în cele în care predomină aminoacizii diaminaţi se comportă ca baze slabe.
Chiar dacă într-o moleculă există un număr egal de grupări amino si
carboxil,deci teoretic molecula ar trebui sa fie neutră, în realitate datorită
gradului de ionizare mult mai mare a grupării carboxil faţă de gruparea amino,
molecula proteinei va avea un caracter slab acid, în soluţia ei întîlnindu-se
amfiioni proteici, anioni proteici şi protoni (H+ )
Punct
izoelectric
Prin acidulare
echilibrul reacţiei se deplasează spre formarea de cationi proteici.La o
anumită concentraţie a H+, proteina devine neutră deoarece gruparea
aminică şi cea carboxilică sunt la fel de disociate şi deci molecula este
neutră din punct de vedere electric. În acel moment se vor găsi în soluţie
amfiioni, H+, ioni hidroxil -HO; pH-ul la care soluţia unei proteine
conţine anioni şi cationi în proporţie egală poarta denumirea de punct izoelectric , se notează cu pHi,
fiind o constantă foarte importantă a proteinelor şi nu numai.Fiecare proteină
la punctul, izoelectric are un comportament specific, avînd o solubilitate si
reactivitate chimică minimă; de asemenea hidratarea particulelor coloidale ,
vîscozitatea şi presiunea osmotică sunt de asemenea minime. Precipitarea
proteinei în schimb la punctul izoelectric este în schimb maximă, dar nu se
deplasează sub influenţa curentului electric.De obicei valorile punctului
izoelectric variază între 2,9 şi 12,5 şi se determină prin diferite
metode:potenţiometrice, electroforetice.
Precipitarea proteinelor
Sub acţiunea diferiţilor factori
fizici (ultrasunete, radiaţii cu diferite lungimi de undă, căldură), factori
chimici (acizi, baze, diferiţi solvenţi organici), sau mecanici (agitare), are
loc fenomenul de precipitare a proteinelor, precipitarea care poate fi
reversibilă sau ireversibilă.
Precipitare reversibilă
Precipitarea reversibilă se poate
produce sub acţiunea soluţiilor concentrateale sărurilor alcaline dar şi în
prezenţa unor dizoilvanţi organici miscibili cu apa în orice proporţie, cum
sunt de exemplu acetona şi alcoolul.În cadrul acestei preciptări molecula
proteinei suferă unele modificări fizico-chimice, dar nu are loc afectarea
structurii moleculare. Puterea de precipitare a proteinelor de către diferiţi
ioni este data de seria liofilă a lui Hofmeister. Dacă anionul rămîne acelaşi,
puterea de precipitare a cationilor scade în următoarea ordine: Li+>Na+>NH4+>
cănd cationul ramîne acelaşi anionii se comportă astfel: SO42->PO43->CH3COO->Citrat->tartrat->Cl->NO3->ClO3->Br->I->SCN-.
Solvenţii de tipul alcoolului sau acetonei în funcţie de concentraţia lor pot
forma fie precipitate reversibile sau ireversibile. Sărurile alcaline au un
comportamnt diferit faţă de proteine, în soluţii diluate mărind solubilitatea
proteinelor, iar în soluţii concentrate determinînd precipitarea lor
reversibilă. De altfel soluţiile sărurilor alcaline de diferite concentraţii se
folosesc pentru precipitarea fracţionată a proteinelor din amestecuri.
