Biochimia - Biomolecule - PDF

BIOCHIMIA BIOMOLECULE – MACRO- ȘI MICROMOLECULE, MOLECULE COMPLEXE AMINOACIZII: STRUCTURA, CLASIFICAREA, ROLUL BIOLOGIC Structura, clasificarea proteinelor  Biochimia: pentru prima dată ca termen a fost introdus în 1903 de către Carl Neiberg. “bios” - în...

BIOCHIMIA BIOMOLECULE – MACRO- ȘI MICROMOLECULE, MOLECULE COMPLEXE AMINOACIZII: STRUCTURA, CLASIFICAREA, ROLUL BIOLOGIC Structura, clasificarea proteinelor  Biochimia: pentru prima dată ca termen a fost introdus în 1903 de către Carl Neiberg. “bios” - înseamnă viaţă ştiinţa despre structura şi transformarea substanţelor chimice în organism, despre procesele fizico-chimice care stau la baza activităţii vitale ----studiază bazele moleculare ale vieții  Deosebim: Biochimia structurală (statică,descriptivă) - prezintă structura chimică a materiei vii (P, G; L; AN), proprietăţile și rolul lor. Biochimia metabolică (dinamică) – prezintă metabolismul P; G, L; AN şi reglarea hormonală sau enzimatică ale proceselor metabolice în organism. Biochimia clinică (funcţională)– cercetează procesele chimice ce stau la baza diferitelor manifestări ale vitalităţii.  Importanța biochimiei oferă cunoștințele necesare înțelegerii stării de sănătate și a mecanismelor patogenice în orice boală; permite tratarea cu succes a avitaminozelor, a insuficiențelor și hiperfuncțiilor endocrine; explică modul de acțiune al medicamentelor, ca modulatori ai activității enzimatice, oferind datele necesare pentru sinteza de substanțe cu acțiune farmacologică dorită.  Compoziţia chimică şi organizarea materiei vii: Din cele cca. 100 elemente chimice întâlnite în litosferă şi atmosferă, un număr relativ mic participă la alcătuirea materiei vii. Acestea se numesc bioelemente (elemente biogene) - elemente chimice care dau naștere organismului viu.  Bioelemente Organogene –care formează Minerale compușii organici Metale (Na, K, Ca, Mg, Zn, Mn, Nemetale C, H, O, N, P и S Fe, Cu, Cr, V, (Cl, I, F, Br) Мо)  Clasificarea bioelementelor (după conținutul lor în organism): Bioelemente Macroelemente Microelemente Nemetale Metale Metale Nemetale (С, О, Н, N, Р, (Na, K, Ca, (Zn, Mn, Fe, (I, F, Br) Сl, S,F) Mg) Cu, Cr, Mo, V)  Conținutul principalelor macrobioelemente în % după masa lor raportat la masa umedă a organismului, e.g. oxigenul alcătuiește 65% din masa umedă a organismului uman sau 45 kg din cele 70 kg ale unui adult. (după D. Taylor, 1995) Macrobioelementul în % în kg Oxigenul 65 45.5 Carbonul 18.5 12.6 Hidrogenul 9.5 7 Azotul 3.2 2.1 Calciul 1.5 1.05 Fosforul 1 0.7 Potasiul 0.4 0.14 Sulful 0.3 0.175 Sodiul 0.2 0.105 Clorul 0.2 0.105 Magneziul 0.1 0.035 Microbioelementele: bor, crom, cobalt, cupru, fluor, iod, fier, mangan, molibden, 0.85 0.595 seleniu, siliciu, vanadiu, zinc  Rolul macroelementelor nemetale ROLUL Oxigenul intră în componența P, G, L, este necesar în procesul respirației ca oxidant este bioelementul organogen fundamental al tuturor organismelor vii. intră în componența țesuturilor sub formă de proteine, glucide, lipide și alte biomolecule. Carbonul În unele celule și sânge se întâlnește sub formă de ion bicarbonat HCO3-. Bicarbonatul participă în diferite reacții biochimice ca: ⮚ sinteza glucozei, ⮚ sinteza acizilor grași, ⮚ important în menținerea echilibrului acido- bazic în sânge.  Rolul macroelementelor nemetale Macro ROLUL bioele mentul Hidrogenul nu se întâlnește în stare liberă atomară H sau moleculară H2 ci doar în componența diferitor biomolecule sau în stare ionizată H+ așa numitul proton de hidrogen. Ionii H+ contribuie la crearea mediului acid în organism. intră în componența tuturor biomoleculelor - proteinelor, glucidelor, lipidelor, acizilor nucleici etc. Azotul Este un component principal al aminoacizilor, proteinelor, acizilor nucleici. Se întâlnește și în componența unor compușii anorganici ca oxidul de azot NO și ionii sau sărurile de amoniu NH4+. Datorită capacității lui de a forma legături donor- acceptor poate fixa protonii - conferă proprietăți bazice