1biochimie-medicala-popescu

5/13/2018 1Biochimie-Medicala-Popescu

1/100

VERONICA DINU EUGEN TRUTIAProfesor dr. Profesor dr.

ELENA POPA~CRISTEA AURORA POPESCUProfesor dr, Profesor dr, doc,

DI Amf c tr atat

EDITURA MEDlCAL~Bucuresti, 1995


2/100

Coperta de; ADRIAN CONSTANTINESCU

.Totue drepturile edi tor iale ( (part in tn exclu si viuue Ed it u ri i Med ica t e .P ublica tia e ste m arcii tn registra ta a E diiu rii M edica Te , fiindpro te ja ta in tegra l de legis/a lia in te rn d ~i in te rn a tio n a lii. O ric evalorificare a cotuinutului til afara limitelor acestor legi :; i ap erm isiu n ii e dito rilo r e ste illterzisa ~i p asib ila .d e p ed ea psa . A ce stlucru este va labit pen tru orice reproducere - in tegra li: sa upa rpa la , in dife ren t de mifloaee imultiplicdri, traduceri, micro/if-mi ir i, t ra n sc ri er i p e d is ch e te etc.),"

Tehnorcdactare eomputcrlzata: TOP GAL SRLISBN 97339()2993

----------------.----.----~----------------


3/100

Prefata

In d om e niu l st iin te lo r b io lo gic e progresele te hn olo gie i m od ern e a u p erm is e xtin de re a i apro funda rea studiilo r re feritoa re la dlversi constu u en ti ce lu la ri sau subcelu lari.To toda ia , u tiliz ar ea m e to de lo r moderne d e in ve stig atie S riin Ji/ie a In domen iu a ue vid en tia t S f no t ro lu ri sa u m ecan isme de aciiu n e - ma i m u lt sa u ma i pu tin complexe -a le un o r a semenea co n stitu en ti. D a to rita a cesto r [a pte , in su si o bie e tu l de stud iu a lb io chim ie i - In gen era l - i at b io chim ie i, m ed ica le - in p articu la r - si-a u la rgit sa u si-a ua pr ofu n da t c ot uin u tu l propriu . De asemenea , in ceea ce priveste ob ie ctu l bio ch im ie im edica le , in ve stiga iiile m ode rn e de ce rce ta re au re le va t no i i m ultiple im plica tii - dince in ce m a i strdn se - pe ca re Ie a re acea sta disciplin a cu dive rse a lte d iscip lin emedicale (genetica, fiziologia, fiziopatologia, farmacologia, medicina interna etc.). Setn te lege cii in a sem en ea con ditii se im punea in to cm irea unu i no u tra ta t pen tru stud iu lbio ch im ie i m ed ica le ca re sa cuprinda in tr-un to t u ti! a td t u n e le cu no stin ie cla sice ca t4'1 no ile a chiz itii a le ce rce tdrilo r m ode rn e, precu m Si e vid en tie re a r ela tiilo r e xis te ntetn tr e p ro ce se le b io ch im ic e 'i fu nctiile fiz io log ice - n orm ale sau pa to log iee - stu dia te dea lte d iscip lin e . co nside ra te stric t - medicale. in mod deo sebit a pa rea n ecesa r sa fiere le va te m eca nism ele m ole cu la re ca re sta u la ba za decla nsa rii u n or boli.

In vede rea rea liza rii tu tu ro r a ee sto r de z ide ra te s-a e labo ra t lu cra rea de faM ca recu prin de: stu diu l p ro te in elo r, stu diu l e nz im elo r, tra nsferu l d e informaiie, h orm on ii ,:;1m ecan ism e le de regla re m e ta bo lica , e n e rge tica bio ch im ica , m arile me tabo lism e ,e ch iiib ru l a cid o-o a zic , m a tr ic ea e xtr ac elu la rd ~i n oiiu ni d e b io ch im ia n utritie i.

Pe langa ca racte ru l d ida ctic ca re fa ce ca lu cra rea sa po a ta fi u tiliz atii d e s tu de ntip en tru in su sire a tn va lli.m an tu lu i d e b io ch im ie , a dre sa bilita te a a ce ste i b io ch im ii m ed ic ateeste mat la rg a, c on sid er dn d-o 'fo lo sito a re afat m ed icilo r ca t !ii b io lo gilo r; in special.celor care-si desfasoard activitatea profesionala ln laboratoare clinice.

In do rin ta rea liza rii u nu i tex t u so r de u rma rit (ii re tin ut, lu era rea este fn so /ita dem ate ria l ilu stra tiv bo ga t cu prin za nd n um ero ase sche me . ta be le S f ta blo uri sin optice .

Re fe rito r la b iblio gra fia ca re a sta t la ba za e labo ra rii e i trebu ie sublin ia t fap tu l e li.desi ea a fost vasta, s-au mentionat aici publicaiiile mat recente !ii mai importante,pre ze ntd nd u-se de ci 0 b ib li o gr a fi e s e le c ti ve .

Au tor i i


4/100


5/100

Cuprins

Cap. 1 . Protelncle. Structura g(meralii. (prof. Dr. Elena Popa-Cristca) , . , , , .. , 131.1 Aminoacizii : , , .. ,.,." .. ,., ,......................... 141.2 Peptidele .. , ,., ,",.,.. .,.,........................ . 291.3. Proteinele .. . .. , , , , .. ' ' ,.. 301.3.1 Structura primara tl proreinelor , , , , 321.3.2 Organizarea spa(ialii a moleculelor proteice. . , , ,.',.,.,. 33Structura secundara a proteinelor. .,', , , ,.,,', .. , ,... 35

~tmctura terl ial' ii a pJ'O leineIor. . ,., " .. , , , .. , 40Structura cuaternara a proteinelor, .., , 451.3.3 Proprietiili gcnerale ale protcinelor. . .. , , 471.3.4 Clasificarca proteinelor. , , , 491.3.5 Proteiuele plasrnatice. , , . , , , , , .. , 51

Serumalbununa ' , , . , .. , , , . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Imunoglobulincle. . , 53Factori ai coagularii (fibrinogenul), . 57

1.3.6 Hemoproteinele .. , 621.3.7 Fibronecrincle , 65

Cap. Il. Enzimele. (Prof. Dr. E. Trutia) ' " .... 6711.1 Introducere. . . 67Il.2 Scaderea de catrc euzime a cnergiei de activare a reactiilor. Capacitateacatal iticii a cnzimelor. . ............................. " ' . . . . . . . . . . 6811.3 Specificitatea cnzimelor , 7011.3.1 Specificlt.aie de reactie , . . . . . . 70

11.3.2 Specificitatc de substrat. 71II.3.3 Spccificiuue stereochirnica. .. , 7211.4 Structure enziruelor. , 73ll.4.1 Aspecte generale. . 7311.4.2 Euzime cu suuctura proteid , 74llA.3 Enzime cu strucrurd hcreroproteica. . 75

II.S Sisteme (complcxe) multienzimatice. . .. , 771l.6 IZ(lenzime." , 77B.7 Centrul activ i mecanismul de acjiunc a enzimclor. 78II.S Cineiica cnzimatica , , 8311.8.1 Exprimarea vitezei rcactiilor enzimaiicc. Activiratea cnzirnelor, , . . . . . . . . . . . . . . 83

11.8.2 Viteza iniliala a reacjiilor enzimntice 84Il.8.3 Influenja pll-ului i i cmp cr at ur ii USUp nI activitillii enzimelor. . 8511.8.4 Influcn]a concentrajiei enzimei ' . 86-11.8.5 Influenja concentratiei substratului. Ecuatia Michaclis-Meuten. . , 8811.8.6 Detcrminarea expcr imentnld a KM Semnificajia acestei consraute. Constanta cataliticii, K",. .. 90I1.8.7 Ecuajin Lineweaver-Burk 92IJ.8.S Inhibiji a ctivitillii enzimelor. 92

5


6/100

1 1. 9 R c gla re a h io si nr ez ci ~iactivilillii enzimelor. . 95II.9.1 Aspecte gcnerale . 9511.9.2 Reglarea cantitiip ienzimelor , .. , , . , .. , . , , , . 961I.9,3 Reglarea alosterica a activitajii cnzimelor, . . . . . . . . . . . 97II.9A Rcglarea alosterica a funcjiei hernoglobinei. . , ,...... 10211.9.5 Reglarea covuleuta a aC livitillii cnzimelor. " 107ILl 0 Localizarea inrracclulara a enzimelor. . . . . . . . . . .. 10911.11 Enzimcle i patologia. , , " ,." , .. ,.,......... 110

n.12 Clasificarca i denumirea cnzimelor. . 112Cap. III. Vitamlue i cocnzime. (Prof. Dr. doc. Aurora Popescu).. . .IlLl Generaliuqi . .llL2 Clasificarea vitaminelor , .I II .3 V i iam in cl e h id ro so lu b il e i rolurilc lor cocnzim atice .. : .II!.3.1 Complexul B .V itam in a 1 3, ( ti am in n) ji coenzima tinm inpirofosfat , . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .V ita min a 1 32 (riboflnvina) i coenzimelc Ilav inice .Vitarnina PI' (niacina) i coenzimcle nicotinamidice .

Vitamina 8, (piridoxina) ~icoenzimele derivate .Acidul pantotcnic ~icoenzima A. " . . . . . . . . . . . " .Biotina ~irolul ei coeuzimatic. ,., .Vitaminn B'2 (ciancobul amina) !i rolul ci coenzimutic. . " , ..Acidul folic i coeuzimele derivate , .1I1.3.2 Vitamina C (ucidul ascorbic) , , .. , , , , , .IlIA Vitam inele liposolubi.le. . , .!ll.4.1 Vitamina A (rctinolul). . .

IIIA.2 Vitarnina D. . , . . . . . . . . . .. . .llIA.3 Vitam ina E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .HlA.4 Vitam ina K. . .Cap. IV. Acizl] nuclelcl. (Prof. Dr. Veronica Dinu).IV .l lntroducere .IV.2 SIIUCiUl'll chimica a acizilor nuclcici, . ".

IV.2.1 Bazele azotate din structure acizilor nucleici .IV.2.2 Nucleozide ~inucleot ide dill suuctura acizilor nucleici , .IV.2.3 Nucleotide naturale libere .IV.2.4 Analogi structurali ai bazclor azotate i nucleozidelor. " , .IV.2.S Suuctura covalenta a acizilor uuclcici, .. . . . . . . . . . . .IV.2.6 Caructerisuci fizicocilimiw ale acizilor nucleici ,.... . .Deuaturnrcu ~i rcn.uuraren ADN . , .Hidroliza acizilor nucleici. . ,IV .3' Acizii dezoxiribonucleic i, , .IV .3.1 Structu ra covalent.i a ADN .IV .3 .2 Co llJ0 l1 1Ja \i a m olec ule: d e A DN ; tip uri d e conformajii. . . . . . . . . . .. . .IV .3 .3 O r ga ni za rc a m a te ri al ul ui genetic In procariote i eucariote. . , , ..IV.3,4 Arhitectura genomului eucariot, .IV.3.5 Biosintcza AD N (replicarea) .Replicarea In procariote. . . . . .. " . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .Replicarea Ia eucariote, . .

Sinteza de llDN pc mallilil de ARN . . . . . . . . .. . .IV.4 Acizii ribonucleic! , . . . . . . . . . . . . . . , .IV A.l T ipuri de ARN . . , ,.". , , , , .AR N lllesag(~r (ARN ,,). . .AR N de transfer (ARN ,). . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .AR N ribozomnl (ARN,). . . . . . . . . . . . . . .ARN nuclear d e m ici d im ensiun i. . , , " .IVA .2 B i os in te za AR N pc ma t rita de AD N (rranscrierea). . . . . . . . . . . .Transrricrca hprocariotc, ,." .. , , " "., ,.Transcricrea b eucariote. . , ,.......... , , ,luhibit ori a i uunscrierii , .

IVA.3 l 'r l '1 l1cri i r i co ji posuranscriere ale molcculclor de ARN. . .Excizia imronilor din trauscriptele priniarc. . , .Modificari poxurnnscricre ad ilionale. . .

IY ..l.4 B iosintczu ARN p~ 111atri\1\ de ARN . . . . . . .