Precipitare ireversibilă
În cursul acestei precipitări
molecula proteinei suferă modificări fizico-chimice ireversibile avînd loc şi
modoficarea structurii moleculare. De regulă se produce la adăugarea de soluţii
ale metalelor grele (Cu,Pb, Hg, Fe, a acizilor minerali tari (HNO3, H2SO4)
acidul tricloracetic, a soluţiilor concentrate de alcool sau acetonă, sau in
cazul anumitor proteine în prezenţa căldurii. Prin precipitare ireversibilă,
după cum arată şi numele proteinele îşi pierd activitatea lor biologică
(enzimatică, hormonală, etc.), are loc o descreştere a solubilităţii,
modificarea activităţii optice, de asemenea sunt mai uşor de degradat sub
acţiunea unor enzime proteolitice. Prin îndepărtarea factorilor care au dus la
precipitare, proetienele nu revin la forma lor iniţială şi nu işi pot reface
structura moleculară. Proteinele precipitate îşi pierd din proprietăţile
hidrofile "obţînînd" proprietăţi hidrofobe.
4. Proprietăţi chimice
Aminoacizi
standard
Din punct de vedere chimic,
proteinele sunt heteropolimeri constituiţi din 20 de L-α aminoacizi (aşa
numiţii aminoacizi standard vezi tabelul), în care grupările carboxil se pot
combina cu grupările amino formînd legături peptidice, formînd lanţurile
peptidice. Aminoacizii standard au proprietăţi variate, proprietăţi care sunt
direct responsabile de structura tridimensională a proteinei, dar şi de
proprietăţile acesteia.
|
Denumirea (Residue)
|
cod 3-litere
|
cod 1 literă
code |
Abundenţă />(%) E.C.
|
|
ALA
|
A
|
13.0
|
|
|
ARG
|
R
|
5.3
|
|
|
ASN
|
N
|
9.9
|
|
|
ASP
|
D
|
9.9
|
|
|
CYS
|
C
|
1.8
|
|
|
GLU
|
E
|
10.8
|
|
|
GLN
|
Q
|
10.8
|
|
|
GLY
|
G
|
7.8
|
|
|
HIS
|
H
|
0.7
|
|
|
ILE
|
I
|
4.4
|
|
|
LEU
|
L
|
7.8
|
|
|
LYS
|
K
|
7.0
|
|
|
MET
|
M
|
3.8
|
|
|
PHE
|
F
|
3.3
|
|
|
PRO
|
P
|
4.6
|
|
|
SER
|
S
|
6.0
|
|
|
THR
|
T
|
4.6
|
|
|
TRP
|
W
|
1.0
|
|
|
TYR
|
Y
|
2.2
|
|
|
VAL
|
V
|
6.0
|
(4) În lanţul polipeptidic
aminoacizii formează legăturile peptidice prin cuplarea grupei carboxil cu o
grupă amino;odată legat în lanţul proteic aminoacidul se "transformă"
în aminoacid "rezidual" iat atomii d ecarbon , azot, hidrogen şi
oxigen implicaţi în legături formează "scheletul" proteinei.Atunci
cînd lanţul proteic se tremină cvu o grupă carboxil poartă denumirea de carboxi
terminus sau( C -terminus), în timp ce, dacă se termină cu gruparea amino,
devine amino-terminus (N-terminus).
Responsabile de proprietăţile
chimice sunt aceleaşi grupări carboxil şi amino libere, neimplicate în formarea
legăturilor peptidice, însă mai intervin şi diferiţii radicali grefaţi pe
scheletul proteinei.
- Datorită grupărilor carboxil şi amino libere ele dau
aceleaşi reacţi ca şi la aminoacizi.
- Caracterul amfoter este responsabil de formarea de
săruri atîz cu bazele cît şi cu acizii
- Legătura peptidică este respoinsabilă de formarea de
cobinaţii complexe denumie chelaţi.
