BIOCHIMIE

Curs 8

1

4.2.5. PROPRIETI CHIMICE ALE AMINOACIZILOR

4.2.5.1. Reacii datorate grupelor funcionale carboxil

4.2.5.2. Reacii ale aminoacizilor datorate grupei funcionale amino

4.2.5.3. Proprieti chimice ale aminoacizilor care implic participarea ambelor grupe funcionale

4.2.5.4. Proprieti ale aminoacizilor datorate radicalului R

2

Proprietile chimice sunt determinate de natura grupelor funcionale existente n molecul, respectiv grupa amino (-NH2) i grupa carboxil (-COOH).

4.5.2. 1. REACII DATORATE GRUPELOR FUNCIONALE CARBOXIL

a) Reacia aminoacizilor cu hidroxizii cu formare de sruri:

b) Reacia aminoacizilor cu alcoolii cu formare de esteri :

3

4

c) Reacia aminoacizilor (sau a esterilor aminoacizilor) cu amoniac cu formare de amide:

Reacia de formare a amidelor are o mare importan biochimic, reprezentnd una dintre cile de reglare a coninutului de amoniac din organismele vegetale, deoarece o concentraie prea mare de amoniac devine toxic pentru plante. Prin formarea amidelor, plantele realizeaz blocarea amoniacului n exces, prin reacia invers, amoniacul fiind la nevoie, pus n libertate.

5

d) Decarboxilarea aminoacizilor cu formare de amine

biogene:

Decarboxilarea aminoacizilor este biocatalizat n organismele vii de enzime din clasa liazelor

(aminoaciddecarboxilaze). Unele dintre aminele biogene

rezultate sunt compui toxici, altele sunt precursori ai unor coenzime. Astfel, -alanina rezultat din acid aspartic este component a coenzimei A i a acidului pantotenic, din histidin se formeaz histamina, din aminoacizii diaminomonocarboxilici ornitina i lizina se formeaz heterocicli cu azot (pirol, piridin) prezeni n structura vitaminelor sau a unor alcaloizi cu rol fiziologic.

6

7

4.5.2. REACII ALE AMINOACIZILOR DATORATE GRUPEI FUNCIONALE AMINO

a) Reacia aminoacizilor cu acizii cu formare de sruri :

Aceast reacie a aminoacizilor se datoreaz caracterului bazic (acceptor de protoni, datorit electronilor neparticipani ai azotului aminic). n funcie de tipul acidului se formeaz sruri numite: clorhidrai, sulfai, azotai ai aminoacizilor.

8

b) Alchilarea aminoacizilor :

Alchilarea aminoacizilor (de exemplu metilarea) cu

derivai halogenai, conduce la derivai de amoniu cuaternar, denumii betaine. Aceti derivai au o mare importan fiziologic, fiind donatori de grupe metilice. n cazul glicocolului, metilarea complet conduce la formarea glicocol-betainei (cu structur amfionic), care se gsete n sfecla de zahr.

9

c) Acilarea aminoacizilor :

Acilarea aminoacizilor decurge prin tratarea aminoacizilor cu

cloruri acide sau cu anhidride acide n mediu bazic i conduce la formarea de N-acilderivai. Astfel, din glicocol i clorur de benzoil (C6H5-CO-Cl) rezult acidul hipuric (benzoilglicocolul).

d) Condensarea aminoacizilor cu aldehide cu formare de baze

Schiff

Aceast reacie prezint importan biochimic deosebit, deoarece reprezint o cale de biosintez a aminoacizilor (transaminarea cetoacizilor rezultai la biodegradarea aerob a glucidelor prin ciclul Krebs).

