1. AMINOACIZII. DEFINIRE ŞI CLASIFICARE.

Aminoacizii sunt unităţile constituente ale proteinelor şi cuprind în molecula lor două

grupări funcţionale: carboxil (-COOH) şi amino(-NH2). Formula lor generală poate fi scrisă

astfel:

(R-catenă carbonică)

În unele cazuri molecula de aminoacid poate conţine mai multe grupe amine sau carboxil.

Clasificarea aminoacizilor se face conform naturii radicalului de care se leagă cele două

grupe funcţionale. Se deosebesc astfel aminoacizi alifatici şi aminoacizi aromatici.

Aminoacizii alifatici sunt compuşi în care grupele –COOH şi –NH2 sînt ataşate la o

catenă alifatică, chiar dacă în moleculă există nuclee aromatice sau heterocicluri. Aminoacizii

alifatici pot fi de tip , , etc, conform poziţiei grupei amino faţă de cea carboxil. Termenii

superiori la care grupa –NH2 se află pe o catenă la capătul opus grupei –COOH, sînt de tip ω [1].

Dintre aminoacizii alifatici cei mai importanţi sunt -aminoacizii, adică acei aminoacizi care

conţin grupele funcţionale legate de acelaşi atom de carbon. Ei sunt produse de hidroliză a

proteinelor şi peptidelor.

Aminoacizii aromatici au grupele funcţionale legate direct de un nucleu aromatic.

Acid para-aminobenzoic

Conform numărului grupelor amino sau carboxil din moleculă se deosebesc acizi

monoaminomonocarboxilici, acizi monoaminodicarboxilici, acizi diaminomonocarboxilici,

hidroxi şi tiaminoacizi, heterociclici etc.

1

Dar în funcţie de particularităţile structurale ale radicalului R, se deosebesc aminoacizi

aciclici şi aminoacizi ciclici.

1. Aminoacizi aciclici:

a. Aminoacizi monoaminomonocarboxilici cu radical alifatic: glicocol/glicină, valină, alanină,

leucină, izoleucină;

b. Aminoacizi monoaminomonocarboxilici cu o grupare hidroxil (hidroxiaminoacizi): serină,

treonină;

c. Aminoacizi monoaminomonocarboxilici cu sulf: cisteină, cistină, metionină;

d. Aminoacizi monoaminodicarboxilici: acid aspartic, acid glutamic, asparagină, glutamină;

2

e. Aminoacizi diaminomonocarboxilici: lisină, arginină;

2. Aminoacizi ciclici:

a. Aminoacizi homeociclici (cu nucleu aromatic): fenilalanină, tirosină;

b. Aminoacizi heterociclici: histidină, triptofan, prolină, hidroxiprolină;

Cea mai interesantă clasificare ni se pare a fi cea bazată pe polaritatea catenei [12]:

3

1.) cu radical nepolar ( hidrofob ): glicină, alanină, valină, leucină, izoleucină, prolină,

fenilalanină, triptofanul şi metionină.Toţi sunt mai puţin solubili în apă decât aminoacizii polari;

2.) cu radical polar neîncărcat electric (la pH=6): serină, treonină, cisteină, tirosină, asparagină,

glutamină. Aceşti aminoacizi sunt mai solubili în apă decât cei nepolari, deoarece catena poate

stabili legături de hidrogen cu apa, datorită grupărilor -OH, -NH2 amidice şi -SH pe care le

conţine;

3.) cu radical polar încărcat negativ (la pH=6): acidul aspartic şi acidul glutamic.

4.) cu radical polar încărcat pozitiv (la pH=6): lisină, arginină, histidină.

Aminoacizii naturali se întîlnesc în organismele vii şi intră în compoziţia proteinelor. Din

acest punct de vedere aminoacizii naturali se clasifică în:

- aminoacizi proteici (sau proteinogeni) care se găsesc în peptide sau proteine;

- aminoacizi neproteici conţinuţi în alţi compuşi naturali;

Majoritatea aminoacizilor din proteine sunt -aminoacizii, adică au grupele –COOH şi –NH2

legate de acelaşi atom de carbon şi se deosebesc între ei prin natura radicalului R.