- Prezenţa diferiţilor radicali alchilici, sau arilici
determină formarea unor derivaţi ai substanţelor proteice (derivaţii
halogenaţi şi nitrici sunt cei mai importanţi)
Reacţii de culoare
Datorită existenţei anumitor
aminoacizi în molecula proteinelor, alegăturilor peptidice formate în molecula
proteinei dar şi grupările funcţionale libere sunt responsabile de reacţiile de
culoare.
|
Denumirea reacţiei
|
Reactivul folosit
|
Culoarea rezultată
|
Tipul de aminoacid identificat
|
|
Xantoproteică
|
acid
azotic,hidroxid de amoniu
|
portocalie
|
aminoacizii
aromatici (formează nitroderivaţi)
|
|
Millon
|
azotat de
mercur în acid azotic/azotit
|
precipitat
roşu cărămiziu sau coloraţie roşie
|
aminoacizi
ciclici cu grupare hidroxil (tirosina)
|
|
Sulfurii de
plumb
|
Acetat sau
azotat de plumb în mediu alcalin
|
precipitat
negru de sulfură de plumb
|
aminoacizi cu
sulf în moleculă : cisteină, metionină cistină
|
|
Sakaguchi
|
α naftol şi
hipoclorit de sodiu în mediu bazic
|
roşie carmin
|
arginină cu
grupare guanidinică
|
|
Adamkiewicz-Hopkins
|
acid acetic
glacial/acid glioxilic/acid sulfuric fumans
|
violetă
|
aminoacid cu
nucleu indolic (triptofan)
|
|
Pauly
|
carbonat de
sodiu şi acid diazobenzen sulfonic
|
roşie vişinie
|
histidină şi
tirosină
|
|
Ninhidrinei
|
ninhidrină
|
albastră
|
caracteristică
atît pentru aminoacizi cît şi pentru proteine
|
|
Biuretului
|
soluţie
diluată de sulfat de cupru în mediu bazic
|
albastră
violetă
|
legatura
peptidică şi se datorează formării de combinaţii complexe
|
|
Biuretului
|
nichel în
mediu bazic
|
portocalie
|
legătura
peptidică
|
|
Nitroprusiatului
de sodiu
|
nitroprusiat
de sodiu în soluţie amoniacală
|
roşie
|
aminoacizi cu
grupăre tiol (-SH) liberă
|
Structura
tridimensională
5. Structura proteinelor
După cum s-a văzut mai sus
lanţurile peptidice sunt formate de grupările carboxil şi aminice a
aminoacizilor; există de fapt 2 forme pentru fiecare proteină, numite forme de
rezonanţă:
- una datorată dublei legături care asigură
rigiditatea şi nu permite rotaţia în jurul axei sale;
- a doua formă de rezonanţă este dată de unghiul
diedru φ(planul atomilor C'-N-Cα-C'), ψ (planul atomilor N-Cα-C'-N),
ω (planul atomilor Cα-C'-N-Cα),
unghiurile φ şi ψ pot avea diferite valori fiind responsabile de gradul de
libertate a proteinelor, controlînd structura tridimensională a lanţului
proteic.
- Degradarea Edman
Prin degradarea
Edman se poate identifica o secvenţă de pînă la 30 aminoacizi, cu o eficienţă
de 98%/aminoacid.Un alt avantaj ar fi cantitatea de numai 10-100 picomoli de
peptidă necesari pentru determinare.
Degradarea Edman foloseşte ca
reactiv izotiocianatul de fenil care evidenţiază selectiv aminoacidul.Grupa
amino terminală se adiţionează la izotiocianat trecînd printr-un derivat de
tiouree.După ce se tratează cu un acid slab, aminoacidul marcat sub formă de
feniltiohidantoină se detaşează de restul polipeptidei.Aceasta cu noul său
aminoacid terminal poate fi supusă la lat ciclu de tratări pentri identificarea
următoarei grupe amino.
- Degradarea Sanger are la bază tratarea polipetidei
cu fluoro-2,4-dinitrobenzen, avind loc atacul reactivului asupra grupării
amino a aminoacidului N-terminal.Metoda Sanger are dezavantajul degradării
complete a polipeptidei.
Unghiul
legăturii între C1 şi N este aproape de 1800, similar cu
unghiul valenţei din molecula apei
S-a ajuns la concluzia că există
4 niveluri (structuri) , care alcătuiesc edificiul proteic.