proteinelor, leagă unele metale în diferite proteine  Rolul macroelementelor nemetale Macro bioele mentul ROLUL se întâlnește în formă ionică de clorură Cl-. importanți în formarea acidului clorhidric HCl (componentul sucului gastric) pot fi activatorii unor enzime(amilaza salivară) Clorul implicați în procesele de transport al gazelor (O2 și CO2) în sânge. în sinteza unor compuși cu acțiune bactericidă (acidul hipocloros HOCl produs de unele leucocite) având astfel un rol important în imunitate. este un component important al acizilor nucleici, unor proteine (fosfoproteine), lipide (fosfolipide) și a mineralelor care alcătuiesc țesutul Fosforul osos. În oase și dinți se conține preponderent sub formă de hidroxiapatită Са10(РO4)6(ОН)2. este componentul unor biomolecule cu valoare energetică ca ATP-ul, creatinfosfatul, fosfoenolpiruvatul. este componentul sistemelor tampon sangvine  Rolul macroelementelor nemetale ROLUL Macr obioe leme ntul Intră în componența aminoacizilor cisteina și metionina respectiv în componența proteinelor. este componentul unor biomolecule importante Sulful ca taurina, coenzima A, S-adenozilmetionina și a unor vitamine ca tiamina (B1) și biotina (H). în organism se mai întâlnește și în formă anorganică ca sulfat.  Rolul macroelementelor metale Macrobioelementul ROLUL este principalul cation intracelular (98%). este important în contracția musculară, funcționarea normală a inimii Potasiul transmiterea impulsurilor nervoase, activarea unor enzime. Concentrația scăzută de K în sânge numită hipokaliemie se observă în disfuncția glandelor suprarenale (hiperaldosteronism), și este însoţită de dereglări ale funcţiei cardiace Este principalul cation extracelular. Se întâlnește în formă ionizată Na Participă în menținerea presiunii osmotice. Sodiul Concentrația mare de sodiu în sânge numită hipernatremie cauzează hipertensiune arterială şi edeme.  Rolul macroelementelor metale Macrobioelementul ROLUL În oase și dinți se conține 1 kg de Ca preponderent sub formă de hidroxiapatită Са10(РO4)6(ОН)2. Calciul În sânge, limfă se întâlnește sub formă de cation liber Ca2+ și fixat de proteine. importanți în coagularea sângelui, contracție musculară, transmiterea impulsului nervos. în țesuturile mineralizate (dentină, smalț, oase). se conțin în mușchi și ficat Magneziul este important în procesele energetice, formează complexe cu ATP-ul (MgATP2-), în biosinteza proteinelor, stabilitatea ribozomilor.  Biomoleculel e Biomoleculele sunt molecule primite cu alimentația sau sintetizate de organism cu destinație structurală (anatomică) și fiziologică. Ele pot fi divizate în biomicromolecule, biomolecule complexe și biomacromolecule (biopolimeri).  Biomolecule Biomicromolecule Biomolecule Biomacromolecule (monomeri) complexe (biopolimeri) aminoacizii, aminele, acizii Lipidele Proteine, amidonul, carboxilici, glicogenul, acizii și nucleotidele nucleici (ADN, ARN) monozaharidele, bazele azotate  GRUPE FUNCȚIONALE Grupa funcțională Clasa Prefixul Sufixul compușilor –СООН - carboxil Acizii carboxilici - -ic -at carboxi- –СНО - aldehidică Aldehide oxo- -al formil- –ОН - hidroxil Alcooli hidroxo- -ol –NН2 - amino Amine amino- -amină –СОNН2 - amidică Amide - -amidă –SH -sulfhidril Tiole mercapto- -tiol Cetone oxo- -оna C O carbonil Grupa funcțională carboxil ( - COOH ) (se conține în P, AA, AG, acizi organici: piruvat,lactat) Grupa funcțională hidroxil ( - OH ) – se conține în alcooli, AA (Tre, Ser); Col liber, Gl, Fr; acid lactic) Grupa funcțională sulfhidril ( - SH ) (Se conține în proteine, Cys, în coenzima A (CoA), glutation) Grupa funcțională amino ( - NH2 ) – proteine, AA, AN Grupa funcțională amidică ( - CONH2 ) Grupa funcțională carbonil ( =CO )  Tipuri de legături chimice Legătura covalentă – se formează pe baza Legătura cuplului comun de covalentă electroni. nepolară- Poate fi polară și nepolară se stabileste intre atomi identici de nemetale O=O N=N F-F C-C C-H Ex: Cl2;O2; N2, CH4  Tipuri de legături chimice Legătura covalentă polară H2O NH3 HCl