6

114114J1411 511 511511 711 81201221 2 312,1126128130130133B513613913 914014014214 514614815 015015 21 5315,11 5 415 8l60J6 2]65In1751 7 71 7 81801 8 118118 21871881 8 81 9 019720 1


7/100

Cap, V. Blosmteza protefuelor (traducerea mesajulul genetic). (Prof. Dr. Veronica Dinu). 203V.I Codul genetic. . 203V .2 B iosin teza pro teinelor , 206V.3 Prelucrari postt raducere ale moleculelor proteice 216V .4 Rcglarea biosintezei proteinelor. , , . , 21 9V .5 Leziuni ale m oleculelo r de ADN i repararea acestora. M utatii , . 225

V.S.l Repararea prin excizie-resinteza. . 227V.S.2 Repararea prin reversarea leziunilor. . 230V.5.3 Mutatii , 230V .6 Exprim area Ienotip ica a mutatiilor, . 231V .7 Clonarea genelor. . , , 23 2V.7 .1 CIon area genelor in vivo (Tehnologia ADN recombinant) .. , 232V.7.1.1. "Scenal iul" clon arii genelor; objinerea ADN recornbinat. 233V.7.1.2. Exprimarea fenotip ica a informatiei cupriusa in AD N recombinant 24 2V.7.2 Clonarea genelor in vitro (Reactia polimerazica In lanj) 24 6V.7.3 Aplicatii ale clonarii genelor. . , 24 8

(Det~nninare~ se~venlei nucleotidelor in oligonucleotide) , , , , 24 8ACIZI nucleici antisens. . 253Tehnica de transfer Southern. . , , 253

C ap. V I. E nergetic a h lo ch lm lc a. (prof. Dr. E .Trutia). . 259Vl.l Aspccte generale , 25 9VI.2 Sistclne termodinamice. Funcjii de stare. Principiile termodinamicii. . 260VL3 S i st eru el e vi i s un t ca rac te ri za te eel m ai bine prin energia libera, . 262V IA V ar ia jia e ne rg ie i li be re I n re ac jii le c him ic e ~ib ioch im ice. . 262

V1.4.1 Variajia energiei l ibere i constanta de echil ibru. Energia libera de reacjie standard 263V1.4.2 Variatia energiei l ibere In react iile de oxido-reducere.Potentialul redox i legatura lu i cu energia Iibera. . , '., 265VL5 Cuplarea reacj iilor endcrgonice eu cele cxergonice. Intermediarul energetic comun. . 266V I.6 L eg atu ri m ac ro erg ic e, S istem ul A TP/ADP, pr in c i pa lu l i n te rmedi a r energeticcomun (Compu s macroergic) 268VL7 A lii compusi m acroerg ic i. Poten tialnl de t ransfer al g ruparii fosfat. '" 27 IVI.S Caile de s inteza a ATP in vivo , ......................... 273V1.8.'1 Fosforilarea la nivel de substrat , , , . . . . 274VI,S.2 Lantul respirator ~ifosforilarea ox idativa. . 275VJ .8 . .3 Teor ii pr ivind mecanismul cuplarii Ian! respirator-fosforilare oxidativil 284VL8A Sisteme de transport a echivalentilor de reducere , 286

VI.8.S Afcct iuni datorute lillor defec te ereditare la nivelul enzimelor lantului respirator~iIosforilarii oxidative. . 288Y1.8.6 Controlul respirator. , , ,., 28 8V 1.8 .7 D ecu plan p a i Iosforilarii oxidative de lan tu l respira tor. , 289V1.8.8 Alte Ianjuri respiratori i , 289V1.8.9 S pe ci i i nc om ple t recluse ale oxigenului, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290Cap. VB. Merabolismul glucidclor. (prof. Dr. Veronica Dinu). . , 294VII.! Chimia glucidelor. . , . . . . . . . .. . , .. 294V Il.l.l M onozaharidele. . 295Stereoizomeria monozaharidelor 29 5Suucturile cic1ice ale monozaharidelor. , 298

Aminozaharuri , , " 303Dezox izaharuri , 304Prop ri et ar il e f iz i ce ~ichirnice ale m onozaharidelor. , . . . . . . . . . . . . . . . . 305VIl.1.2 Oligozaharidcle. . 308VI!.!.3 Poli zaharidcle, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310VIJ.2 Digcstia i absorbtia glucidelor, . .. , 312VIl .2.1 Defici te enzimutice in digestia ~iabsorbjia glucidelor, '" 315V II .3 C a il e de metabolizare a glucozei. 316VI I. 3. 1 G li co li za (Secvenja Embdcn-Meyerhof-Parnas). . , 318Bilan!ul energetic ill glicolizei. . , " 328Vn.3.2 Dccarboxilarca oxidativa a piruvatului, , 329VII.3.3 Ciclul acizilor tricarboxilici (Ciclul Krebs). . 333Ciclul Krebs - cale amfibolica. . , 339Bilantul energetic al arderii glucozei. " 341

7


8/100

VIlA Alte eiii de metabolizare a glucozei, ':342VI1.4.1 Calea pentozo-Iosfatilor (Suntul pentozo-fosfat) 342Deficiente ale unor enzime implicate In calea pentozelor, . 35JVIIA.2 Calea acidului glucuronic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351Vll.S Gluconeogeneza, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 353VII.5.1 Reglarea alosterica a gluconeogenezei , 362VII.5.2 Reglarea hormouala a gluccneogenezei. . 363VIl.6 Metabolismul glicogenului. . 364VII.6.1 Degradarea glicogenului (Glicogenoliza). . 0 366Reglarea glicogenolizei. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 368VII.6.2 Biosinteza glicogenului (Glicogenogeneza). 37]Reglarea glicogenogenezei , , " , , 373VII.6,3 Alteriiri enzimatice II I metabolismul glicogenului. , ". 376VII.7 Metabolismul galactozei. . " ' .. , , , , . , . , , 377VII.8 Metabolismul fructozei, , , .. , 0 0 0 , 0 0 0 o . 379Vn.9 Glicoproteinele, . , 382VI1.9.1 Biosinteza glicoproteinelor , 384VIl.9.2 Semnificajia biologica a glicoproteinelor, . , 387VIl.l 0 Proteoglicanii, 0 388

Cap. VIII. Metabollsmul Ilpldelor. (prof. Dr. Elena Popa-Cristea) ,., .. 0 , 394VlII.l Chimia lipidelor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394VIII. !.I Acizii grasi 394VIIl.1.2 Acilglicerolii (Gliceridele sail grasimile neutre) ... , , , 397VIlJ.l.~ ~osfoglicer!dele (Glicerofosfolipidele, fosfatidele) 399

ACIZII fosfatidici , ,.................. 399Fosfntidilcolinele (lecitine) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400Fosfatidiletnnolnminele ,....... 402Fosfatidilserinele (serin-cefaline), 402Fosfat idilinozitolii (inozitol fosfat i de, fosfoinozitide), . 0 402Plasmalogenele 404Fosfatidilglicerolii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . ............ 404VIII. 1A Sfingolipidele. . 0 404Sfingornielinele. . 405Glicosfingolipidele 0 0 405VIII. 1.5 Cerurile, . 0 , 0 0 , 407VIII.1.6 Lipide nesaponifiabile, . 407~~~~~;:!~~ii:::::::::::::::::::::::::::::.::::::::::::::::.:::::::::::~~Steroizii , , .. , , 410

VlIl.2 Digestia ~iabsorhtia lipidelor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 415VlIlJ Metabolismul acizilor grai. ..... " .. 0 0 , 0 417VIII.3.] Degradarea oxidariva a acizilor gmi. . ,.,. 0 0 417f : l . Oxidareu acizilor grasi (Ciclul sau spirala lui Lynen). . 41Sf : l - Oxidarea acizilor grai nesaturati, , ' > 421Oxidarea acizilor grasi III peroxizomi. . , > > 422VII1.3.2 Cetogeneza , 424VIIl.3.3 Biosinteza acizilor grasi. . > , , , 427Biosinteza acidului palmitic > > 0 0 427Elongarea acizilor gras] > > > 43 2Biosinteza acizilor grai nesaturati, . 0 0 433VIIIA Metabolisrnul gli cerolului. . > 434VIIl.5 Metabolismul triacilglicerolilor 435VIII.5.1 Hidroliza triacilglicerolilor. . 436VIII.5.2 Biosinteza triacilgliccrolilor, . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 437VIII.6 Metabolisrnul glicerofosfolipidelor > 0 441VIII.7 Metabolismul sfingolipidelor. . , .. 0 0 " 445-VIII.S Metabolismul colesterolului. . 448

VII1.8.1 Digestia i absorbtia colesterolului 450VIII.So2 Biosinteza colesterolului , 450VllI.S.3 Catabolismul colcsterolului. 0 , 455VIII.9 Lipidele plasmatice ... .. > 457VIlI.9.1 Analiza Iipidelor plasmatice. . > . 458VlI1.9.2 Chilomicronii. . 461

8


9/100

MEZU ac:a: :

vm.9,4 Lipoproteinele en densitate mica (LDt, P-lipoproteine) 464VIII.9.5 Lipoproteinele cu densitate mare (HDL, ()(.Iipoproteine) 466VIlL9.6 Acizii grai liberi (AGL. acizi grasi neesterificati) 467VIIL9.7 Dislipidemiile. . 467VIILl 0 Eicosanoizii. . 471VIILlO.! Biosinteza eicosanoizilor. 473VIIJ.lO.2 Catabolismul prostaglandinelor. . ...................................... 476VIII.to.3 Actiunile biologice ale eicosanoizilor. 476

Cap. IX. Metabolismul protclnesor i al amiuoaclzltor. (Prof. Dr. E.Trutia). . . .. . 479IX. 1 lutroducere 479IX.2 Starea dinamica a proteinclor, Bilanjuri azotate, . 479IX.3 Digcsiiu proteinelor alimentare i absorbtia aminoaei.zilor. Hidroliza proteinelor endogene. . 481IXA Fondul de aminoacizi. Aminoacizii esenjiali 485lX.S Catabolismul aminoacizilor: dezaminarea oxidauva i ciclul ureogenetic. . . 486IX.5.1 Aspecte generale , , " 486

IX.5.2 Dezaminarea oxidativa a aminoacizilor ~itransportul amoniacului rezultat, 486IX.S.3 Biosintcza ureei .. , 490IX.5,4 Relaj ii intre eiclul ureogenetic i eiclul acizilor tricarboxilici. . . .. 493IX.55 Boli cauzate de defecte in metabolizarea amouiacului. . 493lX.6 Catabolismul aminoacizilor; utilizarea scheletelor de carbon. . " 494IX.6: 1 Aspecte generale. . ;" .. 494IX.6.2 Alanina, treonina, gliciua, serina, cisteina ( i cistina) sc degrudeaza la acid piruvic , .. 495lX.6.3 Arginina, prolina, histidina, glutamina i acidu! glutamic se degradeaza

Ia acid a.-cetogluwric. . " 497IX.6A Aspargina ~i acidul aspartic se degradeaza la oxaloacerat. "."........ .. 499IX.6.5 lzoleucina, valiua i metiouina se degradeaza la succinil-Co A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499IX.6.6 Leucina ~iIizina se degradeaza la acid ucetoacetic sau acetoacetil-Co A, . 502IX.6.7 Triptofanul se dcgradeazn la acctil-Co A ~ialaninii , . 503IX.6.8 Fenilalanina ~i tirozina se degradeaza la acid fumaric i acid acetoacetic, . 503IX.6.9 Boli cauzate de defccte in utilizarea schelctului tie carbon al aminoacizilor, 506IX.7 Biosinteza aminoacizilor neesenjiali. ,.................... 508iX.7.l Aspecte generale. . , " .. " " 508IX.7.2 Cai particulate de biosintezn " " .. 510IX.S Formarea d;1l am in oac iz i a u no r c orn pu si e u fu nc ji i s pe ci ali za te 513IX.8'! Compusii rezultaji prin decarboxilarea arninoacizilor. 5 J 3IX.8.2 Biosinreza glutationului, 515IX.8.3 Sinteza creatinei. Relajia crearina - creatinfosfat, Creatinina ,................ 516IX.8A Cor ipusi de "conjugllrc" a aminoacizilor. . 517

Cap. X. Met~tbolisllllli hemoprotelnelor. (Prof.Dr. E.Tl1liia) . " " . 519X.I Aspecte chimice " " " .. " 519X .2 B iosinteza hemului , " 521X.2.l Etapele blosiniezei. . , 521X.2.2 Reglarea biosintezei hemului, , , 525X.2.3 Porfiriilc. . , 526X.3 Carabolismul hemului. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , 52 9X.3.1 Etapele inijiale. . 529X.3.2 Bilirubina: formare, patrundere II I ficat , caracteristici, conjugare, excretie biliarii. . 530X.3.3 Etapele finale , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533X.3A Hiperbilirubinem iilc, . , 534

Cal). XI. MetaboiislIIlIilludcotitielor purmice i pirhnldlnlce. (Prof. Dr. Elena Popa-Cristea) " . " 538XU Metabolismul nucleotidelor purinice, ., 538XU. I Biosinteza de novo a nucleotidelor purinice. . " 540Biosinteza IMP. . 540B io sin te za AMP ~j GMP. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542

Biosinteza nucleotidelor eu legaturi fosfat macroergice 544B iosinteza dezoxiribonucleotidelor, ". . " 544Reglarea biosintezei de novo a purinelor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544Xl.1.2 Interconversiunile i reutilizarca purinelor 546XU.3 Catabolismul purinclor ..................................... ;......... 551XI.1.4 Patolog ia metabolismului purinelor, , .......................... 553

9


10/100

X1.2 Metabolismul nucleotidelor pirimidinice. . " " , .. , .... ,554X1.2,1 Biosinteza de novo a nucleotidclor pirimidinice 555X1.2.2 Reutilizarea ~icatabolismul nuclcotidelor pirimidlni ce ' , . 560X1.2.3 Patologia metabolismului pirirnidinelor , 561Cap: XII. Hormoutl. (Prof. Dr. Elena Popa-Cri stea) , . ', 562XII.l Introducere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562XIl.2 Receptorii hormonali, . 564XIl.3 Mecanismele de actiune a hormonilor. . 57l