10

e) Dezaminarea aminoacizilor

Dezaminrile aminoacizilor sunt reacii catalizate enzimatic i constau n principiu n eliminarea grupei amino (sub form de NH3

sau de N2) i conservarea grupei carboxil. Se formeaz substane aparinnd unor clase diferite de derivai funcionali. Reaciile de dezaminare au loc n organismele vii vegetale i animale i sunt deosebit de importante n metabolismul aminoacizilor introdui prin alimentaie sau rezultai n metabolismul proteic. Dezaminrile aminoacizilor sunt de mai multe tipuri:

Dezaminarea oxidativ, conduce la formarea, pe lng NH3, a cetoacidului cu acelai numr de atomi de carbon ca aminoacidul:

11

Dezaminarea hidrolitic, conduce la obinerea, pe lng amoniac a unui hidroxiacid cu numr de atomi de carbon egal cu cel al aminoacidului iniial:

Dezaminarea reductiv are ca produs de reacie un acid saturat care pstreaz numrul de atomi de carbon:

12

Dezaminarea desaturant (intramolecular) conduce la formarea unui acid nesaturat cu acelai numr de atomi de carbon:

4.2.5.3. PROPRIETI CHIMICE ALE AMINOACIZILOR CARE IMPLIC PARTICIPAREA AMBELOR GRUPE FUNCIONALE

a) Reacia aminoacizilor cu ionii metalelor (Cu, Ni, Pb,

Ca, Mg.) cu formare de compleci de tip chelatic:

Compuii chelatici sunt combinaii stabile, nedisociabile,

frumos colorate, utilizate n chimia analitic.

13

14

condensarea intermolecular cu formarea de legturi peptidice -CO-NH-, implic eliminarea apei ntre o grup -COOH a unui aminoacid i grupa NH2

a altui aminoacid-se formeaz astfel: di-, tri-, tetra-, ..., polipeptide.

b) Reaciile de condensare ale aminoacizilor pot fi de mai multe feluri:

Datorit mpiedicrii sterice a rotaiei libere, impus de caracterul parial de legtur dubl C=N, apare posibilitatea apariiei izomeriei sterice geometrice (cis-trans, sau E-Z), evideniat prin existena n proteinele naturale doar a izomerului trans (E).

15

condensarea intermolecular a dou molecule de aminoacizi care implic ambele grupe funcionale ale acestora, conduce la compui cu ciclu dicetopiperazinic.

condensarea intramolecular implic grupele funcionale -COOH i -NH2 ale aceluiai aminoacid, aflate cel puin, n poziie una fa de alta; se formeaz compui denumii lactame.

16

4.2.5.4. PROPRIETI ALE AMINOACIZILOR DATORATE RADICALULUI R Aminoacizii liberi, peptidele i proteidele prezint i reacii chimice care depind de natura radicalului R i a grupelor funcionale grefate pe el.

Reacii ale nucleelor aromatice

Reacii ale grupelor funcionale grefate pe radicalul R

Acidul azotic concentrat acioneaz asupra nucleului aromatic al aminoacizilor cu structur aromatic: triptofan, fenilalanin, tirozin etc. sau al aminoacidului cu structur heterociclic histidin, formnd nitroderivai de culoare galben (reacia xantoproteic de recunoatere a proteinelor).

Acest tip de reacii pot fi de exemplu, reacii de formare de legturi hidrofobe n care sunt implicate catenele hidrocarbonate sau reacii de esterificare a grupelor hidroxil din hidroxiaminoacizi cu formare de fosfoproteide. n medii puternic bazice grupa -SH a cisteinei i grupa -OH fenolic a tirozinei pot disocia elibernd protoni. Grupele funcionale polare din catenele laterale ale aminoacizilor contribuie la formarea de legturi de hidrogen ntre diferitele pri ale lanului peptidic, stabiliznd molecula proteinei.

4.3 PEPTIDE (POLIPROTIDE INFERIOARE)

Peptidele sunt poliprotide inferioare, constituite dintr-un numr relativ mic de aminoacizi (monoprotide) unii prin legturi peptidice -CO-NH-. Acestea se stabilesc ntre grupa amino de la carbonul al unui aminoacid i grupa carboxil a altui aminoacid, prin eliminare de ap.

Dup numrul unitilor structurale de aminoacizi coninui, peptidele se mpart n:

oligopeptide;

polipeptide;

peptone;

albumoze.

17

4.3.1. OLIGOPEPTIDE

Sunt constituite dintr-un numr mic de aminoacizi (convenional 2-10)

i denumite n consecin: di-, tri-, tetra-, ..., decapeptide.