Legatura covalenta polara C-O perechea de electroni comună este deplasată către atomul de oxigen care este mai electronegativ decât C-N atomul de carbon C-S  Tipuri de legături chimice Legătura covalentă donor- acceptor sunt implicați electronii pereche ai aceluiași atom. Atomul care ”donează” perechea de electroni se numeşte donor, atomul care o acceptă se numeşte acceptor. Ex. legătura dintre atomul de azot al grupei amino și cationul de hidrogen (protonul)  Tipuri de legături chimice Interacțiunile non-covalente Forțele van der Waals Forțele van der Waals între macromolecule reprezintă forțele de atracție sau de respingere de putere relativ mică dintre moleculele neutre. Contribuie la formarea structurii cuaternare  Tipuri de legături chimice Legăturile ionice- prin atractia electrostatica dintre ioni de semn contrar (pozitivi și negativi) NaCl Na2CO3 În contact cu H2O – disociază ușor  Tipuri de legături chimice Legăturile de hidrogen poate apărea intermolecular sau intramolecular Mai slabe ca cele covalente, dar nu mai slabe ca van-der-Waals Apare în proteine, ADN, ARN, AA.  Tipuri de legături chimice Interacțiuni hidrofobe PARTICULARITĂȚILE MATERIEI VII PARTICULARITĂȚILE MATERIEI VII  PARTICULARITĂȚILE MATERIEI VII Gradul superior de organizare structurală (caracterizat prin structura compusă şi diversitatea de molecule) Funcţia strict determinată şi sensul său specific pentru fiecare parte componentă. Capacitatea de a transforma şi a utiliza energia Schimbul de substanţe cu mediul înconjurător şi autoreglarea transformărilor chimice. Capacitatea de autoreplicare sau transmitere a informaţiei genetice.  CARACTERISTICA GENERALĂ A AMINOACIZILOR Sunt derivați aminați ai acizilor organici, astfel Conțin obligator o grupare carboxil (-COOH) și o grupare amino (-NH2) Grupa amino poate fi atașată la diferiți atomi de carbon ai acidului organic, producând diferite tipuri de aminoacizi - α, β, γ, δ, ε etc. Proteinele umane conțin doar α-aminoacizi  Funcțiile aminoacizilor (AA) : 1. sunt elementele structurale fundamentale ale proteinelor; 2. sunt precursori ai: − hormonilor, − bazelor azotate purinice și pirimidinice, − porfirinelor (hemurilor), − vitaminelor (ex.: acid folic) − aminelor biogene - reglatori locali (ex.: histamina) și neuromediatori (ex.: dopamina) AA PROTEINOGENI ȘI NEPROTEINOGENI Aminoacizii Proteinogeni Neproteinogeni – sunt elemente – nu se regăsesc în structurale ale proteinelor structura proteinelor Codificați genetic Necodificați – nu sunt codificați în - 20 aminoacizi, ADN și se formează după sinteza sunt codificați în ADN proteinei prin modificări ale celor de codoni specifici codificați  AA proteinogeni necodificați (modificați posttranslațional)  AA neproteinogeni 1. Nu sunt prezenți în proteine 2. Au alte funcții biologice  α- Aminoacizii (AA) unităţi fundamentale ce participă la sinteza unei proteinelor sunt de tip α-aminoacizi. Conțin, atașați la atomul de carbon-α: ⮚ gruparea carboxil (-COOH) ⮚ gruparea amino (-NH2) ⮚ radicalul (R) Stereoizomeria aminoacizilor Două molecule sunt stereoizomeri dacă sunt formate din aceeași atomi, conectați în aceeași secvență, dar atomii sunt poziționați diferit în spațiu. Diferența dintre stereoizomeri poate fi observată numai atunci când este luată în considerare aranjarea tridimensională a moleculelor. Stereoizomerii pot fi împărțiți în izomeri optici și geometrici. Stereoizomeria aminoacizilor Molecule chirale sunt molecule ce dețin centre chirale (un atom de carbon asimetric), care este un atom de carbon la care sunt atașate 4 grupe funcționale diferite, deci el este completamente asimetric Toți α-aminoacizii (cu excepția glicinei) conțin un α-carbon chiralic și formează L- și D- stereoizomeri, care sunt imaginea în oglindă unul al celuilalt Proteinele umane conțin doar α-L-aminoacizi  CLASIFICAREA ȘI STRUCTURA CHIMICĂ A AA  PROPRIETĂȚILE fizico-cimice ale α-AA 1. AA se deosebesc după radical - R, care le conferă proprietăți specifice. 2. Radicalul poatea avea proprietăți hidrofobe sau hidrofile. 