XII.3.1 Mecanismul de acjiune a hormonilor steroidici i tiroidieni , 57]XJI.3.2 Mecanismul de acjiune a hormonilor peptidici ~ia catecolaminelor, , 572Proteinele G 573AMP adenilat ciclaza i AMP, fosfodiesteraza 576Protein kinaze i fosfoproteinfosfataze. 577AMP, mediator al expresiei genice , 580GMP" guanilat ciclaza i GMP, fosfodiesteraza ' 581Fosfolipaza C i mesagerii intracelulari, Diacilglicerol i inozitoltrisfosfat. 583en" mesager intracelular al semnalelor externe. . < 585Mecanisrnul de actiune a unor hormoni care regleaza cresterea i proliferarea celulara , .. 586XIl.4 Hormonii tiroidieni. , 592X I J. 5 H o rm o ni i care rcgleaza calcemia (hormonii calciotropi) 593XIl.5.! H0l11lO11Ul paratlroidian 594XI1.5.2 Calcitonina , , , .. < 595XII.5.3 1,25-DihidroxicolecaJciferol (Calcitriol) , < . 598XIJ.6 Hormonii pancreatic]. ,., , < < < < < < 598XIL6.1 Insulina < , , < , , " 603XI1.6.2 Glucagonul. 604Xll.6.3 Somatostatina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606XIL6.4 Polipeptidul pancreatic. . 607XII.7 Hormonii gastrointestinali 608X II.S Hormonii medulosuprarenalien i : .. 612XII. 9 Hormonii corticosuprarenalieni. 618XI!.lO Hormonii sexuali. , 618X II.IO .I Androgenii , , , 622XIl.lO.2 Hormonii ovarieni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 624XIl.l1 Hormonii hipofizari i hipotalamici, . 624X I I. Il. 1 I lo rm o ni i adenohipofizari , 626Peptide derivate din pro-opiomelanocortina (POMC). 628OnljJ111 honuonilor somatomamotropi. , 62\)Hormonii hipofizari glicoproreici. , , 630XU.! 1.2 Hormonii neurohipofizari. . . . . . . . . . . . .. . , ,............. 631XII.12 Epifiza (gland a pineala). < < < , 633XI1.l3 Endorfine. . < 634XII.14 Factori i de crestere , . . .. . 635XII.14.! Familia EGP (Epidermal growth factor) , 635XI1.!4.2 Familia FOF (Fibroblast growth factor) : .. , , 636XI1.l4.3 Familia PDGF (Platelet derived growth factor) , 636XII.14.4 Familia TGF f l (Transforming growth factor ~). . 637XI1.l4.5 Factorii de cresterc insulin-like (lGF, somatomedine). . 638Xll.14.6 NGF (Nerve growth factor) ... < < , 638Xll.l4.7 Familia CSF(Colony-stimulat ing factor) < , 639XI!.14.8 Erit ropoieunnrlirythropoesis stimulating factor), , , . . . . . . . . 640X I1.14 .9 Interleukinele (IL ) '.' < , 641XII.J4.l0 Interferonii (INF). . , 643XI1.l4.11 Oncogenele ~icontrolul cresteri] celulare , 643

Cap. XIII. Apa, Prucesele hldroclcctrol ltlce :)i echlllhrul acldo-bazlc, (Prof. Dr. doc. Aurora Popescu)643xm.i Introducere " , . . . . . . . . . . . . . . . .. . , 643X l Il .2 Co n ti nu ru l i r ep an iji a a pc i ill organ ism . '. . ' 643X lII.3 E ch ilib ru l a pe] I'll organism . . , 647X lIIJ .1 N ec esa ru l z iln ic de apii. , , . . . . . . . . . . . . . . . 648XII1.3.2 Picrderile de apii. . , , 649XlIl.3.3 Excesul de apii. . 649XIII.4 Prol'rieti1(ilto fizico-chimicc ale apci. '" , 649XIII.4.1 Structure ~ipclaritatca moleculei de ap a 649XI II .4 .2 L e gj it ur n e l l ; hidrogcu ~ias oc i er il e mo l ecu la re 65 J10


11/100

XIII.4.3 Caldura specifica i caldura de vaporizare. . .XIlI.4.4 Caldura de topire, punctul de topire ~j punctul de f'ierbere. . .XIlI.4.5 Apa ell dizolvant. .XIII.S Procesele nidroelectrolitice .XIII.S.1 Ionizarea apei ~i produsul ionic al apei. . .X1I1.5.2 Reactia solutiilor i pll-ul. .XIlI.5.3 Specii de acizi ~ibaze; tari,! lor. .XIIl.6 Echili brul acido-bazic. ..XIII.6.1 Sistemul tampon acid carbonic-bicarbonat, . .XIl1.6.2 Sistemul tampon al fosfajilor, . .XIIl.6.3 Sistemul tampon al proteinelor. . .XIIl.6.4 Sisten;~l tamP:)!l ;11_h.eI!10f;llobinei. .XII1.6.5 Cooperarca plaman rinich i. . ,Cap. XIV. Matrlcea extracelulara (prof. dr. doc. Aurora Popescu). . 671XIV.! Constituentii chimici ai matricei extrncelulare, . 671XIV.l.1 Proteinele 671Colagenul. 672Elastina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . , , . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680XIV.1.2 Glicozaminoglicanii i proteoglicanii , 682Glicozm~lil1o.~JicaIlii. . 682Proteogl icanii 687Funcjiile biologice ale proteoglicanilor i glicozaminoglicanilor. 694Biosinteza i degradarea proteoglicanilor , 695XIV.2 Rolul matricei e xt ra ce lu ln re i n c u rs ul morfogenczei. . 698XIV.3 Modifidirile constituerqilor matricei extracelulare , ., 699XIV.3.1 Modlficari II I functie de var.~t1i. . , 699XIV.3.2 Colagenozele, . 700

XIV.3.3 Unc le m cd if ic ari c alit at ive dobfindite , 700XIV.3.4 Mucopolizaharidozele. . " ............................... 701Cap. XV. No!iulli de nutrttle (prof. Dr. doc. Aurora Popescu) 703XV.1 Introducere .XV.2 Necesarul nutritiv. . .XV.2.1 Cheltuiala de energie. . , , .Metabolismul bazal. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . , "Efectele termogenetice. . " .Cheltuiala energetica determinara de activitatea fizica depusa, . .Nece sarul energetic .XV.;.~ Compozitia . i encrgia mliei alimentare .XV.3. I rincipiile nutruivc...................................................XV.3.l Glucidele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . ...~~t~~ ; ~ ; ~ ~ ! ~ i e :: : : : : : ' . : : : : . : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :XV.:l.4 Vitam inele ' , , ..XV.3.5 Mineralele , .

XV.3.6 Substantele alimentare bioactivc , ..XV.3.7 Fibrele alimentare , .XV.3.B Apa , . .. . .XV.4 Principalele produse alimentare , , .XV.4.1 Produsele alimentare de origine animala. . .Laptele i produsele lactate. . ,. . , .Ouale .. ,' , .. , . , .Camea " , ,.,Pestele, . , ,.XV.4.2 Produsele alimentare de origine vegetala , , ...Cerealcle .Lcgumele .Fructele .XV.4.3 A lte produse alimentare .Produsele zaharoase. . ,.......... . .Bauturile , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .Cond iruentele .XV.4.4 A lim ente bogate In am inoucizi esentiali. . ;.XV.4.5 Rcpanizarca unor p ri nci p ii nutritive In cdc mai impo rt an te p ro d us e alimentare. ., .XV.5 Contributia nutr itiei la pastrarce ;.anatu\ii. , .

653654655658658659661664665668668669669

70370370470470570570670770970971071 171 371671972072 272 372 472 472 5726727728728729729732732733733733734736

11


12/100


13/100

Cap. I.PROrfEINELE. STRUCTURA GENERAL A

Proteinele sunt constituenti chimici ai organismelor vii cu eel mai inaIt grad decomplexitate, de varietate moleculara i care prezinta specificitatede specie, de organ.Denumirea lor deriva de la cuvantul grecesc "proteios" care tnseamn!l "de prim rang,eel dintai" ..e.x:.Q~ineJU.I!!!L.~!l!?1'~Wl~JJ1:'1Q.tQJllQl~ulat{l..!k~Jlalm:JLpoli~PJidka.a con str uc ti aproteinelor part icipilf .QJ!~.lliIli!lQ.i lgi~UYn.gg.f!1.\' !J!!fi li ,i Q ~ ! l L ! ~ J Q . ~ . Y i ~ t y j j : Q a r ~ l ? _ , . J ! s U : : L.ell..!!tuL.~.iillPla._bg.J!i~,~p.~!. ~ . ~ . 2 . m . rin legare in l an ju r i p? li~ep ti d ic e ~ari~~e ealungime i succesiune a unitl1!lfor se poate objine un num ar nesfftrsit de com binatii. C utoata multiplicitatea posibilitatilor d e c om bin are a am in oaciz ilo r In lan tu ri p olip ep tid ic e,l ~ L E ! ! . " . ! : l ! m I D i L Q r g l } . n i ~ 1 ! t . o . ! l ! ! . m s ~!~~!i~!!~.g~~l".J!Q.llmit~,,,,.t


14/100

_ P r o t y i n ~ ! y " x ' l S , ( ~ : r ! ! J L '! l i ,! i l l l j; ~ l L m l i jj ~ e ,eterminand varietatea nesfaqitl1 de reacjiibiochimice i specificul transformarilor chirnice din organismele vii. .- Proteinele contractile sunt instrumentele eu ajutorul carora organismele viiindeplinesc activitatea contractila ~ilocomotoare.- ~~ju~~~~t~, ele pgt stOCf!.~~transmite_mesa.ie..chlulice.di:llers.e.- frQt~in~k1D.Q~~C._filnfJ.iL


15/100

I'

~~ 0: ; : : '.9~') c ' 1 : 1. . . . '1 3 0'9 to


16/100

I I-r--, I I~I:l Vi 0...

I I,

::!::Ii I~~> I. ' s

I - - 1s 'r-r I~~~'

I , ~ : " " , I/~:.. : : : _

o


17/100

" " " '~ 'n : 2 1 A CI ~:l:: s 1 ' : : : ; > ' : : ; " ' ' : C ~S {() '~""' i : lAN tl S f ~ : : : 1 '" ~. . . . . ; ~ c ::: - ; g '" a 0 ~i


18/100

r---+-----+----+~-~_+--~~----_r--~_r---~_+~~.--~

IoooIOJ:eoI:e NoIZIN

IoooINIoINIoI

INoIZIN

IoooI01IoINIoIooINIoIzNI

IoooI::i ';SIoI

IIZIooIZIN

IoooI'(;)I~IoI

IoooI:coooI

'(;)I~IoINIoINIoIoI


19/100

Aminoaciz i i aromatic i . C f r l r a g ru par i f un c ti on al e in R ).(._)_. CH -- CH - COOH

2 IN H 2

Ami no a c iz ii h e te r o ci cl ic i. H istidina cuprinde heterociclu l pentagonal eu doi atom i deazot, imidazol,

Fenilalanina:

IIH

r~ - J I CH2 - 9 H - eOOH\ N H 2

NHImidazol Histidine

Triptofanul cuprinde nucleul heterociclic al indolului:

Q)H ()-rCH,- J : , - COOH~~;//",,~ HIndol Triptofan

Prolina cuprinde 0 grupare aminica secundara, situata intr-un ciclu derivat din pirol:

n-COOH.. . ,/NHrim] proline

Aminoacizii ell grupari hidroxilice. Serina ~itreonina curpind In R functii alcool:eHz - CH - COOHI IOH N H 2

CHa- CH - CH - COOHI I014 N H zSerina Treonina

Tirozina posed a 0 funcjieaditionala fenol:HO-0'-H2 - CH - COOH- IN H 2

. 19


20/100

Aminoacizii cu sulf (tioaminoacizii), Cisteina cuprinde funcjia tiol (R = = - SH) imetionina 0 functie tioeter (R :=: - S -- R):CH2 - CH - COOHI ISH NH2

Cisteina MetioninaAminoacizi dicarboxilici. Acidul aspartic i acidul g lu tamic sunt ac iz i monoaminodica r-boxilici, iar asparagina i glutamina stint amidele lor:

Acidul aspartic

HOOC - CHz - CH~ -- CH - COOH4 I

NH2Acidul glutamic

HOOC - CHz - CH - COOHINHz

H NOC - CH - CH - CH -- COOH2 2 2 INH2

Asparagina Glutamina

Aminoacizii diaminici. Lizina are ca functie aditionala 0 grupare aminica primara;HzN - CH2 - CH2 - CHz - CH2 - 9H - COOH

NH2NH

Arginina cuprinde 0 grupare guanidil, - NH - C ,/''" NH2derivata din guanidina, H2N - C - NHz :I INH

H N - C -- NH - CH - CH - CH - CH - COOH2 I I 2 2 z INH NH2

ArgininaProprietdiile fizice ale aminoacizilor, TOll aminoacizii sunt substante solide, ell punctede topire ridicate, mai marl de 2000 i se descompun 'inainte de a se topi. Aminoacizii sedizolva, 1:ntr-o masura mai mare san mai midi, in apa, dar sunt greu solubili inso lv en ti i n ep ola ri c a: e te r, c lo ro fo rrn , b en ze n. S un t u so r s olu bi li i n s olu ti i d ilu at e d e a ci zi i baze ,Izomeria optica a aminoacizilor. To]i aminoacizii, eu exceptia glicocolului, posed>!uncentru chiralic (un carbon asirnetr ic) care este Cu:

R-CH- COOHI .NH2

20


21/100

Izoleucina ~itreonina au un carbon asirnetric ad itional, atom ul C Jl' Form ulele dec on fig ura tie a le e nan tiom erilo r u nu i a min oa cid o arec are, re pre ze nta te in sistem ul D -L ,111care sub stan ta de reterin ta este ald eh id a glicerica dextrogira sunt:COOHI

H - e - NH2IR

COOHIHN-C-H2 I

RD - aminoacid L - aminoacid

In structura proteinelor nu se intillnesc dedit Lsaminoacizi. Aminoacizii din seria Dapar numai ocazional, in special la uncle microorganisme i totdeauna au roluri specifice,

Propr ie t dt il e a c idoba zi ce a l e am inoac iz il o r. Am inoacizii cup rind 0 grupare - NH2bazica i una - COOH addu ~i intre aceste doua functii poate avea loc transferu l deprotoni:/ eOOH

R-CH-, NH2

COO-R-CH/

"" NH +ion bipolar (amfion)

Datorita interactiunilor electronice posibile intre cele doua functii invecinate,echilibrul reacjiei este deplasat aproape in totalitate spre dreapta, practic aminoacizii(rno no am ino mon ocarbo xllici), In cristale ca i in solutie, exista numai sub forma deam fi on i ( io ni b ipol ar i) . S tr uc tu ra b ipola ra a am inoa ci zi lo r e ste s us ti nu ta de numeroasefapte. Prin m asuratori de d istar1le ...nteraromice s-a gasit ca In gruparea carboxil,distantele CoO sunt eg ale (1 ,2 6 A), el e corespund ionulu i carboxilat, unde are lacconjugarea rt-p:

D e asem enea, m oleeulele am inoacizilor, neu tre in ansam blu, au m ornente de d ipolfoarte mad, cuprind sarcini electrice mari ~i de semn contrar in regiuni diferite alemoleculei.I on ii b ip ol ar i a i am inoac iz ilo r ramftn in c on tin un re am fo liti, ei a u arut c ara cte r a ci d, c ilt ~icaracter bazic. F un ctia acid a actuala a u nu i a min oa ci d (m o no am in om on oc arb ox ilic ) e steg ru pa re a am in ic a p ro to na ta , - NH3+ , addu! conjugat al gruparii am in ic e, - NH2:

acid baza

-21


22/100

Functia bazica a unui aminoacid este ionul carboxilat -- COO--, baza conjugata agruparii carboxil:

-coo- _, COOH-Hbaza acid

U nii am in oacizi ca: lizina, acid ul glu tam ic, acid ul asp artic, cu prin d 1 1 1 rad icalu l de IaCa. grupari acide sa u b azice ad ijio nale. Pentru m cepu t In ex am in area com po rtariiam inoac iz ilo r e a a ci zi ~ibaz e s e i au i n c on si de ra ji e numa i am inoa ci zi i monoam inomono -c ar bo xi li ci ( ar ni no ac iz i n eu tr i) :

Pen tr u c ara ct er iz are a a ci diWJ ,i i~ib az ic it h. ii i a rn in oa ci zi lo r s e f ol os es c expon en ti i d e a ci di ta te ,pK , (PK . =: - lo g K.). Funct ia c arbox il e sr e car ac te ri za ta prin pKa,..cOOH i ar f un c ti a am i ni caprintr-un PKa-NH:;+, L a m ill am in oa ciz i se a dau ga 0 a t re ia mar ime pK, c ore spun za to are fUllqieiac ide ad ij ionale,In T abelul I.4 se dau valorile pK ale celor 20 de am inoacizi naturali.D in exam inarea datelor d in T abelul 1 .4 se rem arca, In prim ul rand , faptu l d. Iuncjia-- COOH este un acid mal puternic (pK '" 2) dedit gruparea similara a acizilorc arb ox ilic i o are ca ri (P K p en tru addu! a ce ti c e ste 4,76), Aciditatea gruparii - NH/ esteredusa (pK::::: 9-10), dar intrece totusi bazicitatea - COO-. Din aceasta cauza, in apapura, gruparea - NH3+ doneaza mai multi protoni decar accepta ionul - COO-.Solujiile apoase ale aminoacizilor sunt slab acide, TabellA.

Vaiorile pK i pI ale amlnoactzllorAminoacid p K U - G O O H p K U -N H 3+ p K R p i

(25)1. Glicocol 2,34 9,60 5,972. Alanina 2,35 9,69 6,023. Valina 2,32 9,62 5,974. Leucina 2,36 9,60 5,985, Izoleucina 2,36 9,68 6,026, Fenilalanina 1,83 9,13 5,987. Prolina 1,99 10,60 6,108. Triptofan 2,38 9,38 5,88.9. Serina . I 2,21 9,15 5,6810. Treonina 2,63 10,43 6,5311. Tirozin a 2.20 9,11 10,07 5,6512. Cisteina 1,71 10,78 8,3~ 5,0213. Metionina 2,28 '9,21 5,7514, Asparagina 2,02 8,8 5,4115. Glutarnina 2,17 9,13 5,6516. Acid aspartic 2,09 9,82 3,86 2,9717. Acid glutamic 2,19 9,67 4,25 3,2218. Histidina 1,82 9,17 6,00 7,5819. Lizina 2,18 8,95 10,53 9,7420. Arginina 2,17 9,04 12,48 10,76

22


23/100

Un aminoacid prin functiile acida i bazica pe "cafe le cuprinde, poate reactiona ellbaze cedand protoni ~icu acizi, a cc epta nd pro to ni. In ca rc are a e lec tric a a u nu i ami no ac iddepinde de pll-u! solutiei. Daca un arninoacid se a n a intr-o solutie puternic acida (pH'''' 0-J) gruparile acceptoare de protoni sunt proton ate In totalitate, La titrarea acestuia cuo b aza tare (FIO -) pro ton ii su nt elib erati in o rd in ea d escrescatoare a acid iti1 (ii fu nctii lo ra ci de .. Au lo c r ea cji ile :~yH - GOOHN H 3 +

~yH - GOO-N H 2

~yH - GOO-N H 3 +

in fig. I.1 este prezentata curba de titrare a alaninei, aneutralizarii Iunctiilor - COOH i--_NH3+cu 0 solutie de NaOH.

Fig. 1.1. - Curba de titrare a alaninei.

Din ecuatia Henderson- Hasselbalch:

PH =pK + log [Bazh]a . [Acid]

23


24/100

rezulta e11la un p H egal eu pKa-cooH (2,35) exista egalitatea:+ +H3N - CH(CH3) - COOH := HsN - CH(CH3) - COO-

iar la pH = = pKO:..NH3+ (9,69) egalitatea:+HaN - CH(CHa) - COo- " H2N - CH(CHa ) - COo-

La un pH egal eu semisurna valorilor pK, sarcina neta a aminoacidului este practicnula, 111solupe existand numai ionii bipolari. Acst pH este denumit izoelectric (pI). InTabelul 1.4, coloana 5, sunt date valorile pI ale aminoacizilor proteinogeni. Pentruaminoacizii neutri, punctele izoelectrice sun! situate la valori de aproximativ 6, pH putininferior pH-ului fiziologic, La pH :::pI solubilitatea aminoacizilor este minima.Comportarea aminoacizilor cu grupari acide ~'i bazice aditionale. Un numar de 5aminoacizi din eei 20 cuprind in radicalul R de la C, grupari acide sau bazice: acidulaspartic, acidul glutamic, lizina, arginina i histidina, Functia fenol din tirozinf i ceatioalcool din cisteina sunt acizi foarte slabi care la pH-ul fiziologic se ionizeaza 'intr-omasura neglijabila. La acesti aminoacizi se adauga 0 constanta pK sup limen tara (Tabelul1.4). Pentru acidul aspartic i glutamic aciditatea acestei functii este mai midi dedit a

grupului carboxilic de la Co:' are 0 tarie cornparabila eu a acizilor monocarboxilicialifatici (PK = 3,86 la acid aspartic ~i4,25 la acid glutamic), nu se mai simte influentagruparii aminice vecine.Fonnele acidului aspartic, in raport cu pH-ul solujiei il l care se afla, pot fi deduse, ca i in cazul aminoacizilor neutri, prin proton are maximala ~iapoi adaugare treptata debaza: functiile acide vor ceda pro toni In ordinea descrescatoare a ti1riei lor:yOOH yOOH y O O - rOO-yH2 . H+ yH2 H+ yH2 H+ yH2yH - NHs+ ~ yH - NHs+ -~ yH - NHs+ --+ yHNH2COOH COO- COO- COO-(+ ) (0 ) (-) (2-)

pll-ul izoelecrric al acestor aminoacizi este dat de semisuma valorilor pK ale functiilorcare genereaza ionul fill'a sarcina neta, Pentru acidul aspartic i acidul glutamic, punctelelor izoelectrice sunt situate la valori net acide (2,97 si, respectiv 3,2).Lizina este un aminoacid bazic cu 0 funcjie arninica in R. Formele lizinei In raport cuvariatiile de pH ale rnediului sunt:yH2 - NHs+ yH2- NHs+ yH2- NH3+ yH2- NH2(yHJs . H+ (yH2) 3 H+ (?H2h - H+ (yH2 }3yH -NH/ --10- yH - NH3+-H -NH2 ~ yH - NH2COOH COO- COO- COO-(-2) (+ ) ( 0 ) ( - J

pH-ul izoelectric al lizinei este situat la valorarea 10.

24


25/100

Arginine are un caracter bazic net prin gruparea guanidinica:NHI IR- NH-C -NH2

i on guan i di ni um

Io nu l g ua nid in iu m , d ato ri ta c on ju ga rii 1C - P po ate fi scris:

Histidina prezinta caracter bazic prin nucleul heterociclic al imidazolului:

H+

Bazicitatea acestei grupari este mai redusa (pK ::::6,00) ~ipl este situat la valoriapropiate de pfl-ul fiziologic (7,58),D in cele expuse mai inainte rezulta el l ionizarea arninoacizilor, sarcina electrica pecare 0 poarta fiecare dintre ei, depinde de pH-ul solutiei I I I care sunt cuprinsi. Dacatinem seama ca in organismele vii aminoacizii sunt cuprinsi in lanturile polipeptidice aleproteinelor este important de examinat comportarea ca acizi sau baze a resturiloraminoacide -NH - CH(R) - CO -, sarcina electrica pe care 0 poarta aceste resturi lapH-ul fiziologic, Resturile aspartil ~i glutamil au in aceste conditii 0 sarcina neta (-) pecand resturile lizil, arginil ~i histidil au sarcina (+):yOO-yH2

.-NH-CH-CO-;

fU(yHJ2

-NH-CH-CO-;

+7 H 3( f H 0 4-HN-CH-CO-;

Restul histidil este redat prin doua structuri tautomere:

$ / NH-~ ) C H ' - C H , co-NH

/NH-H ~ ;) C H , C HC O _NH

25


26/100

Clasificarea aminoacizilor dupa natura radicalului de ia C".In proteine, am ino acizii su nt ang ajati In k giH ura peptidica prin g ruparca arninidj,~ice acarboxil: 7- NH - CH ..- co -rest aminoacidic

Ceca ce diferenjiaza resturile celor 20 de arninoacizi este natura radicalului de Ia C(1,'N atura inreractiun ilor ce se pO I stabili tntre restu rile amin oa cid ic e d ep in de d e in carc areaelectrica a acestor resturi, de caracterul lor polar sau hidrofob, Tinandu-se scama deaceste insusiri ale resturilor R de la C , r , amin oa ciz ii su nt Impiiqi(i In patru g rupe.a. aminoacizi en R h id ro fo b, nepolar: alan ina, v alin a, Ie uc in a, izoleucina, prolina,fenilalanina, triptofanul, metionina;b. aminoacizi ell R polar, dar f a r a sarcina electrica: serina, rreonina, tirozina, cisreina,asparagina, glutamina i glicocolul (R = H);c. aminoacizi eu R. mcarcat (.) (la pH-ul fiziologic): acidul aspartic, acidul glutamic;d. arn in oa ocizi ell R incarcar (+) (la pli-ul fiziologic): lizlna, arginina, histidina,Reactille chimice ale arninoacizilor. Aminoacizii prezinra diverse reactii chimice lacare participa atilt functiile amino I ; : i carboxil comune tuturor aminoacizilor, cat ~igruparile prezente in radicalii de In C,,"Reactii ale gruparii -COOll. Aminoacizii forrneaza derivati norrnali ai acestei functii:esteri, amide, anhidride, nitrili. Prill decarboxilare, aminoacizii formeaza amine. multe

dintre e le subs tan je cu proprieti'lti fiziologice i farmacologice remarcabile (amine biogene):R - GH - GOOH -_ .._-)0. R ......CH2 .. - NH" + CO2INH2

U ncle: am ine, prod usi.ai reacjiei de decarb oxilare a am ino acizilo r, su nt ariH aji m aiN~l~ CH,~ CH,~ NH,

'N/H histamina( di n h i st id i na ) ac id y -am inobu ti r ic(d in acid g lu tam ic)

CH ..- GH - NHJ 2 ' 2 2OH

rH2 - GH", - N H 2SH

etanolamina( di n s er in e) cadaverina(din lizina) cis tcamin a(din cisteina)

Reactii a le grupa rii ..Nl!2' Prill aceasta funcjieaminoacizii dau nurneroase reactii:- con densn re eli com pu si carbon ilici:

R' -. c = o(R')H/------- R- CH - N = CIGOOH H(R')

b nza S ch iff (aldi min ti, cetirn in ii)

26


27/100

- alch ilare to rala :R-

agentmetilantCH - NH2-------,:; . . . . .ICOOH- a ci la re :

agentacllantR -. CH - N H ----.-]\1;1, ..I 2C O O H

+R -- CH -- N (CH 3 ) 3IC O O -betaina

R _. CH . e _ NH - CO -.- R'ICOOHN'acilei.lel'ivat

Cu a cid ul ca rb on ic, a mi no ac iz ii fo rrn eaz a d eriv ati c arb am in oa cizi :

o CR -. CH _....I'H,I .