Structura
primară
Structura primară este dată de
aminoacizii care intră în lantul proteic prin formarea legăturilor pepetidice.
În proteinele naturale legătura
peptidică se stabileşte între gruparea carboxilică de la C1 şi gruparea aminică
de la C2, încît lanţul peptidic va fi format dintr-o succesiune de unităţi
CO-NH-CH ,legate cap-cap.
La unul din
capetele lanţului peptidic se găseşte o grupare -NH2 liberă,iar la
celălat capăt seaflă o grupare -COOH liberă
Legătura peptidică -CO-NH- se
găseşte în acelaşi plan, iar carbonul -CH- se poate roti, putînd să apară în
planuri diferite. Datorită lungimii relativ mici a catenelor laterale, ele se
pot aranja de o parte şi de alta a lanţului proteic, astfel că lanţul proteic
nu este ramificat.
Datorită
deplasării altrenative a unui electron de la gruparea -NH la C=O se produce
oscilarea dublei legături de la atomul de carbon şi oxigen la atomul de azot,
fomrîndu-se astfel cele 2 forme mezomere.
Datorită numărului relativ mic de
aminoacizi care intră în structura proteinelor, teoretic ar trebui să se
formeze proteine cu masa moleculară în jur de 4200. Însă în realitate masele
moleculare ale proteinelor au valori de peste 10,000 ceea ce a dus la concluzia
că cel puţin o parte de aminoacizi se repetă de mai multe ori în cadrul unei
molecule. Ipoteza că proteinele sunt foirmte din lanţuir lineare de aminoacizi
afost fomulată pentru prima dată înn anul 1902 la a 74-a reuniune
a Societăţii Oamenilor de Stiinţă din Germania, ţinută în oraşul Karlsbad, de
către Franz Hofmeister (ţinînd cont de reacţia
biuretului) şi Emil Fischer (care aduce clarificări asupra
scheletului proteic). Ipoteza că în molecula proteinelor există legături
amidice fusese elaborată de chimistul francez E Grimaux încă din anul 1882. În ciuda
evidenţelor care demonstrau faptul că proteinele supuse acţiunii proteolitice
se scindează în oligopeptide, ideea că lanţul proteic este liniar, au fost idei
greu de "digerat ". În perioada respectivă, numeroşi savanţi (William
Astbury, Hermann Staudinger), punînd la îndoială acest lucru, prin argumentarea
că legăturile amidice nu sunt îndeajuns de puternice pentru a susţine o
moleculă proteică lungă.
Cu timpul au apărut diverse
ipoteze:
- Ipoteza coloidală care susţinea ca proteinele sunt
ansambluri moleculare coloidal formate din molecule mai mici-ipoteză
contrazisă de măsurarea ultracentrifugării de către Svedberg care arată
faptul că proteinele sunt molecule bine definite, au greutate moleculară,
iar prin electroforeză Arne Tiselius demonstrează că proteinele sunt
molecule unice.
- Ipoteza a 2-a [, numită ipoteza ciclol,
avansată de Dorothy Wrinch, are la bază 3 elemente:
- Ciclol reaction în care gruparea carbonil şi
gruparea amino a 2 peptide se incrucişează C=O + HN → C(OH)-N.(aşa numita
legătură în cruce);aceste legături sunt de tip covalent, similare cu
legăturile covalente de hidrogen propuse de William Astbury, pentru a
explica stabilitatea structurii proteice.
- Lanţurile beta vecine au la bază o serie de
reacţii de tip ciclol
- Structura proteinelor mici corespund aşa numitelor
"solid de tip Platon, fără ca să existe colţuri libere.
Alte ipoteze au fost lansate de
către Emil Abderhalden (modelul dicetopiperazinic),sau Troesengaard în anul 1942 (modelul pirol/piperidină).
Toate aceste modele au fost infirmate de Frederick Sanger care reuşeşte să identifice
secvenţa aminoacizilor din insulină, dar şi de determinările cristalografice efectuate
de Max Perutz şi John Kendrew asupra mioglobinei şi hemoglobinei.