3. Radicalii hidrofili pot fi neutri, acizi sau bazici, în funcție de grupele funcționale. 4. În cazul în care radicalul unui AA este hidrofob sau hidrofil neutru (nu are grupuri care pot fi încărcate) atunci R nu va influența sarcina electrică totală a AA și proprietățile sale acide sau bazice. 5. Radicalul hidrofil poate conține grupe funcționale care pot avea sarcină, astfel va influența sarcina electrică totală a AA și proprietățile sale acide sau bazice: - o grupare – COO‒ adiţională (cazul acizilor aspartic şi glutamic) aminoacizii au caracter acid și sarcină negativă; - o grupare – NH3+ suplimentară (cazul argininei, lizinei) aminoacizii respectivi au caracter bazic și sarcină pozitivă.  CLASIFICAREA AA a. după proprietățile fizico- chimice 1. AA nepolari (hidrofobi): glicina, alanina, valina, leucina, izoleucina, prolina, fenilalanina, triptofanul şi metionina. – Toți AA hidrofobi sunt neutri – Toți sunt puțin solubili în apă și bine solubili în solvenți organici 2. AA polari (hidrofili): ✔ Neutri - serină, treonină, cisteină, tirozină, asparagină, glutamină ✔ Acizi - Asp (acid aspartic) și Glu (acid glutamic) ✔ Bazici - Lys (lizină), Arg (arginină) și His (histidină) Aceşti AA sunt mai solubili în apă datorită grupărilor funcționale –COOH, -OH, -SH, -NH2, -CO-NH2, guanidino și imidazol, care pot interacționa cu apa  CLASIFICAREA AMINOACIZILOR b. În corespundere cu structura chimică a radicalului: Tio AA a) alifatici (non-ciclici) și ciclici b) tio-; c) hidroxi; etc. Hidroxi AA Imino - Pro  CLASIFICAREA AA în corespundere cu structura chimică a radicalului Ciclici și alifatici Ciclici: (a) homociclici (b) heterociclici Ciclici: (c) aromatici (d) non-aromatici  CLASIFICAREA AA: după numărul grupărilor –COOH şi –NH2: CLASIFICAREA AA: c. după rolul biologic: Aminoaci zi Esențiali Neesențiali (dispensabili): indispensabili: Glicina Valina* Semiesențiali Alanina Leucina* (semi- Prolina Izoleucina* dispensabili): Serina Fenilalanina* Tirozina Triptofanul* Arginina* Cisteina Asparagina Metionina* Histidina* Glutamina Treonina* Acidul aspartic Lizina* Acidul glutamic Nu se sintetizează în Se sintetizează în organism, e necesar sa-i organism, dar în cantități Se sintetizează în primim cu alimentele insuficiente, e necesar organism sa-i primim cu alimentele AA structura chimică Glicina Alanina Serina Cisteina  AA structura chimică Tirozina Fenilalanina  AA structura chimică Triptofan Histidina  AA structura chimică Treonina Metionina AA structura chimică Izoleucina Arginina Valina  AA structura chimică Leucina Lizina  AA structura chimică Acid glutamic Acid aspartic (aspartat) (glutamat) -Glu Asp Asparagină - Asn Glutamină Gln AA structura chimică Prolina AA nepolari sau hidrofobi AA polari sau hidrofili neutri AA polari sau hidrofili acizi (cu sarcină negativă) AA polari sau hidrofili bazici (cu sarcină pozitivă)  Proprietăţile acido-bazice ale α- aminoacizilor R +H N CH 3 - COO Amfion (ion bipolar) În condiții de pH fiziologic, în soluţii apoase α-aminoacizii există în formă de ioni bipolari (amfiioni): gruparea amino este protonată (NH2 + H+ → NH3+) – are proprietăți bazice – este acceptor de protoni; gruparea carboxil este disociată (deprotonată) (COOH → COO‒ + H+) – are proprietăți acide – este donor de protoni; Astfel, aminoacizii posedă proprietăți amfotere - și de bază, și de acid.  Sarcina α-AA 1.sarcina este determinată de: prezența grupelor carboxil și amino în componența radicalului a) dacă predomină gr. -COO- sarcina este negativă b) dacă predomină gr.