C O O H

0 1 - 1

-------~0 1 - 1o~R - C H - N H -- C _e . 0 1 -1ICOOH

- oxidate:

R -CH -COOHINl-lz- ..~-- R - CH- COOH

e 2H !N H- inlocuirea gru pn rii -- N H2 e ll - O H:

+ HO HR - C H -- COOH e e _'"I e N H3N H2

+HP---)1>0- R,-. C - COOH

- N H 3 Ia-cetoacld (a-oxoacid)R- CI-I-COOHI0 1 - 1

Reactii a le funciiilor prezen te In radica lu l de fa C ,,_"Penrru functia tioalcool din cisteina sunt caracteristice reactiile:- oxidare blanda ~i reversibila la disulfura:

2CH2 - SHIC H - N H2ICOOH

CH - S - S - CHI 2 I 22H~ CH - NHz CH - NH2+ 2H I ICOOH COOHcist ina

27


28/100

- formare de saruri eu metale grele, marcaptide:R - SH + AgNO s ----JjJio-.. R - SAg + HN O s

- oxidare energica In acid cisteic:CH 2 -- S03H

oxidare I---,10- C H -- N HI 2C O O Haci d c is te i c

Serina, treonina ~itirozina prin functia hidroxi formeaza esteri, ell acidul fosforic,rezultand:yHz - 0 - P03H2CH - NHoI


29/100

1.2 PEPTIDELEPeptidele sunt cornbinatii de tip amidic rezultate prin condensarea a doua sau maimulte molecule de aminoacizi:

R R R RI I I IH2N - CH - COOH+ H2N - CH - COOH -- HzN - CH - CO - NH -CH - COOH-HP dipeptidP ep tid ele po t rezu lta d in d ona, trei, n m olecule de am in oacizi. C eea ce rlim an e d in tr-u naminoacid dupa angajarea sa in legatura peptidica poarta denumirea de rest (reziduu)aminoacidic.Peptidele cuprinzand rnai putine resturi aminoacide sunt denumite oligopeptide, iar

acelea el l un numar mai mare de resturi aminoacidice sunt polipeptide:RI ~ R I "I . IHzN - CH - CO - NH - CH - CO - -, - NH - CH - COOH

polipeptidCapetele m oleculei unui peptid sunt diferite, unul are grupare am inica libera, capat N -te rm in al, ia r c ela la lt a re g ru pare a ca rb ox il n ea ng ajata, e ste c ap atu l C vte rm in al. R es tu ri lede aminoacizi de la capetele moleculei sunt denumite resturi N-terminale ~i, respectiv,Cvte rm in ale . In ce pu tu l u nu i p ep tid es te c ap atu l N v te rm in al.Denumirile peptidelor se construiesc socotindu-le derivati acilati ai restuluiaminoacidic Cvterminal, Se citesc succesiv radicalii aminoacizilor ineepand cu capatul N-term in al p an a la restu l Csterminal. De e xemplu , te tr ap ep ti du l:

CH(CH3)2 CHzOH CH3I I IHzN - CH - CO - NH - CH2 - CO - NH - CH - CO - NH- CH - COOHS e ci te ste v ali l-g lic il-s eril-a la ni na . D e a se rn en ea , p en tru re dare a s tru ctu ri i u nu i peptid,m ai m ic sau m ai m are, se folosesc prescurtarile de trei litere sau de 0 s in gu ra l ite ra p en tr uam ino acizi. In acest sistem , te tr ap ep ti du l d e rnai sus este redat:V al-G ly -S er-A la sau VC SA . C u aju toru l acestor p rescurtari in tr-u n sp atiu restran s po t firedate structurile unor polipeptide foarte mari,Da to rita p os ib ilita tii d e leg are a acelorasi ami no ac iz i in s ec ve nje d ife rite, p ep tid ele p otprezenta fenom enul de izom erie de structura, de pozitie, D oi am inoacizi diferi]i pot c ianastere la doua d ip ep ti de i zomer e dupa cum unul sau altul ocupa pozitia N - sau C -terminala, D e exemplu, dipeptidele izomere leucil-metionina sau metionil-leucina,

Posibilitatile de izomeriecresc foarte rep ed e o da ta c u c re ste rea n um aru lu i d e amin oa ciz i.T r ei am ino ac iz i distincp A , B , C pot da nastere la 6 tripeptide izom ere (peptidu l cuprindecate un rest d in fiecare am ino acid), D in p atru am ino acizi 2 4 tetrapep tid e, din cin ciL Zt),Un eicosapeptid (cu 20 resturi) in care fiecare din cei 20 de am inoacizi este cuprins 0singura daU l poate exista sub form a a 2 x 1018 i zome ri , P o si bi li ta te a l eg a ri i am ino ac iz il orin secvenje nesfarsit de num eroase sta la baza mulriplicitatii i v arietati i m olecu lare aproteinelor.

2 9


30/100

In organismele vii se intalnesc numeroase peptide (o lig op ep ti de s au peptide mai m ari)ell functii particulate. Unele din aceste peptide au Iegaturi peptidice atipice, cuprinzandresturi aminoacidice modificate, au structuri ciclice, cuprind Dvarninoacizi (Tabelul 1 . . " 1 ) .

Tabelull.5.Oligopeptide ell func!ii biologicer--------,r----"---'-------'-----------------r--------Dsnumiraa Structura FunctiaI-------.--,---------"'------------.----~-.+-----,-.-Glutation y--- G[u---Cys_ G[y' Ag~mt redoxintrace] ular

Hermonhlpotalarnlc

Bradikinina Arg - Pro - Pro ~Gly - Phe - Ser - Pro - f'he -- Arg1---_._+._-,,----------------_ .._----_._--+---_ ..-Agent

hipotsnsiv~ - - - - - - ~ . - - - - - - ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + - . - - - - - - ~gent hiper-tensiv, reg[eaz a secretia dealdostsron

Angiotensina I[ Asp -- Arg - Val- Tyr- ..[Ie - His -- Pro -- Phe

TSH- r-lH Piro,,-Glu---His-Pro-amidabOxitocina Cys-- Tyr-lie-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu G[y-amida" Horman

I I neurohipofizarS - S1------+------,- --Vasopresina cGys - Tyr - Phe - Gin - Asn - Cys - Pro - Leu(Arg) -- Gly - amida IHermon ,I I nsurohipofizarS S~ . - - - - - - - - ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . - - - - - - - - - - - - . _ . - . - -a) Restul G[y Nterrninal este angajat In [egatura peptidica prin gruparea y-COOH.

b) Restul GlyNtermina[ torrnsaza arnida intsrna; rsstul Pro c-tarmlnal formsaza amida,0) Rsstur ils 'Cys i 'Cys torrneaza punts disullurica: rsstul G[y o- te rrn lna l tcrmsaza arnlda,L .__. ~---------_---- __----I

1.3 PROTEINELE

Proteinele au 0 structura polipeptidica, Granita dintre polipeptidele propriu-zise iproteine este arbitrara, La un anurni t grad de cornplexitate a lanjurilor polipeptidice aparn ive le supe ri oare de organizare l caJiWti noi neintilnite la polipeptidele mai mid.

Proteinele, alaturi de acizii nucleici, sunt macromolecule ce exista intr-o varietatefoarte mare. Fiecare tip de celula, fiecare individ, fiecare specie poseda un set distinct dep ro te in e, S e e st imeaz a c : 1 . n um aru l d e ti pu ri de proteine d in i nt re ag a lume vie este de 1O]() 1012~ip ote nti alu l d e d iv ers ita te n u e ste e pu iz at, C h ia r p ro te in ele c ar e in de pli ne sc f un cji i sirnilarela specii diferite sun! entitali distincte, cu muse ~iproprietaji diferite.

Chirnia proteinelor este deosebit de complexa, ea presupune, mal 1 1 1 t i i , intelegereaprincipiilor generale de constructie a moleculelor proteice, a rnodului in care dintr-unnumar lirnitnt de uniWli structurale se pot forma infinit de rnulte proteine ~ia factorilorcare in terv in in rcalizarea o rg an izarii lo r spatiale. I n al d oilea rin d, stu diu l p ro tein elo r

30


31/100

necesita abordarea fiecarui ti p de proteina in parte, stabilirea pentru fiecare speciemo le cu ta ra a con st it upci c him ic e, a arhi tectur i i ~ia functiei ( sau functi i lor) p e care 1 0 exerci ta,S tru ctu re p olip ep ti di ca e ste ap ta s a p ro te in elo r c ele d OU 3 caracterc, diversitatemoleculara, pe de oparte, i specificitate de Iorma, pe de all,~parte, Un polipeptid:

cuprinde 0 catena principala cu 0 structura monotona in care se repeta grupul de atom] -- NH - CH - CO -. Varietatea lanturiloreste asigurata de radicalii R legati la C",.Cu ajutorul celor 20 radicali difcriti se pot obtine combinajii multiple, deosebite prinnumarul ~i sec ve nta restu rilo r am in oac id e. L an tu rile p oli pe ptid ic e, u nid im en si on ale iflexibile, se convertesc spontan 1n edificii cu trei d im ensiuni, cu form e caracteristicepentru 0 anumita secventa de aminoacizi.

Organizarea spatiala a lanjurilor polipeptidice are loc prin interacjiuni necovalente clegaturi de hidrogen, atractii polare i ionice, interactiuni hidrofobe - la care participaatit gruparile :::: C :;;;;0 i :::: NH din catena polipeptidica, ctt i diversele gruparicuprinse in catenele laterale ale lantului.

Complexitatea proteinelor a facut necesara introducerea mal multor trepte deorganizare ",~J[YS:ll!!:;,ll~.:,g~nY'\l1lite ~l!tl:1tll! i lJ?Ei!!:l~il., ~~\::}d,!l,~~' . . i ~~~~G..lJllternara:1J:rI}l1!JJLll!!!lli!!:,t\Jpreclzeazll numarul.si S\1,Q.Y~IlHlI2JJJlltoLm!l}J}g1!9St~S:,~Jt!nUlQ191(JJ!1l.a reda L9J~ljltlt~tlJ!2,g~lY!i.lQ.l:~Qygl~n!i:?,i n mole cu la i mai este denum ita ~iC s r r u c I \ i r l r c o v a l e l 1 - t ~ , 9 S tru ctu ra prim ara c oresp un de fo rm ulelo r stru ctu ra le u zu ale a le unuic o m p u s o r g a ; l i c ~ c i a moleculele simple astfel de fen-mule definesc in acelasi l imp ~irelatiile spatiale dintre atomi, La proteine eu lanturi lungi i un numar foarte mare deato mi su nt posib ile nu rnero ase con fon natii (aran jam en te spatiale rezu ltate prin rotatialibera a atom ilor sau grupurilor de atorni I n ju ru l I eg atu rilo r simple) i e st e nec es ar aierarhizarea nivelelor de organizare spatiala,Structurile secundare rezultate din interactiunile grupelor -:-::: C = = 0 i -::::: NH

; - -din gruparile peptidice, sunt structuri ordonate, periodice, elementul structural care legenereaza prezinta el insu~i regularitate. Structura tertiara a unui Ian] polipeptidicJ:nglobeaza. nivelul d e o rg an iz are s ec un da r la care se a da ug a m od ul d e p lie re , 'i mp ac he ta rea lantului polipeptidic determinat de interactiunile posibile intre radicalii R de la Ca>interactiuni ce depind atat de natura acestor radicali cilt i de relatiile de vecinatate dintreei. D escrierca organizarii spatiale a unui Ian] polipeptidic prin structura secundara ; , ; itertia ra este a rb itra ra , c ele d ou a nivele structurale se in trep atru nd , im preu na ele d efin escconformajia specifica a lantului.