Structura secundară
Imaginea alfa
helixurilor mioglobinei, a cărei structură a fost determinată de către Max Perutz şi Sir John Cowdery Kendrew în 1958 folosind cristalografia cu raze X
Structura secundară se referă la
forma şi la lungimea lanţurilor polipeptidice, proprietăţi induse de legăturile
de hidrogen. Cele mai întîlnite tipuri de structura secundară sunt alpha
helixul şi lanţurile beta.
Elicea alpha se
formează prin rotaţia unui lanţ polipeptidic în jurul propriei axe
Alte helix-uri cum ar fi helixul
310 şi helixul π sunt din punct de vedere energetic favorabile formării
legăturilor de hidrogen, dar sunt rareori observat în proteinele naturale
exceptînd părţile terminale ale helixului α în timpul formării scheletului
proteic (de obicei centrul helixului). Aminoacizii au un comportament diferit
vis-a-vis de posibilitatea formării structurii secundare. Prolina şi glicina sunt cunoscuţi ca aşa numiţii " helix
breakers"(spărgători de helix), deoarece afectează configuraţia
scheletului proteic; ambii aminoacizi au abilităţi conformaţionale neobişnuite
şi de regulă se găsesc în colţurile scheletului proteic.Aminoacizii care
preferă să adopte conformaţia helixului proteic fac parte din aşa numita serie
MALEK ( codurile formate din 1 literă a aminoacizilor: metionină, alanină, leucină, acid glutamic şi lizina); prin contrast aminoacizii aromatici (triptofanul, tirosina şi fenilalanina, dar şi aminoacizii cu legare prin carbonul
beta (izoleucina, valina şi treonina, adoptă configuraţia β.
Structura secundară cunoaşte
cîteva ipoteze privind formarea ei:
- Teoria polipeptidică formulată de către E. Hoffmeister în 1902 şi dezvoltată
ulterioe de către E.Fischer, are la bază conceptul conform căruia
moleculele proteice sunt formate din lanţuri polipeptidice foarte lungi.
Teoria are cîteva dezavantaje:
- nu explica diferenţierea biologică a anumitopr
proteine
- unele proteine sunt rezistente la acţiunea
enzimelor proteolitice (deşi datorită lunfimii lanţului nu ar trebui)
- Teoria plierii şi răsucirii lanţului polipeptidice a
fost elaborată de către Corey şi Pauling în 1943 şi a fost confirmată prin
spectrele
de difracţie cu raze X, microscopului electronic , prin
măsurarea unghiurilor de valenţă, a distanţelor interatomice, au confirmat
faptul că lanţul polipeptidic se găseşte sub formă pliată.
- Structura în foaie pliantă. Plierea catenei
are loc prin formarea legăturilor de hidrogen între gruparea carboxilică
a unui aminoacid şi gruparea aminică a aminoacidului vecin.Lanţul
polipetidic pliat se prezintză ca o panglică îndoită alternativ la
dreapta şi la stînga, plierea avînd loc în dreptul carbonilor metinici.
Mai multe lanţuri pliate polipeptidice pliate dau naştere unei reţele,
între aceste lanţuri pliate putîndu-se de asemenea forma legături de
hidrogen, acestea fiind în număr mai mare cînd grupările terminale a 2
lanţuri sunt aranjate diferit (-NH2 şi COOH, sau HOOC-şi -NH2).
Catenele polipeptidice pliate predomină în proteinele fibrilare şi mai
puţin în cele globulare. După valoarea perioadei de identitate se cunosc
mai multe tipuri de proteine cu structură pliată. Prin perioada de
identitate se înţelege distanţa cea mai mică la care se repetă
aminoacizii identici din moleculă
- (6)Structura α elicoidală, ipoteză lansată de
Corey şi Pauling, ipoteză conform căreia lanţul polipeptidic se poate
prezenta şi înfăşurat sub formă de spirală. În acest model, fiecare spiră
cpnţine de obicei 27 aminoacizi, iar distanţa între spire este de 5,44 A0.