-NH3+ sarcina este pozitivă c) dacă numărul de grupe carboxil și amino este egală AA nu are sarcină 2. Sarcina este influențată de pH mediului: La un pH anumit, AA este echilibrat între formele anionică și cationică și există în forma unui ion neutru, bipolar (zwitterion) – aceasta este starea izoelectrică a α-AA. d) AA acizi iși pierd sarcina in mediu acid (aproximativ 3) e) AA bazici iși pierd sarcina in mediu bazic (aproximativ 8) c) AA neutri iși pierd sarcina la pH aproximativ = 6 Acest pH este numit punct izoelectric al AA (pI). Așa dar: Punctul izoelectric reprezinta pH-ul la care sarcina netă a AA este nulă La pH=pI solubilitatea AA este minimă 1. În soluție cu pH mai acid decât pI AA este protonat și există în formă de cation (+); 2. În soluție cu pH mai bazic decât pI, AA este deprotonat și există în formă de anion (‒) Datorită capacităţii lor de a disocia ca anioni sau cationi, AA se pot deplasa sub acţiunea unui câmp electric, astfel: - Astfel AA încărcați pozitiv (cationi) migrează spre catod (electrod încărcat negativ), - AA incarcați negativ (anioni) migrează spre anod (electrod încarcat pozitiv) - AA aflați în starea lor izoelectrică nu migrează în câmpul electric ROLUL, STRUCTURA ŞI CLASIFICAREA PROTEINELOR  OBIECTIVE 1. Rolul biologic al proteinelor. 2. Nivelurile de organizare structural-funcțională a moleculei proteice: structura primară, secundară, terţiară şi cuaternară; caracteristică generală, legăturile specifice acestor structuri. Metodele de determinare a compoziției și succesiunii aminoacizilor în lanțul polipeptidic. Noțiuni despre domeniile structurale. 3. Clasificarea proteinelor. 4. Proteinele simple (albuminele, histonele) - proprietăţile şi particularităţile structurale. Rolul biologic. 5. Proteinele conjugate: nucleoproteinele, fosfoproteinele, lipoproteinele, glicoproteinele, metaloproteinele, cromoproteinele (hemo- și flavoproteinele), caracteristica lor generală. 6. Proteinele globulare. Hemoglobina – structura şi rolul biologic. 7. Proteinele fibrilare: colagenul și elastina – particularităţile componenţei aminoacidice şi structurale.  ROLUL PROTEINELOR structurală – formează structurile celulare, ale țesuturilor și organelor (colagenul, elastina) catalitică – enzimele catalizează reacțiile chimice în organism (amilaza, lipaza, pepsina) reglatoare – hormonii reglează funcțiile la nivel de celule, țesut, organ și organism (insulina, hormonul paratiroid) de transport – proteinele transportă diferiți compuși în sânge, prin membrane etc (albumina, transferina, ceruloplasmina) de menținere a presiunii oncotice a sângelui (albumina) contractilă – asigură contracția musculară (actina, miozina) de protecție – imunoglobulinele asigură protecția de organisme sau substanțe străine  STRUCTURA PROTEINELOR Toate proteinele posedă structură: Primară Secundară Terțiară !Unele proteine posedă și structură cuaternară  STRUCTURA PRIMARĂ A PROTEINELOR Este nivelul inițial al organizării structurale a proteinelor, Este secvența α-L-aminoacizilor în catena polipeptidică; AA sunt legați prin legături peptidice FORMAREA LEGĂTURI PEPTIDICE Legătura peptidică se formează între grupa α-carboxil al unui AA și grupa α-amino a AA următor:  PEPTIDE ȘI PROTEINE 1. Lanțurile ce conțin: ‒ de la 2 până la 10 aminoacizi se numesc oligopeptide: 2 aminoacizi - dipeptidă; 3 aminoacizi- tripeptidă; etc. până la 50 aminoacizi se numesc polipeptide mai mult de 50 aminoacizi se numesc proteine 2. Aminoacizi sunt uniți prin legături peptidice  PROPRIETĂȚILE LEGĂTURII PEPTIDICE: Legătura peptidică clasică este o legătură covalentă trainică și are proprietăți de legătură parțial dublă. Legătura peptidică este coplanară – toți atomii grupării peptidice se află în același plan.  PROPRIETĂȚILE LEGĂTURII PEPTIDICE: Legătura peptidică clasică are conformație trans. Are 2 forme de rezonanță – ceto și enol:  PROPRIETĂȚILE LEGĂTURII PEPTIDICE: Fiecare legătură peptidică clasică este capabilă să formeze 2 legături de hidrogen cu alți atomi polari. Prolina formează legătură peptidică atipică:  NOMENCLATURA PEPTIDELOR Toţi AA situaţi la stânga în catena polipeptidică faţă de AA C-terminal capătă terminaţia -il, iar AA C-terminal îşi păstrează denumirea sa trivială. De exemplu: tripeptidul Gli-Ala-Ser se va numi glicil-alanil-serină.  