Prin hidroliza proteinelor obişnuite se obţin 20 -aminoacizi, în proporţii diferite, după natura

proteinei respective. Dintre cei 20 -aminoacizi se vor menţiona cîţiva reprezentanţi mai

importanţi: acid aminoacetic (glicocolul), acid -aminopropionic (alanină), acid -

aminovalerianic (valină), acid -aminoizocapronic (leucină), acid glutamic (aminoglutaric), acid

,ε-diaminohexanoic (lisină), acid -aminobutandioic ( acid aspartic), β-tiopropionic (cisteină),

cistină, prolină, histidină, serină, tirosină, treonină, triptofan, metionină. Formulele de structură a

aminoacizilor uzuali sînt reprezentate în Anexa 1.

În afara acestor 20 de aminoacizi uzuali s-au izolat un număr de aminoacizi noi din

hidrolizatul unor proteine foarte specializate, toţi derivând din aminoacizii uzuali. Astfel, 4-

hidroxiprolina a fost găsită într-o proteină fibroasă, colagen şi unele proteine vegetale; 5-

hidroxilisina în colagen; desmosina şi izodesmosina în elastină. Se mai pot găsi şi alţi aminoacizi

în hidrolizatele proteice, dar numărul lor trebuie să fie mic, ţinând seama de cunoştinţele

genetice actuale, iar distribuţia lor se va limita la o proteină dată. În toate cazurile cunoscute, ei

sunt derivaţi ai celor uzuali şi se formează după ce aceştia au fost deja inseraţi în lanţul

polipeptidic, în procesul de biosinteză a proteinelor.

În diferite celule şi ţesuturi s-au pus în evidenţă încă circa 150 de aminoacizi în formă

liberă sau combinaţii,care nu se găsesc în proteine. Majoritatea dintre ei sunt derivaţi ai -

aminoacizilor din proteine; unii au însă gruparea amino la carbonul , sau faţă de carboxil.

4

2. IMPORTANŢA AMINOACIZILOR.

Aminoacizii sînt una dintre cele mai importante clase de compuşi organici. Seamănă cu

căramizile dintr-o casă sau cu paginile unei cărţi. Fiecare celula din organism conţine

aminoacizi. De fapt, chiar trei sferturi din greutatea majoritaţii celulelor este reprezentată de

proteine, care bineînţeles sunt alcatuite din aminoacizi. Importanţa lor rezultă din gradul înalt de

răspîndire în natură şi, îndeosebi, din rolul primordial al -aminoacizilor în activitatea vitală a

organismelor vii. Prin urmare, o deosebită atenţie se acordă în continuare -aminoacizilor

alifatici, ceea ce nu exclude existenţa sau importanţa pentru sinteza organică a altor aminoacizi,

inclusiv a celor aromatici, în care grupele -NH2 şi -COOH sînt legate nemijlocit de nucleul

benzenic.

Aminoacizii - "cărămizile" din care sunt alcătuite proteinele sunt elemente indispensabile

în alimentaţia oricărui om sau animal. Lipsa unuia dintre aceştia se va resimţi la nivel general,

eficacitatea celorlalţi fiind considerabil redusă. Aminoacizii, substanţe din care în combinaţie cu

azotul rezultă proteinele, nu constituie doar unitaţile componente ale acestora, ci şi produşii

rezultaţi în urma digestiei lor.

În prezent se cunoaşte un număr de aproximativ douazeci aminoacizi, care sunt incluşi în

structura proteinelor tuturor speciilor (de la bacterii la organismul uman). Dintre aceştia, un

număr de opt sunt aminoacizi esenţiali. Aceştia nu pot fi sintetizaţi de către organism şi trebuie

luaţi din alimente sau din suplimente cu aminoacizi (proteine). Histidina, un alt aminoacid , este

considerat esenţial doar pentru copii . Pentru ca organismul uman sa fie in stare să sintetizeze şi

să utilizeze in mod cît mai eficient proteinele, este nevoie ca toţi aminoacizii sa se gasească in

proporţii corespunzătoare. Lipsa ori prezenţa în cantitate ă a oricărui aminoacid va reduce în mod

proporţional eficacitatea celorlalţi [5].

Cei 9 aminoacizi esenţiali sunt: valină, leucină, izoleucină, lisină, treonină, metionină,

fenilalanină, triptofan, histidină.

5

Unii dintre acizii esenţiali pot fi înlocuiţi în hrană prin alţii. Astfel tirosina se poate forma din

fenilalanină, dacă aceasta este prezentă în cantitate suficientă şi la fel cisteina din metionină.