Datorit naturii aminoacizilor constitueni, a succesiunii (secvenei) i conformaiei lor, peptidele se pot prezenta sub forma unui numr foarte mare de izomeri (de exemplu, o pentapeptid format din 5 aminoacizi diferii, prezint 120 de izomeri). Existena unei asemenea diversiti de forme izomere, explic enorma variabilitate structural, configuraional i funcional a diferitelor forme de proteine din organismele vegetale i animale.

Orice peptid se caracterizeaz prin prezena legturilor peptidice, n care sunt implicate toate grupele carboxil i amino grefate la C, cu excepia unei grupe carboxil i a unei grupe amino care rmn la capetele catenei peptidice (polipeptidice). Aceste dou grupri funcionale neimplicate n formarea legturilor peptidice sunt denumite grupare carboxil C-terminal (aminoacid C-terminal), respectiv, grupa amino N-terminal (aminoacid N- terminal).

18

19

Prin convenie, aminoacidul N-terminal dintr-un lan peptidic (polipeptidic) se

consider a fi primul aminoacid din structura respectiv. Numele peptidelor se

stabilete prin indicarea succesiv a denumirii fiecrui aminoacid component,

cu adugarea sufixului il i terminnd cu numele ntreg al aminoacidului care

are gruparea carboxil intact. Denumirea poate fi acordat i prin utilizarea

prescurtrii numelui aminoacidului, respectiv primele trei litere din denumire:

Pentru a preciza faptul c este vorba de o molecul de sine stttoare, se scrie:

ceea ce nseamn c, atomul de hidrogen din grupa -NH2 a primului

aminoacid i grupa -COOH a ultimului aminoacid nu particip la formarea

altor legturi peptidice. Datorit grupelor funcionale terminale (-NH2 i -

COOH), peptidele manifest caracter amfoter.

Prin hidroliz acid sau enzimatic (cu enzimele peptidaze), peptidele

sunt scindate n aminoacizii componeni.

4.3.1.1.PROPRIETI FIZICO-CHIMICE ALE OLIGOPEPTIDELOR

20

Peptidele sunt rspndite att n regnul vegetal ct i n cel animal, unde ndeplinesc un anumit rol fiziologic, sau se formeaz n metabolism ca faze intermediare, sau intr n compoziia unor hormoni, antibiotice etc. Ciupercile i bacteriile produc antibiotice care conin i peptide. Se cunoate un mare numr de oligopeptide i polipeptide cu funcii fiziologice importante: hormonal, endorfine i encefaline din sistemul nervos central etc. Peptidele prezint proprieti intermediare ntre cele ale aminoacizilor i cele ale proteinelor. Peptidele cu mas molecular mare sunt solubile n ap i insolubile n alcool, solubilitatea scznd odat cu creterea masei moleculare. Sub aciunea cldurii nu coaguleaz i nu sunt denaturate. Hidroliza enzimatic a peptidelor (sub influena enzimelor peptidaze) conduce, n cazul homopeptidelor, la aminoacizii din care s-au format, iar n cazul heteropeptidelor, se obine, pe lng aminoacizi, i o component neproteic (component prostetic). Proprietile chimice ale peptidelor sunt determinate de prezena grupelor funcionale amino i carboxil libere, de la capetele sistemului, manifestndu-se sub forma reaciilor specifice acestor grupe funcionale. Legtura peptidic se caracterizeaz i prin mobilitatea atomului de hidrogen aminic care poate fi substituit cu halogeni sau cu metale.

21

Glutationul ndeplinete n organism roluri biochimice complexe:

rol de sistem redox neenzimatic, rol antioxidant, de protejare a

unor substraturi (de exemplu, acid ascorbic) fa de procesele de

oxidare, component al coenzimei donatoare de atomi de hidrogen

n procese redox etc.

22

Neuropeptidele reprezint o grup de peptide ntlnite n sistemul nervos central. Un interes deosebit prezint endorfinele, deoarece se leag de receptori care pot lega i morfina. Cel mai simplu reprezentant este grupul pentapeptidelor denumite encefaline.