STRUCTURA PRIMARĂ A PROTEINELOR Este determinată genetic de către gena din ADN care codifică succesiunea AA în catenă printr-o succesiune de codoni Succesiunea AA în structura primară determină nivelurile ulterioare de organizare structurală – secundară, terțiară și cuaternară și subsecvent realizare funcției IMPORTANȚA CLINICĂ A STRUCTURII PRIMARE ANEMIA FALCIFORMĂ SAU CU CELULE ÎN FORMĂ DE SECERĂ Determinarea structurii primare 2 etape: A. determinarea compoziției AA B. determinarea succesiunii AA  Determinarea compoziției AA în proteină 1. Hidroliza acidă completă (fierberea proteinei în soluţie de acid clorhidric) 2. prin cromatografie are loc determinarea fiecărui aminoacid în hidrolizat În prezent o astfel de analiză se realizează în mod automat cu ajutorul unor aparate speciale numite analizatoare de aminoacizi.  Principiile de descifrare a AA N şi C terminal: La determinarea AA N-terminal se utilizează: 1. -metoda Sandger (cu fluordinitrobenzol) 2. - metoda Edmann (cu fenilizotiocianat) 3. -metoda cu dansyl 4. - metoda enzimatică (cu aminopeptidaza) Determinarea AA C-terminal se efectuează prin: 5. metoda chimică cu hidrazina (metoda Acabori) 6. metoda enzimatică (carboxipeptidază) 7. folosind reducători: NaBH4 sau LiBH4  SUPRAPUNEREA DIFERITOR SEGMENTE DE PEPTIDE  Metoda Edman - constă în interacţiunea aminoacidului N- terminal cu fenilizotiocianat în mediu slab bazic. La o tratare ulterioară cu un acid slab fără încălzire se produce scindarea aminoacidului N-terminal sub formă de derivat feniltiohidantoinic, care se identifică în continuare prin metoda cromatografică. Acest procedeu se repetă de mai multe ori până la scindarea completă a fragmentului de peptide. Metoda Edman s-a dovedit a fi utilă pentru reproducere într-un aparat automat numit secvenator cu ajutorul căruia pot fi realizate 40–50 etape de scindare. Metoda lui Edman Metoda lui Acabori  METODA FOLOSIND REDUCĂTORI: NaBH4 sau LiBH4 STRUCTURA SECUNDARĂ reprezintă modul înpachetarii catenei polipeptidice într-o structură ordonată, datorită formării legăturilor de hidrogen între grupele peptidice ale unei catene sau a catenelor învecinate.  STRUCTURA SECUNDARĂ După configuraţie structura secundară se împarte în: ⮚ α-spirală (α-keratina, Mb) ⮚ β-structură (fibroina din mătase, β- keratina) ⮚ spirala de colagen  α-spirală (α-helix) : 1. E formată de o singură catenă polipeptidică 2. Este orientată spre dreapta 3. posedă simetrie elicoidală; 4. Este stabilizată de legăturile de hidrogen (se formează între grupele peptidice ale 1şi ale celui de al 4 rest de AA); 5. radicalii laterali ai AA nu participă la formarea α-spiralei şi sunt dispuşi în exterior.  α-spirală (α-helix) : 6. Este regulată – o spiră - =0,54 nm (5,4A) şi cuprinde 3,6 resturi de AA (înălţimea unui AA este de 0,15 nm sau 1,5 A).  AA CE DIMINUIEAZĂ FORMAREA ELICEI: Prezenţa: prolinei (atomul de N nu are H şi nu e capabil să formeze legături de hidrogen intracatenar – se formează o îndoire, o încovoiere în lanţ) radicalilor voluminoşi (Val, Ile; Asn conferă o strângere sterică a elicei) Ser, Thr – gr. OH pot forma punţi de H – pot servi ca factori destabilizatori Glu, Lyz, His, Arg – apar forţe electrostatice de respingere sau atragere  β-structură 1. Are forma de foaie pliată 2. Poate fi: ▪intramoleculară – formată în limitele unui lanț polipetidic - β- structura cross ▪intermoleculară – formată de 2 sau mai multe lanțuri polipeptidice  β-structură poate fi de 2 tipuri: 1. paralelă (N-terminaţiile catenelor polipeptidice sunt îndreptate în aceeaşi direcţie) antiparalelă (N- terminaţiile sunt îndreptate în diferite direcţii). DEOSEBIRILE DE ALFA SPIRALĂ: are formă plată distanţa între 2 resturi de AA este de 3,5 A punţile de H sunt intercatenare dar nu intracatenare ca la spirală radicalii AA se orientează în ambele părţi ale structurii beta Met, Val, Ile – favorizează formarea structurii plisate, Lys, Ser, Asp - o destabilizează  STRUCTURA TERŢIARĂ aranjarea tridimensională în spațiu a catenei polipeptidice ce deja are structură secundară I. Este numită și conformație II. Poate fi: Globulară (mioglobina, hemoglobina, albumina etc.) Fibrilară (colagenul, elastina, fibrina, keratina etc.).  