Proteinele alcatuite din mai multe lanjuri polipeptidice (proteine oligomere) cuprindun nivel cuaternar de organizare, Structura cuaternara a unei proteine oligomere descriern od ul in care lanturile polipeptidice individuale, se asociaza, se asambleaza pentru arealiza stru ctura p roteinei date, stru ctura sa functionala,

31


32/100

1.3.1 STRUCTURA PRIMARA A PROTElNELOR

Prima proteins a carei structura primara a fast stabilita este insulin a (Sanger, 1953),proteins mica ell 51 resturi aminoacidice (Fig. 1.2). Dupa aceasta a urmat ribonucleaza(Fig. 1.3) eu 124 aminoacizi. Numarul proteinelor a CID'orstructura primara este cunoscutadepa~e~te astaz! ca te va zeci de mii,

C un oasterea s tru etu rilo r p rim are a re 0 importanta deosebi ta :p en tru In le leg erea ro lu rilo r .proteinelor, ea a deschis o rizo nturi n oi In to ate s tiin tele biologice:

a. Prin studii de secventializare s-a stabilit definitv eli 5l~aULqJe 0H : . ~ s t l ! l : a! 1 l ! i c l L nu este 0 colecjie de specii moleculare diferite (cum este cazul polim erilor desinteza):

b. ~J!.Y~tur ile ._pJimJY:~~l e prote~!l.elor Q . . I l ! i t u i e Q~iJ.a .niyru.Jnole~J.lli!L.a.....-"..,"~.~-,....,,---- . ... ,~J!.yt~~QtJ.9.!J:rtillQgi;~

c. Prin compararea structurilor primare a proteinelor care indeplinese functii omoloagela organisme diferite se poate stabili gradul de varietate structurala compatibila CU . ba num ita f un cti e i aces te compa ra ji i permit u rm arirea is to riei ev olu tiv e a p ro tein ei. D au ltsau m ai m ulte proteine om oloage pot varia la nivelul structurilor lor prim are, A deseaaceste deosebiri rezulta prin inlocuirea unui aminoacid dintr-o grupa cu un altulap arjin an d aceleias i g ru pe (de ex. Val cu Leu sau Arg eli Lys), Astfel de substitutii suntdenumite conservative. lnlocuirea unui aminoacid dintr-o anume pozijie eu altulapartinund altei grupe (substitutie nonconservativa) poate alteraIntr-o mare masuraf un cti a p ro te in ei ;

d. S ecventa am inoacizilor intr-o proteins este veriga intre m esajul genetic lnscris inA~N i expresia acestui mesaj;

e. Studiile de secventializare au dus la descoperirea unor specii de proteine anormale(proteine mutante) ea expresie a unor modificari Ia nivelul genomului; aceste proteineanormale se pot manifesta sub forma unor boli (boli moleculare).

f. S ecventializarea unui num ar din ee in ce mai mare de proteine a scos in eviden~fenomenul de polimorfism molecular. 0 proteina cu 0 anumita functie, la 0 aceiasispecie, poate exista sub forme moleculare diferite,

A T ' TG ly -Ile - V a l- G I u -G ln - Cv s- C vs -A la - S e r- Va l- C vs - S e r- Le u - T vr - Gln -L e u- G I ll- As n - T v r- C vs -A sn5 I 10 15 I 21T ~ss S8 I IP h e- V a l- As o-G ln - H is -L eu -C vs -G Iv -S e r- H is -L eu - V a I Glu A la -L eu - T yr- L eu -V a I Cy s- G Iy - G I U-A rg -G lv -P he - P he - T yr - T h r -P ro - L v s- Ala5 10 15 20 25 30

Fig. !.2 - Structura primara a lnsullnai

32


33/100

\0

F ig . 1 .3 - S tru ctu a p rirn a ra a rib on uc le a ze i

1.3.2. ORGANIZAREA SPATIALA A MOLECULELOR PROTEICE

F ie ca re p ro te in a, f ie ca re I an ] p oli pep ti di c are 0 s tr uc tu ra tr id imens ional a s pe ci fi ca careeste reprodusa ell fidelitate de milioane i milioane de ori in cursul vietii organismului i de-a lungul generatiilor. Forma speeifica a unci molecule proteice este determinata destructura sa primara, unica pentru fiecare tip de proteina, Aranjamentul spatial unic pecare un Ian} polipeptidic 11adopta 'intr-o solujie este impus de constrangeri terrnodina-mice, es te r ezu lt an t a tu tu ror i n te ra c ti un il or necovalente care se pot stabili in cuprinsulmoleculei astfel ca nivelul sauenergetic s a fie minim. Aceste interactiuni necovalente deenergie joasa (1-7 kcal/mol sau 4-29 kl/mol), au energii.de activare mici, se stabilesc euviteze foarte m ari i n u necesita interv entia unor catalizatori, Ele devin eficiente numaiprin insumarea efectelor unui numar foarte mare de legaturi.

L eg atu ri le n ec ov ale nte c ar e s e ma nif es ts i n c ad ru l mo le cu le lo r p ro te ic e, c a i 1 a aIte categoriid e b iomole cu le, s un t le gam rile d e h id ro ge n, le ga tu ri le polare i interacpunile hidrofobe.

3 3


34/100

Legatura de h idrogen se m anifests ca 0 v alen la aux iliara a h idro genu lui can d acestaeste legat covalent la un atom puternic electronegativ (0 sau N):

0-H ------------------ Y -----

donor de hidrogen acceptor de hidrogenA tom ul de h idrogen, polarizat pozitiv este arras de atom ul electronegativ al altei

molecule. Astfel, legatura de hidrcgen se manifesta, in principal, ca 0 forta electrostatica.Pu ntile d e hidrogen s e stab iles c d up a d ire cjii p riv ileg ia te, D i rec tia c ea m ai fa vo rab ila ,

cea ca re d uc e la interacjiunea cea mai puternica, corespunde colinearitatii celor trei atomi:X , H i Y . T otusi, cand aceasta dispozitie nu se ponte realiza sun t posib il e si.aranjamenten eli ne ar e a le a tom ilo r.I n m a r a de apa, unde fiecare molecula este angajata simultan in patru legaturi dehidrogen, In doua participa ca donor i la doua ca acceptor de hidrogen, asociajiileintermoleculare prin punti de hidrogen se intalnesc la multi alti compusi, in stare purasau in solutii apoase, Legaturile de hidrogen intra- sau in term oleculare inm lnite laproteine ~i alte biomolecule sunt:

- 0- H---0- HI_,/,- H --- 0 = C "


35/100

Interacpunile hidrofobe s u m factorii cei mai importanti care determina conformatiaunei molecule proteice prin insumarea unui foarte mare numar de contacte nepolare,Dintre cei 20 arninoacizi proteinogeni, sapte poseda R cu caracter hidrofob.

Puntile disulfurice S - S - care se pot stabili intre doua resturi Cys, desi suntlegaturi covalente, au un rol determinant pentru conformatia proteinei. Realizarea uneipunti -- S - S - necesita aducerea a doua resturi Cys in pozijii potrivite care serealizeaza prin forte necovalente,

Fiecare specie proteica es!e un unicat in ceea ce priveste structura primara iconformatia. Din studiul conformatiilor unui numar de proteine se pot formula principiilegenera le care guverneaza organizarea spatiala a tuturor moleculelor proteice. Cele douaelemen te stru ctu rale ale u ne i p ro tein e, ax ul caten ei p olip ep tid ic e ~icele 20 de tipuri deradicali legati la e " care se pot gasi intr-o multitudine de relatii reciproce contribuie larealizarea structurii secundare $i terjiare a proteinelor:

R1 R2 RsI ! I- NH - CH-co-NH-CH -CO- NH - CHCO-Structura secundara a proteinelor

Pauling ~icolab . incepand din anul1930 a u im repr in s s tu di i s is te rn ati ce , p ri n c ri st al og ra fi ecu ra ze X , de masur ar e a d is ta nje lo r i nt er at omice , a unghi ur ilo r de legh tu ra din am inoa ci zi , d inpeptide. S-a stabilit ca in grupareapeptidica are loe 0 conjugare re-p,Iegatura - NH - CO--capata un c ara cte r p ar tia l d e le ga tu ra d ub la , r ota ti a li be ra 1 1 1 j ur ul a ce st ei l eg at ur i fund astfelunpiedicata, Atomii C" vo r adopta pozitii rigide fa_ti1de planul Iegaturii duble. In peptidelen atu ra le s e in tilln c te n um ai co nfig uratia tra ns, m ai stab ila d ed it aceea cis (F ig . 1 .4 ).

Fig. 1.4- Confipurajla trans a unei legaturi peptidice

35


36/100

Lanjul peptidic l~i pnsrreaza flexibilitatea prin rotatia libera in jurul legaturilor:

R 1 o-CH-NH- II-C-CH-

o alta insusire a g ru pa ri i p ep ti di ce este capacitatea g ru pei :::: NHdc a forma 0legatura de hidrogen eu un grup > C = 0 aparjinand altei grupari peptidice:

> N - H --- 0 '" C CO apartinand celui de-al patrulea restaminoacidic din secventa lineara. I n acest fel, toate grupele > CO:;;i :::: NHsunt unite prin punti de hidrogen (Fig. I.5).

Stereochimia gruparii peptidice, unghiurile de legatura, distantele interatomice,col inea ri ta tea punt il or de h id ro gen, a pa rt en en ta amino ac iz ilo r la a ce ea si serie optica (seria L)determina 0 an um ita g eom etric u u-elicei:

- en fiecare rest aminoacidic se avanseaza pe verticala, eu 1,47 A ;-. pasul elicei, distanta l:ntre doua puncte echivalente pe verticala este de 5,21 A ~i

c up rin de 3 ,6 res tu ri arninoacidice;- d iamet ru l elicei, diarnetrul suprafetei cilindrice in care se a H a atomii C", este de 10,1 A ;- sensu! rasucirii lantului polipeptidic este de la stanga In dreapta (elice dreapta);

36


37/100

@ CH-R@ -NH__"C O

1

Fig. 1.5- Structura secundara de n-elice a unul lan] polipeptidic (dupa Linus Pauling)

- radicalii R ai tuturor aminoacizilor sunt orientati spre exteriorul elicei, configuratiaatomilor C" este aceeasi pentru toji aminoacizii:

- toate gruparile >NH i >C ;;::0 formeaza punti de hidrogen.Un Ian] polipeptidic sub forma de rx-elice are forma unui bastonas eu diametrul de 10,1A. Pentru 300 resturi aminoacidice lungimeaacestui bastonas este de 450 A.

37


38/100

Structura o-elicoidala a lanturilor polipeptidice postulara de Pauling i Corey a fostgasiUl, in proportie mai mare sau mai midi , la diverse proteine (Tabelul 1.6).

Tabelull.6contlnutut in elice-alta al unor protstno

[evaluat prln metoda dlsperslel activltatii opticalProteina % elice alfa

Mioglobinii 70lnsulina 38Ovalburnlna 31Serumalbumina (bovina) 46Pepsin a 31Ribonucleaza 16Chimotripsina 15

Lungimea i repartizarea segmentelor de o-elice in cuprinsul moleculei este diferita dela 0 proteina la alta, in functie de distributia factorilor stabilizatori ~i destabilizatori aielicei In structura primara. Resturile prolil, prin geometria lor particulara, impiedicarasucirea elicoidala a lanturilor polipeptidice. La nivelul unui rest Pro, lanjul se indoaieeu un unghi de 1300.

Resturile gJicil, lipsite de catena laterala, confera lanturilor polipeptidice flexibilitate i adesea la nivelul resturilor Gly structura secundara a esre inuerupta, Iantul schimbandu-~iusor directia.

Resturile de valina, izoleucina, treonina, prin radicalii voluminosi de la Cll determinao stanjenirc sterica daca aceste R ajung adiacente in elice. Serina, prin capacitatea de aforma punti de hidrogcn prin gruparea alcoolica destabilizeazri elicea,

Resturile de cisreina cfmd formeaza punti disulfurice Jeaga covalent, rigid, porjiuni alelantului polipeptidic ~i in vecinaratea acestor regiuni rasucirca elicoidala nu mai poateuvea l o c o

Structura secundara a se intUlnetc in diverse proportii atat la proteine fibril are cat sila proteine globulare. 0 proteina fibrilara cu suuctura secundara a in proportie deaproape 100'10 e ste ker ati na , proreina ab un den ta In par" piele, unghii, E ste alcam ita dinlanjuri polipepridice lungi, cu structura de o-elice, asociate cate doua ~isuperincolacite.Prin asocierea acestor dimeri se realizeaza Iibrile ~i fibre rezistente, In aceste fibrile,gruparile R pot interacpona prin valenje secundare In cele mai bune condijiuni. In plus,structura superelicoidala este stabilizata i prin pun]i disulfurice intercatenare, keratinaavand un continut ridicat ' in cisteina.

Mioglobina ~i hem oglobina au un procent m are (70 ' %) d e stru ctu ra sec un da ra a. Inaceste cazuri, segmentele de rx-elice sunt scurte, ele sunt intrerupte de portiuni

38


39/100

neelicoidale. La nivelul acestora dill urma, lantul polipeptidic li sehimba direcjia subd iv erse u ng hiu ri, p errn ita nd rea liz are a u nei s tru ctu ri c om pa cte.

U n alt rn otiv stru ctu ral in taln it la pro tein e eu u n pro een t m are d e stru ctu re secu nd araexconsta In asocierea paralela a unui num ar de segm ente de o-elice, Aces t mo ti v s tr uc tu ra lputandu-se repeta de mai multe ori in cuprinsul moleculei proteice,

Structura ~. 0 alta structura secundara a lanturilor polipeptidice in care se realizeazapotentialul m axim de legare prin pun t i de hidrogen a gruparilor >C ::: 0 ~i> N H este structura ~ sau structura in foaie plisata, In aeest caz pu njile d e h id ro gensunt intercatenare, lanjurile polipeptidice se aseaza in foi. Cea mai stabila interactiune seobtine daca lanjurile evolueaza unul de Ia capatul N -term inal spre eel C vterm inal icelalalt in sens invers (structura ~ ell lanturi antiparalele, Fig. 1.6).