Fiecare aminoacid măreşte spira cu 1,47 A0. În faţa fiecărei
grupări -CO- va apare la o distanţă de 2,8A0. o grupare NH de
la al treilea aminoacid. Între aceste grupări se stabilesc punţile de
hidrogen care asigură stabilitatea α helix-ului. În acest model lanţul
polipeptidic se prezintă sub forma unui surub cu pasul fie spre dreapta,
fie spre stînga. În cazul proteinelor naturale, acestea datorită
conţinutului în L-aminoacizi,pasul helixului va fi spre dreapta, catenele
laterale ies în afara corpului propriu-zis putînd reacţiona fie cu
moleculele solventului fie cu alte catene polipeptidice. Canalul format
în interiorul helixului este foarte îngust, în el nu poate pătrunde
molecula solventului. Legăturile peptidice sunt plane, iar 2 planuri
consecutive -CO-NH- formează un unghi de 1800, rotirea
lanţului se face la carbonul α(metinic).
Structura terţiară
Prin intzermediul cristalografiei
cu raze X s-a dovedit faptul că macromoleculele proteice au o conformaţie
tridrimensională , realizată de obicei prin intermediul cuplării mai multor lanţuri
polipeptidice scurte între ele, cuplare care duce la formarea fibrelor
proteice;legăturile intercatenare pot fi principale sau secundare:
Legăturile de
hidrogen au lungimea cuprinsă între 2,7-3,1A şi energia de 3-7Kcal/mol la
peptide, iar la apă 2-3Kcal/mol
.Legăturile de hidrogen se pot
stabili şi între catenele lateralecare au grupări carboxil, hidroxil, amino sau
tiolice. Din punct de vedere energetic [17]legătura
de hidrogen nu este puternică dar datorită răspîndirii relativ uniforme de-a
lungul scheletului proteic oferă proteinei stabilitatea necesară.
- Legături disulfidice
.legătura este
rezistentă la hidroliză, însă se poate desface iar prin reducere formează tioli(SH), iar prin oxidare formează acizi.În general legătura
sulfidică se întîlneşte la proteinele transformate, care au o rezistenţă
mecanică mare.
În afară de aceste legaături se
mai pot stabili alte tipuri de legături: legături ionice (stabilite de obicei
între grupările aminice şi cele carboxilice ionizate), legături de tip van der Waals (legături electrostatice slabe care se
stabilesc între radicalii hidrofobi), legături fosfodiesterice (între 2 resturi
de serină şi acid fosforic)legături eterice (stabilite la nivelul aminoacizilor
cu grupări hidroxilice.
Structura cuaternară
structura cuaternară se referă la
modul cum se unesc subunităţile proteice.Enzimele care catalizează asamblarea
acestor subunităţi poartă denumirea de holoenzime, în care o parte poartă
denumirea de subunităţi reglatoare şi subunităţi catalitice.
Vedere 3 D a hemoglobinei cele 4 subunităţi roşu şi galben, iar
unitatea hemică verde.numele de hemoglobină vine este formată din hem şi
globină , denumire ce denotă faptul că emoglobina are la bază proteine globulare cuplate cu o grupare hem.Proteine care au structura cuaternară :hemoglobina, ADN polimeraza şi canalele ionice, dar şi nucleozomi şi nanotubuli, care sunt complexe multiproteice.Fragmentele proteice pot suferi transformări în structura cuaternară, transformări care se reflectă fie în structurile individuale fie în reorientările fiecărei subunităţi proteice.Numărulsubunităţilor din oligomerice sunt denumite prin adăugarea sufix-ului -mer (grecescul pentru subunitate), precedat de numele subunităţii.
|
|
Comentarii
Trimiteți un comentariu