LEGĂTURILE CE STABILIZEAZĂ STRUCTURA TERŢIARĂ: se formează datorită interacţiunii dintre radicalii AA situaţi la distanță (departe unul de altul) I. Legăturile covalente: disulfidice (Cys-SH + HS-Cys --- Cys-S-S-Cys, Esterice (Glu-COOH + HO-Ser ----- Glu-CO-O-Ser Pseudopeptidice - Glu-COOH + έH2N-Lys --- Glu-CO-HN- Lys  LEGĂTURILE CE STABILIZEAZĂ STRUCTURA TERŢIARĂ: II. Legături necovalente, slabe - de hidrogen, - hidrofobe, - ionice, - forţele van der Waals (doi atomi se apropie la o distanţă de 3-4 A)  Anume organizarea în structură tridimensională conferă proteinelor activitate biologică. După sinteză, proteine se împachetează în structura secundară, determinată de cea primară, apoi se asamblează în una din miile de variante posibile în structura terțiară. doar o singură conformație pe care o poate lua proteina este asociată cu funcție biologică FOLDING – aranjarea spaţială corectă a catenei  Molecula se pliaza în așa fel incat sa formeze structura cea mai stabilă Radicalii hidrofili se plaseaza la exterior Radicalii hidrofobi se plaseaza la interior  STRUCUTRA CUATERNARĂ aranjarea spaţială într-o moleculă unică a mai multor catene polipeptidice Este specifică doar pentru proteinele oligomerice – formate din mai multe lanțuri polipeptidice Catenele individuale se numesc monomeri (protomeri sau subunități). Activitate biologică posedă doar molecula integră - oligomerul, protomerii separaţi sunt inactivi. Ex.: CPK (2); Hb (4); LDH (4); GDH (6) MOLECULA HEMOGLOBINEI CONSTĂ DIN 4 PROTOMERI  LEGĂTURILE CE DETERMINĂ ŞI STABILIZEAZĂ STRUCTURA CUATERNARĂ: legăturile necovalente (de hidrogen, forţele Van der Waals, electrostatice, forţe hidrofobe etc.). Cât priveşte legăturile covalente (disulfidice, pseudopeptidice), ele deasemenea stabilizează aceste structurii, însă nu determină formarea lor. Asamblarea protomerilor în structura cuaternară se realizează între suprafeţele de contact complementare. Interacţiunile prin suprafeţe complementare prezintă fenomenul de cooperare- primele interacţiuni favorizează formarea celorlalte  COLAGENUL cea mai răspândita proteină din organism (30-35% din cantitatea totală de proteine). este o proteină extracelulară, fibrilară, componenta majoră a ţesutului conjuctiv şi osos. Rolul: 1. în ţesutul conjuctiv ea oferă rezistenţă, 2. în cel osos constituie carcasa organică a mineralizării. PARTICULARITĂŢI STRUCTURALE: 1. Fiecare al treilea AA din catenă este prezentat prin glicină (30%) 2. Fiecare al patrulea - prin Pro şi hidroxiPro (25%) 3. Conţine 10% Ala 4. Conţine hidroxilizină 5. Conţinut redus de Tyr, absenţa Trp şi Cys ❑Se deosebesc 3 tipuri de lanţuri peptidice: α1, α2, α3. ❑α1 prezintă 5 subtipuri:: α1I, α1II, α1III, α1IV, αV ❑ Prin combinarea lor se formează diverse tipuri de colagen. (STRUCTURA PRIMARĂ A COLAGENULUI: prezintă o catenă polipeptidică curbată alcătuită din circa 1000 AA. succesiune repetitivă – (Gly-X- Y)n, unde X şi Y sunt în majoritatea cazurilor Pro şi hidroxi Pro un număr mare de legături peptidice atipice, formate de grupa imino a Pro şi hidroxi Pro  PARTICULARITĂŢILE STRUCTURII SECUNDARE: α-spirala colagenică (alfa spirală cu simetrie elicoidală nu se poate forma din cauza Pro, OH-Pro şi Gly) stabilizată de interacţiuni sterice între inelele Pro şi hidroxi Pro răsucită spre stânga mai laxă decât α-spirala clasică: 1 spiră – 3,3 resturi de AA A. Alfa- B.Colagen helix helix  PARTICULARITĂŢILE STRUCTURII COLAGENULUI (III) nu posedă structură terţiară tipică 3 alfa catene spiralate, răsucite împreună sub forma unei spirale comune formează tropocolagenul Tropocolagenul - unitatea structurală a colagenului este stabilizat de legături de hidrogen între grupele peptidice din diferite catene  PARTICULARITĂŢILE STRUCTURII COLAGENULUI Structura cuaternară: aşezarea subunităţilor de tropocolagen sub formă de trepte, fiecare moleculă fiind deplasată cu ¼ din lungime faţă de moleculele vecine. Monomerii sunt legaţi stabil prin legături covalente încrucişate inter şi intramoleculare, care le conferă microfibrilelor rezistenţă mecanică.  