Fig. 1.6- Structura sscundara ~ cu lanturi polipeptidice antiparalele

39


40/100

Da to ri ta r ig id ita ti i I eg at ur ii p ep ti di ce i c op la n ar it at ii g ru pul uiI I- CH - NH - CO - CH - se realizeaza structuri asemanatoare unei foi plisate,

Radicalii R sunt orientati, alternativ, de 0 parte si de alta.Structura secundara ~ in foaie plisata este intfilnitl1 in proportie de aproape 100 % in

protein a din matase, fibroma, Lanturile polipeptidice antiparalele sunt intinse i asociateprin legaturi de hidrogen, dand nastere unei foi plisate. Aceste foi se aseaza I I I straturi,intre stratu ri se stab ilesc nu mero ase Ieg atu ri intre g rup arile R, care proernineaza de 0parte ~i d e a lta a fie ca re i fo i. D a to ri ta u ne i s tru ctu ri p rim a re s pe ci ale , ell mu lt e r es tu ri Glyi A la alternante, d istantele d intre foi sunt m ici (3 ,5 A i sf A a lt er na ti v) . A c ea st as tru ctu ra co nfe rs fi bro in ei re zis te nta la in tin dere i flexibilitate,

Structurile p sunt motive s tr uc tu ra le i nf fi ln ite f re cv en t I n p ro te in e g lo bu la re . eel mais im p lu e leme nt d e s tru ctu re P c on sta d in tr -u n I an t p oli pe pti di c i nd oi t a su pr a lu i i ns us ic ar erealizeaza doua segmente antiparalele, denumit p-turn:

D e asernenea, m ai m ulte catene polipcprid ice, de regula o dar i m ai m ulte, p ot ado ptastructura ~ cu foi plisate. Domeniile structurale ale imunoglobulinelor ~i ale proteinelordin aceeasi superfarnilie cuprind un motiv s tru ctu ral m ajo ri ta r fL

Structura tertian! a proteinelor

A ce st n iv el d e o rg an iza re in glo be az a s tru ctu ra s ecu nd ara i d ef in es te r ap or tu ri le d in tr esegrnentele de o-elice s i s t ruc tura p , modu l de i m pa ch eta re a la ntu lu i p oli pe pt id ic . F ac !2 .! :i idete!I!l!!I~:!_IJL


41/100

Jntre diversii radicali ai aminoacizilor se po t stabili urmatoarele tipuri de legaturinecovalente:

- E l !E ! i_ g S U l is !E . Q g ! l 'intre radicalii cu (din resturi seril, treonil),(din resturi lirozil),(~~I(1!9.:adin resturi glutaminil i asparaginil):

'"C"ccc".cccc c,'~~

N HI HI N HICH - CH2 - 0 - H ----- 0 - CH2 - CHI IcoIsed!

coIsed!

- . 1 c : : g ! !t ,l l r i i o n i c c , l J l } i l l J m t r c ! l L g ! c a l ! j_ S , l :! _ 'f ! I ~ i l l ~ _ J 1 y g f l L i Y ~ 1din r e s t u r i lizil, arginil,hi st i dil) s ; - ~ ~ " C i D I ~ i ] ~ J i ~ n L I 1 Q _ l s 1 J : ~ j 1 l 1 n a a Q i s ; l l J i t r u )~LtilliL:illi:Cl } i ;

N HICH - CH2 - coo-IcoIaspar t i l

NHIH3+N - (C H 2 )4 - C HI

COIlizil

- !~~!~E9,,~ i1ElLlt iQ~)fob_~,J .nt reesturile aminoacizilor nepolari ca valina, leucina,i zo le uc in a, f cn ila la ni na , a la ni na :

NH H"C\CH

NHI ICH - CH3 CHI / ICO H3C COI Ia lan i l vali l

R esturile cisteinil din m ulte proteine form eaza leg aturi disulfurice care leaga co valentregiuni mal departate ale lanjurilor polipeptidice, Pozitiile acestor legaruri depind i deto ta lita te a f ac to ri lo r c are a si gu ra conformatia nat iv a a p ro te in ei . B - l ! ? s m I ! f J ~ J ' g i U I Q i ! , ! , ! J } E !am inoacid ic< j cuprinde patru punti disu lfurice 'intre resturile CYS'6-CYS84 ' CYS40-CYS95,"".,-,,,,_-.->I-~ ... - .CysSS-CySI IO s i CYS6s -Cysn . Din multitudinea de combinajii posibile, mtre cele 8 resturicisteinil, in proteina nativa se realizeaza una singura (Fig.I.3).

41


42/100

Un Ian] polipeptidic adopta, In masura In care Ii permite structura sa primm-a,configurajii de a-dice ~i de structura ~ ~i prin pliere, impachetarea lantului cauta s asatisfaca ~i. a fi n it at il e rad i ca li lo r R. R ezultanta tuturor acestor interactiuni determ inaconformatia moleculei proteice. Aceasta conformatie este de [apt un compromis - nuse pot realiza toate legaturile de hidrogen posibile, nu toate portiunile nepolare ajung safie lnconju rate d e u n m ed iu pu r h id rofob, nu oriee g ru pare (-) aju ng e la v ecinatateauncia (+), dar este eompromisul eel mai favorabil din punct de vedere energetic, eel maistabil. Factorul uItim care determine conformatia unei proteine este structura sa primm-a..Informajia genetica tradusa in secvente de aminoacizi, prin jocul fortelor fizico-chimice,se transforma spontan 'in edificii tridimensionale specifice.

Prima proteina a carei structura t ri di rn en si on ala a fost stabilita in cele mai mici detalii,p recizan du -s e p ozitia in s patiu a tu tu ro r atomilor componenti este mioglobina (Kendrew ic ola b., 1 95 7) . (~o~ este Q,J?r2J.~'?i!l~J~2~!'.Q.!!!~.l!l_.!!l!l~h!,n . _ Q s , ; i l ! ! " J ~ . " ' D ~ . i ! ~ t . : ~ ! ~~uf~~~.~~ (b~~~a, ca!.!!s~t)avand !9ll!ll~_~E:~g!.J.\~l!!~.;,~L9.~i,~el1.ste 0 proteinacuprinzand aproximat ivJ2Q"~inoae~zi (mio_g!.QJ.?i!!!t9.!!l,!I! ':!~s:~i,~e casalot 153) ~i0grupare~ Q ~ Q ~ ! l i . S ! I 1 _ ~ ~ ! ~ . ~ ~ ! ~ } nig~i:7'~;;r at a s chema ti c c o n f o rm a t i a l r, o l e c u l e ld c - m i o g l o b in l L

Fig. 1.7- Structura ter1iara a miogiobinei

4 2


43/100

F ig . 1 .8 - S tru ctu ra te l1 ia ra a la n tu lu l ~ a l h em og lob in e i

In rnioglobina Jj%_ q i ~ ~ ,. . . ~ ~ ~ . ~.~_~~"~E~l?E~!,_.\lE~~~~~.,~~!~~.~Cuprinde J .J l~m~! :, !~"~li_q!da~_denurnite A, B, ... H) cuprinzand intre L~~gm~!!!.llLJ2tJL~4...~~!!l.. iam.~~ce C~~g!!1~!}J1!LID.- s _ g i @ ! ! t .~ J i e o ~ d a l.~ sunt ~prat~_g."~.~~m~~~~_!l_~!!Lf.2i'!!~_la nivelul carom l ~ ! D l ~ l J 2 g l ,t p . ~ I 2 , f u ! i s J ,L ~ " Y ~ ~ i ! !} g g i E " ~ : : j~ , ! ,n palm puncte de terminare aelicelor se aflaq[QIfiili1 I n celelalte regiuni il)!rf!I!I2ert;,it..ra~~~}rii"!'~.Q!"~E:.le estedeterrninata de alji factori, Prin aceste schimbari ale directiei lUl~polipeptidic,molecula~~"ex~em de_~ompacta (45 x 35 x 25 A).~t~~}~::~Cl!prjndenumai@I!i ' .! . .


44/100

In prezen t, su nt cu noscu te structurile tertiare a le m u lto r proteine. P ro te in ele s ol ub ile ,citoplasmatice sau acelea prezente in plasma sau 1 1 1 lichidele interstitiale sunt proteineglobulare care au etalate pe suprafata g ru par il e po la re i pe acelea care p oo arta sarcin ielectrice. Radicalii nepolari sunt orientati in interiorul moleculei, Forma sferica sauelipsoidala a moleculei depinde de raportul dintre numarul resturilor aminoacidice cu Rincarcat ~i n um s ru l r es tu ri lo r eu R hidrofob. 0 valoare mai mar e a ra po rtu lu i (0,9-1,4)favorizeaza adoptarea unei forme mai alungite. 0 proteina cu un raport numarRil1earcat/numar R hidrofob m ic (0,3-0,6) adopta 0 forma sferoidala, resturile nepolare,hidrofobe se acornodeaza m ai usor in cen tru l u nei stru ctu ri g lo bu lare dedit al unciacilindrice.

La p ro te in el e membr an ar e inglobate in stratul dublu lipidic, repartizarea resturiloramin oa cid ic e po la re i nepolare este inv ersa. P artea ex terio ara a moleculei, in contact culipidele membranare , cuprinde radicalii hidrofobi, La unele proteine, in interiorulmoleculei se delirniteaza canale captusite ell resturi aminoacidice polare ;;i 'incarcareelectric (canale ionice),

Organizarea pe domenii a proteinelor. In anii din urma a fost descris un alt nivelin te rm ed ia r d e o rg an iz ar e s tru ctu ra la a p ro tei ne lo r, o rg an iz are domeniala s au su pr as tr uc -tura secun dara, A cest n ivel de o rg an iz are e ste intalnit m ai ales L apro tein ele m ai mario Undomeniu al unci proteine multidomeniale corespunde unei portiuni continue in structuraprim ara a lanju lu i polipeptid ic care este im pachetat 1ntr-o ent it at e f un cponal a i ar e 0o rg an iz are p ro pr ie s ec un da ra i te rtia ra , D om en iile s un t separate ln tre ele p rin p ortiu nide Ian] mai putin organizat, flexibil, ceca ce asigura posibilitatea deplasarii unui domeniuin raport c u a ltu l (dinamica d omeni ilo r) . R e la ti ile d in tr e domenii s un t d eo seb it d e v ari ate ,zonele de contact, de i nte ra ctiu ne p ot fi mai reduse sau mai intinse. D e asemenea,dimensiunile domeniilor structurale variaza Intre l imite largi, de la cat ev a zeci de resturiam in oacid ice, Ia su te (eel mutt 400).

O rganizarea dom eniala a proteinelor se InW.ll1e~te la m ulte proteine ~i domeniilestructurale s-au dovedit a fi unitiW f un damen ta le a le evolujiei i diversificarii proteinelor.Prill cornpararea unor p ro te in e a na lo ag e (e xe rc ita fu nc tii s im ila re ) s au /s i om olo ag e ( de ri vad in tr-u n acelasi stram os ) s-a gasi t C l l aceste proteine cuprind u nu l sau mai mu lte d om en iistructurale aproape identice. Acest fapt denota cil odata ce prin procesul de evolupe s- a.Jnventat" 0 p ro te in a a pta s a i nd ep li ne as ca o ptim 0 a num ita fu nc ti e, p atter nu l s tr uc tu ralal acesteia a fost conservat ~irepetat ori de c a r e o ri a fo st n ecesar, D iv ersificarea ~icomplexificarea proteinelor s-a facut prin combinari ale acestor motive structurale.

In natura exista num eroase enzime, diverse ca origine ~iactivitate catalitica, careutilizeaza ea substrat un nucleotid (ca NAD, FAD, AMP). Teate aceste enzime cuprindun domeniu structural de aproximativ 70 resturi aminoacidice cu 0 regiune specified dele ga re a n uc le oti du lu i.

44


45/100

P ro te in el e c ar e r eg le az a t ra n sc ri er ea ADN :ji e xp rimar ea i nto rma ti ei g enet ic e au c ap ac ita te ade a se lega de A .D N dublu elicoidal. I n s tru ctu ra a ce s t or p ro te in e a fo st re cu no sc uta e xi ste ntacarorva motive structurale (fermoar cu leucina, deget cu zinc, motiv (x~Ci) care prin forma ~id ime ns iu ne s un t comp lementare ell a dan citu ra m are d in d ub la elic e de ADN (12A n A ).

Imunoglobulinele sunt alcatuite din rnai multe domenii structurale (12) care prezinta 0o rg an iz ar e s pa ti ala s pe ci fi ca ( imunog lobu li n f ol d) . Ac es t domeniu structural es te i n ra ln i t ~i lareceptorul ce lulelor T, la com plex ul m ajor d e histocompatibilirare (HMC ) clasa I ~ic la sa II .