Insulina i proinsulina sunt hormoni peptidici care joac un rol foarte important n reglarea metabolismului glucidic. Insulina a fost prima protid a crei secven de 51 de aminoacizi a fost clarificat n 1953, constituind din punct de vedere tiinific un pas foarte important n cercetarea biochimic.

Antibiotice peptidice. Din aceast clas fac parte substane produse de ciuperci sau microorganisme care conin tipuri de aminoacizi neproteinogeni. Una dintre cele mai cunoscute substane din aceast serie este penicilina (care are n structur aminoacizii valin i cistein). Gramicidina este o peptid ciclic format din 10 aminoacizi, printre care fenilalanina. O structur complicat (un colorant legat de o pentapeptid) prezint actinomicina, care manifest proprieti antibiotice i citostatice.

Otrvuri. O serie de otrvuri de origine vegetal sau animal sunt de natur peptidic. Amanitina i faloidina secretate de ciuperci sunt peptide ciclice formate din 7 aminoacizi. Veninul de arpe conine neurotoxine de origine peptidic.

4.3.1.2. REPREZENTANI NATURALI AI OLIGOPEPTIDELOR

23

Glutationul, un reprezentant important al oligopeptidelor este o tripeptid, i anume, glutamil-cisteinil-glicina, cu rspndire universal. n regnul vegetal, glutationul se gsete n special n semine, unde coninutul su crete n timpul ncolirii. In embrionul de gru i n esuturi, glutationul se gsete att sub form redus, ct i sub form oxidat.

Glutationul, prezent n semine, drojdie de bere, ficat, este o substan solid, de culoare alb, solubil n ap, alcool. Prezint activitate optic i un pronunat caracter acid, datorat celor dou grupe carboxil libere. Importana biologic a glutationului deriv din uurina cu care se poate oxida grupa funcional -SH (tiol). Oxigenul molecular, n prezena urmelor de metale cu rol catalitic (de exemplu, Fe), determin oxidarea formei R-SH, iar reducerea formei R-S-S-R este biocatalizat de glutation-reductaz, enzim prezent n toate organismele vii.

4.3.2. POLIPEPTIDE

24

Polipeptidele sunt peptide n compoziia crora intr peste 10 aminoacizi,

(pn la 100 de aminoacizi). Delimitarea ntre oligopeptide i polipeptide,

ca i fa de proteine este relativ, fiind greu de stabilit, pe baza unor

reacii chimice specifice. O astfel de reacie este de exemplu reacia

biuretului (reacie de culoare ntre peptide i o soluie alcalin de CuSO4).

Oligopeptidele se coloreaz roz-rou, poliprotidele se coloreaz violet, iar

aminoacizii nu dau aceast reacie.

Biuretul este compusul rezultat din dou molecule de uree, care n

reacia cu Cu din CuSO4 prezint o coloraie albastr.

25

POLIPEPTIDE

Polipeptidele sunt peptide n compoziia crora intr peste 10 aminoacizi, (pn la 100 de aminoacizi).

delimitarea ntre oligopeptide i polipeptide, ca i fa de proteine este relativ, fiind greu de stabilit, pe baza unor reacii chimice specifice.

o astfel de reacie este de exemplu

reacia biuretului (reacie de culoare ntre peptide i o soluie alcalin de CuSO4).

oligopeptidele se coloreaz roz-rou, poliprotidele se coloreaz violet, iar aminoacizii nu dau aceast reacie.

biuretul este compusul rezultat din dou molecule de uree, care n reacia cu Cu din CuSO4 prezint o coloraie albastr.

4.3.2.1. SUBSTANE INTERMEDIARE NTRE PEPTIDE I PROTEIDE

Prin hidroliza menajat a proteinelor, sau la biosinteza acestora, se

formeaz ca substane intermediare, albumozele i peptonele.

Albumozele i peptonele sunt substane cu mase moleculare situate

ntre cele ale peptidelor i proteinelor, cu structur asemntoare

peptidelor.

Albumozele formeaz cu apa soluii coloidale, precipit sub aciunea

acizilor, a sulfatului de amoniu, coaguleaz la temperaturi ridicate,

asemnndu-se mai mult cu proteinele, n timp ce peptonele, care nu

prezint aceste proprieti se aseamn mai mult cu peptidele.

26