COLAGENUL: Prin asocierea microfibrilelor se formează fibrilele, iar din ele - fibra de colagen. Colagenul este proteina care activ fixează ionii de Ca2+ CLASIFICAREA PROTEINELOR ❑SIMPLE ❑CONJUGATE  PROTEINELE SIMPLE (HOLOPROTEINE) Histonele localizate în nucleu, conţin AA bazici pînă la 30% (Arg, Lys). au sarcina pozitivă, sunt legate electrostatic cu AN. Rolul: reglarea metabolică a activităţii genomului, funcţie structurală  ALBUMINELE – principalele P plasmatice. Albuminele: 1. masă moleculară mică, 2. PI 4,7, 3. sarcină negativă, 4. solubile în apă. Rolul: determină presiunea oncotică, participă la transportul substanţelor.  PROTEINELE CONJUGATE (HETEROPROTEINE, PROTEIDE): 1. Nucleoproteine 2. Cromoproteine 3. Fosfoproteine 4. Lipoproteine 5. Metaloproteine 6. Glicoproteine  Nucleoproteinele compuse din proteine şi acizi nucleici. Ex.: cromatina; ribosomul Componenţa proteică o alcătuiesc histonele, bogate în Arg şi Lys. Rol: stocarea, transmiterea şi exprimarea informaţiei genetice, biosinteza proteinelor, diviziunea celulară.  CROMOPROTEINELE – compuse din proteină şi partea neproteică colorată. Reprezentanţii: hemoproteidele (Mb; Hb), sistemul de citocromi, catalaza, peroxidaza, clorofila. Rolul: 1. participă în fotosinteză 2. transportul oxigenului şi CO2 3. reacţiile de oxido-reducere 4. senzaţiile de lumină şi culoare CROMOPROTEINELE MIOGLOBINA HEMOGLOBINA STRUCTURĂ: STRUCTURĂ: Mb - alcătuită dintr-un Hb: formată din 4 lanţuri singur lanţ polipeptidic polipeptidice: 2 alfa şi 2 beta. Fiecare lanţ de care este legat hemul polipeptidic este legat de un prin legături necovalente. hem. Rolul: fixează în mod Rolul: reversibil O2 din muşchi Transportul oxigenului (îl preia de la Hb şi îl ca sistem tampon cedează MC musculare)  Mb şi Hb Mb proteină monomerică Hb heterotetramer (a2b2) myoglobi n hemoglobi n FOSFOPROTEINELE: P + acidul fosforic (legate prin legături esterice- de hidroxiaminoacizi Ser, Tre ) Reprezentanţi: glicogen fosforilaza; cazeinogenul (proteina laptelui), vitelina, vitelenina (din gălbenuşul de ou), ihtulina (din icre de peşte). Rolul: - servesc ca material energetic, plastic în porocesul de embriogeneză şi creştere postnatală - alimentar LIPOPROTEINE - proteine + lipide (fosfolipide, acizi graşi liberi, colesterol) Rolul: 1. Reprezintă constituienţi structurali ai celulelor 2. intervin în permeabilitatea biomembranelor 3. participă la transportul prin sânge şi limfă a unor substanţe liposolubile (vitaminelor liposolubile A, D, E, K, unor hormoni, medicamente) 4. furnizează energia în plasma sanguină lipoproteinele se diferenţiază în 4 fracţiuni pe baza densităţii lor: ⮚ chilomicronii ⮚ VLDL - cu densitate foarte mică ⮚ LDL - cu densitate mică ⮚ HDL- cu densitate înaltă Glicoproteinele – proteine + glucidică (glucozamină, galactozamină, a. hialuronic, glucozaminglicani) Rolul: 1. Receptori 2. sunt constituienţi plastici ai celulei, intră în componenţa membranelor biologice 3. au rol de protecţie a mucoaselor gastrointestinale, ale aparatului respirator şi urogenital faţă de acţiunea enzimelor proteolitice, a unor compuşi chimici sau agenţi mecanici 4. sunt componente specifice de grup  METALOPROTEINE: proteină +metal (Fe, Cu, Zn ) Feritina – conţine Fe, localizată în ficat, constituie rezerva, depozitul de Fe din organism Transferina – conţine Fe, Cu şi Zn, se află în plasma sanguină, transportă Fe în oprganism Ceruloplasmina – conţine Cu, se află în plasma sanguină, transportor al Cu în organism şi acţiune oxidazică asupra vitaminei C.  PROTEINELE FIXATOARE DE Ca2+ sunt proteine ce posedă afinitate majoră de legare a ionilor de Ca2+ conţin resturi de γ carboxiglutamat de care se fixează ionii de Ca2+ γ carboxiglutamatul se formează din Glu sub acţiunea enzimei, care ca coenzimă are vitamina K. Exemple: 1. calmodulina – o proteină mică ce posedă patru locusuri de fixare pentru ionii de Ca2+ 2. factorii coagulării sângelui(II,VII,IX, X) 3. fosfolipaza C 4. Colagenul 5. Ca-ATP-aza