Un pa s im po rta nt in ex plic area i interpretarea organ izarii do men iale a pro tein elo r afost facut odata cu descoperirea discontinuitatii genelor, a alcatuirii lo r din exoni(segrnente de gene care se exprim a ca proteine) i intro ni (seg mente de g en e transcrip-tibile dar netraductibile, care nu se exprima ca proteine). S-a constatat ea, 'in multe cazuri,un d om en iu stru ctu ral proteic este co dificar de u n exo n, P rezen ja u nu i acelu iasi d om en iuIn proteine ornoloage indica descendents acestor proteine dintr-un stramos comun. D easernenea, unele dorneuii sun! dispersate In diverse proteine ale aceleiasi specii. Trecereaunui domeniu de la 0 proteina la alta este posibila prin trecerea unui exon dintr-o genai n a lta , p ri n re ar an ja ri c romos om i ale .

Structura euaternara a proteinelorM ulte proteine sunt alcatu ite din m ai m ulto lanturi polipeptidice, de regula un num ar

m ic i pereche (proteine o lig om ere) (T ab elu l 1 .7). L an tu rile in divid uate su nt d enu miteprotorneri sau subunitati, La aceste pro tein e pc Hlnga s tru ctu rile p ri ma ra , s ec un da ra : ; ; iter(iara ale fiecarui protomer, apare un nivel superior de organizare - structuracuatemara. Aceasta defineste natura, nurnarul : ; ; i modul de asociere a protomerilor.

Tabelull.7Proteine ollqornere

JIIr0teina Mesa proteinei Nr.protomeri Masa protomerilorKdaltoni KdaltoniMiozine. 4 68 2 212Creatin kinaza 80 2 4 0Fostataza alcalina 80 2 40Hemoqlobina 64,5 4 16Laetat dehidrog snaza 150 4 35Aldolaza 160 4 40Glieogen tcsforilaza 270 4 92,5Piruvat kinaza 237 4 57,2Ceruloplasrnina 151 8 18Glutamin slntstaza 592 12 48,5

Functia specifica a unei proteine oligomere se manifests numai la nivelul structuriicuaternare, protornerii separa]i sunt inactivi,

45


46/100

Asamblarea protomerilor, structura cuaternara, se realizeaza numai prin forte slabenecovalente i asocierea devine stabila, perrnanenta, numai daca suprafejele de contactBunt complernentare i un numar cat rnai mare de a to rn i se a pro pi e pfina la n iv elu l r az elo rlo r van del" W a als (raze d e contact). C om plem enrariratea sup rafejelo r d e contact asig uraun grad foarte inalt de precizie i de specificitate a structurilor cuaternare. Protomeriiunor proteine omoloage de Ia specii diferite IlU se asociaza.Interacjiunile prin suprafete com plem entare prezintafenom enul de cooperare, prim eleinteracjiuni Iavorizeaza formarea celorlalte. La inceput moleculele se juxtapun prin catevapuncte dupa care celelalte grupari W gasesc mai usor partenerii.

Capacitatea de interactiune a rnoleculelor prin suprafe]e complementare explica nun um ai Iorm area proteinelo r oligo mere, a unor stru cturi supramoleculare, dar ~im odul Inc are p ro te in ele c u structura cuatemara l~ndep li nesc func ti il e caracteristice, de transport etc.

Structurile cuaternare permit funcjionarca unor mecanisme fine de reglare a activitatiiprotcinelor. 0 perrurbajie care are loc la n iv elu l u nu i protomer ( de e xe rn plu c or nb in ar easa ell lin com pus oarecare), ponte fi transm isa In restul m oleculei, fiind resimjita lanivelul contactului dintre protorneri, structura cuaternara este alterata i totodata ~i funcjiaproteinei. Acest mecanism de reglare este denumit reglare alosterica, ce va fi dezvoltatin capitolul de enzime.Hemoglobina este 0 proteina oligomera. Hernatiile normale cuprind mai multe speciimoleculare de hemoglobina, Componenta principala din sangele adultului estehemoglobin a AI (Hb AI) alaturi de care se afla ill cantitate mica Hb A2. La embrionexista 0 Hb E iar la fat ~in ou -n asc ut H b F. T oate specii le de hemoglobins c up ri nd p atr uIanturi polipeptidice de cate dou a tipuri. Hemoglobina AI are structura (X2 P2 '

Celelalte specii de hernoglobina cuprind in Iocul Ianturilor B , lanturi y. O. c :H b AI = (X2 B 2Hb A2 = (X2 (\Hb F = (X2 "{2HbE = (X2c2

Fiecare protomer este legal. de care 0 grupare hem i activitatea de transport ao xigen ului se rn an ifesta n um ai la nivelul tetramerului,Lantul a cuprinde [41 resturi aminoacidice, iar eel ~, 146 resturi, Structurile terjiare

ale acesror Ianturi sunt similare cu ale mioglobinei, el l care ar e sirnilitudini i decompozitie aminoacidica. I n F ig . 1 .9 este aratat;l structura cuatem ara a h em og Jo bin ei. U nIan! a esre asociat de cele doua lanturi P prin zon e de contact diferite (XI B l i (XI P2 'Contactele intre p ro romer i i de nt ic i (X ~i e x su nt fo ar te r ed us e. Contactul (XI P2 es te eel maiIntins 'in s patiu , su n! implicate 34 resruri aminoacidice i aduce In contact 110 atomi.Forta principala de legare sun! interactiunile hidrofobe. A l doilea contact, (X; P I maires trans aduce in vecinatate 80 atomi apartinand la 19 resturi aminoacidice, Datoritaacestui contact mai slab, hemoglobina se disociaza in condijiuni favorabile, mai I 1 1 m i I I Idimeri 9i apoi sunt eliberati proromerii :

4 6


47/100

Fig . 1 .9- S tru ctu ra c ua tsrn araa hemog lob in e i . Reg iun i le s ll colda l ssun! reprezsntate prin cilindri

I.3.3. PROPRIETATI GEN ERA LE ALE PROTEIN ELOR

Solubilitatea. Proteinele fibrilare sunt insolubile in apa, pe cand cele globulare prezintagrade diferite de solubilitate. Aceasta insusire este datorata repartizarii pc supratatamoleculelor de r es tu ri am inoa ci di ce eu s ar ci ni e le ct ri ce ~ia a ce lo ra c are c up ri nd g ru pa ri p ola re ,

Solubilitatea in apa a proteinelor este puternic influeniata de pll-ul mediului prinrnodificarea incarcarl! electrice a proteinei; De asemenea, diverse saruri ale metalelorusoare - NaCl, MgC12, Na2S04, (NH4)2S04 ., influenjeaza considerabil solubilitateaproteinelor. La concentratii mid ele au un efect favorabil. Deexemplu, proteinele dinclasa globulinelor sunt greu solubile in apa pura, ele se dizolva usor numai in,;,soluliisaline diluate, La concentratii foarte rnari, sarurile arnintite scad solubilitatea proteinelorpan l t la precipitarea lor din solutii (salifiere). Albuminele ~iglobulinele se deosebesc dupausurinta cu care sunt precipitate de catre sulfatul de amoniu, Globulinele precipita candsolutiile care le cuprind sunt aproximativ semisaturate in (NH4)2S04' pe cand albumineleprecipita Ia concentratii mai mari de 75% saturatie. Precipitarea fractionata a proteinelordin solutie prin adaugarea treptata de (NH4hS04 este 0 metoda cu largi utilizari pentrusepararea proteinelor din medii biologice complexe.Proprietaiile e lec t rochimice . Proteinele sunt amfoliji macromoleculari, cuprind un

nurnar mai mare sau mai mic de grupari acide ~ibazice. Contribujia eea mai importantao au resturile glutamil, aspartil, lizil, arginil i histidil. Resturile aminoacidice C-terminali N-terminal au 0 contributie redusa, cu atat mai redusa ell ca t lanjul polipeptidic estemai lung. La pH-ui fiziologic toate aceste funcjii acide sau bazice sunt ionizate complet(restul histidil este ionizat aproximativ 50%), proteina apare ca un poliamfolit.

4 7


48/100

P ro prie ta jile e lec tro ch im ic e a le p ro tein elo r s un t c on cre tiz ate p rin pH -u l iz oe le ctric (p l),pH-ul solutiei in care proteina apare cu 0 sarcina electrica nul a . , numarul gruparilor (+)esteegal cu aeela al g ru pa rilo r (-'-) .. V aloarea pI a unei p rotein e depin de de co mp ozipa sa am ino acidica, de predom in en ja res-

turilor acide, a acelora bazice, 0 proteina cu pI > 7 cuprinde un exces de lizina ~:i/sauarginina;o proteina cu pI < 7 cup ri nd e 0 p ro po qi e m are d e am ino acizi d icarb ox ilici (T ab elul I.8).

La pll-ul izoelectric solubilitatea, mobilitatea proteinei in carnpuri electrice esteminima. La pH-uri departate de pI 0proteina are 0 incareitturll neta (+) sau (-):.

p p/" " COO-"" COOHprotelna lapH < pi

protsina lapH = pi

proteina lapH> pi

S ub form a d e an ion i sau cationi, pro tein ele m igreaza in csm puri electrice, pro prietatecare sta la baza m etodelor electroforetice de separare a proteinelor din am estecuri.

Tabeiul I.B.pH-urile lzoelectrtce (pi) ale unor protalneProteina pi

Salmina 12,10Histona 10,80Serumalbumina 4,90Miozina 5,20Fibrinogen 5,50Tireogldbulina 4,58Lizozim 11,00Mioglobina 6,99Hemoqlobina 7,07Citocrom c 9,80Insulina 5,35Pepsina - 1,00

Dena tu rarea p ro te ine lo r. Conformati i le na tiv e a le proteinelor g lobu lare , rezu l ta t e pr inim pa ch etare a s pec ific a a lan ju rilo r p olip ep tid ic e i a so ci er ea s ub un ita ti lo r 'i n p ro te in el eoligomere sunt extrem de fragile, ele sunt usor perturbate su b actiunea unei multitudinide agenti care afecteaza interactiunile necovalente din cuprinsul moleculei, Modificareaconforrnajiei native a unei proteine poarta denum irea de denaturare si agentii care 0provoaca sunt agenji denaturanti, S tructurile de ordin superior ale unei proteine' -secundara, terjiara, cuaternarl1- sunt asigurate de legaturi necovalente de energie joasai agentii denaturanti pun in joe forte de intensitare midi care nu afecteaza legaturile

48


49/100

covalente, I n cursul denaturarii unci proteine nu sunt rupte Iegaturile peptidice, nu seelibereaza aminoacizi.

Den atu rarea p ro tein elo r este p ro vo cata de a ge nti f oa rte d ife ri ti :- temperatura de 5 0-6 0 d en atu re aza cele m ai m ulte p ro tein e g lo bu lare; p utine p ro tein e,

de ex. ri bo nu cle az a, s up or ta p en tr u scurr tim p tem peraturi de 1000 f a r a a s e de natura;- radiatiile ell frecventa mare, ultraviolete, y ;- pli-urile extreme, acide sa u bazice dena tu r eaza majoritatea proteinelor;- ureea ~i guanidina, io concentratii mari denatureaza, reversibil, majoritatea

proteinelor solubile:- a ge nti i te ns io ac ti vi (s urf ac ta nti i);- s olv en ji i o rg an ic i.Actiunea denaturants a ureei ~i guanidinei, compusi cu 0capacitate foarte mare de a

contracta legaturi de hidrogen, demonstreaza rolul acestor interactiuni la stabilizareaconformajiei unei proteine, Actiunea acestor agenji este usor reversibila; dupaindepartarea ureei sau a g uan idin ei, leg atu rile d e hidrogen se reconstituie In cuprinsulrnoleculei. proteice io acelasi numar i I I I aceleasi pozijii ca in proteina nativa,Denaturarea proteinelor sub actiunea agentilor tensioactivi sau a solventilor organicidemonstreaza rolul interactiunilor hidrofobe in realizarea conformapei native a uncip ro te in e. A ci zi i i bazele modi fi ca 'i nc ar ea re a e le ctr ic a a u no r g up ar i, s ch ir nb a ra po rtu ri lede vecinatate intre sarcinile + ~i - de pe suprafata moleculei.

I.3.4 . C LA SIF ICAREA PROTE IN ELORS istematizarea proteinelor, compusi de 0 v ar ie ta te mo le cu la ra ~i funcjionalaextraordinar de m are, este deosebit de grea, mice incercare este arbitrara bazandu-se pe

unele trasaturi a le p ro te ine lo r ~iignorandu-le pe allele.o prima rrnpartire foarte generals a proteinelor esre '!.s~~i:l:,}!1proteine[iEj::YlE[}sorsolubile i In genere proteine intracelulare i proteine] fibrilare:\ insolubile, de regula- k - " ~ " " " ~ , . " " , , , , , , . , , ~ , , , , ~ , , , , , " "p ro tein e e xtracelu lare, ell ro lu ri d e su sjin ere,Un a ll c riteriu de clasificare a prote inelor es te ,Q[Zr; ; Il j t , ;! 'YJ! I2S~nJfL!!LmolecuIauneigmpiiri chiiTIiee di,~Jjl!t~de Ianjul derumita Pe aceastab a z i ; p r o t e i n e l e ' s u n t clasificate(pf? i~ iil~~g~JES ate;,(heteropro

1biochimie-medicala-popescu

Documents