Tirosina, în schimb, nu poate îndeplini aceeaşi funcţiune ca fenilalanina. Arginina este sintetizată

în cantitate suficientă de organismul normal, nu însă de organismul tînăr, în curs de creştere, sau

de organismul slăbit de boală. Capacitatea de sinteză pentru diferiţi aminoacizi variază şi cu

specia animală.

Teoretic, daca o persoana ar consuma o dietă care sa conţina toţi aceşti 9 aminoacizi,

organismul său va putea fabrica toţi aminoacizii necesari pentru creşterea musculară şi pentru

formarea hormonilor şi a enzimelor. Astfel organismul are neapărat nevoie de procurarea acestor

aminoacizi esenţiali din dietă.

Ceilalţi aminoacizi cunoscuţi sunt : alanină, acidul asparagic, asparagină, acidul glutamic,

glutamină, serină , cisteină, arginină , glicină, tirosină, prolină .

Arginina contribuie la menţinera funcţionării eficiente a sistemului imunitar şi întîrzie

dezvoltarea tumorilor. Este necesar în sinteza proteinelor, colagenului, în creşterea şi dezvoltarea

masei musculare şi reducerea ţesutului adipos şi, de asemenea, in procesul de cicatrizare. Sursele

naturale de arginină sunt : seminţele de floarea-soarelui, susanul, orezul, floricelele de porumb,

nucile etc.

Carnitina este indispensabilă în desfăşurarea proceselor metabolice şi în funcţionarea

normală a inimii. De asemenea, este cel mai important aminoacid în dezvoltarea musculaturii şi

împiedică acumularea de acid lactic în muşchi , combatînd astfel principala cauză a oboselii.

Glutamina (monoamida acidului glutamic) este cel mai abundent aminoacid dintre cei

neesenţiali, gasindu-se în masa musculară în proporţie de circa 60%. Are acţiune anabolică

puternică şi depăşeşte ceilalţi aminoacizi în ceea ce priveşte recuperarea după efort, înlăturarea

6

rapidă a durerii musculare, acumularea de masă musculară de calitate. Surse naturale: toate

proteinele animale (mai ales carne şi zer) şi vegetale (cantităţi importante în drojdie ).

Histidina are efecte antiinflamatorii şi antioxidante. Poate reduce durerile minore ale

articulaţiilor şi efecte negative ale radicalilor liberi.

Leucina, izoleucina şi valina . Aceşti trei aminoacizi sunt cei mai importanţi dintre cei

esenţiali şi sînt cunoscuţi sub numele de BCAA sau aminoacizii cu catene ramificate. Deseori

veţi găsi suplimente formate exclusiv din BCAA, efectul anabolic al celor trei fiind foarte

puternic atunci cînd sînt cuplaţi. De reţinut că leucina este prezentă în structura tuturor

proteinelor, reprezentînd aproximativ o treime dintre toţi aminoacizii. BCAA constituie una din

cele mai importante surse de energie musculară. Surse naturale: toate produsele animaliere, dar

în special carnea şi zerul ( unul din motivele pentru care proteinele din zer sint foarte bune ).

Treonina. Este un aminoacid cu rol detoxifiant ajutînd foarte mult ficatul, atît de încercat

în alimentaţia hiperproteică. Surse naturale: lapte (cea mai mare cantitate), dar şi cereale, soia şi

cartofi. .

Metionina. Aminoacid cu rol detoxifiant şi precursor al creatinei, reduce colesterolul şi

creşte nivelul antioxidant din corp. Surse naturale: brînza de vacă şi gelatina.

Lisina. Ajuta la sinteza colagenului şi formează împreună cu vitamina C carnitina. Surse

naturale: toate proteinele, dar in special cele din carnea peştilor şi din lapţii acestora, sunt foarte

bogate în lizină.

Fenilalanina. Reprezintă materia primă în sinteza hormonilor tiroidieni, fiind de

asemenea o componentă importantă şi în sinteza colagenului. Surse naturale: toate proteinele de

origine animală şi majoritatea celor de origine vegetală.

Triptofanul. Este un aminoacid de importanţă majoră, lipsa lui din structura proteinelor

putînd declanşa tulburări grave ale organismului. Surse naturale: toate proteinele de origine

animală şi vegetală.

Prezenţa suficientă, insuficientă sau absenţa aminoacizilor din hrană, constituie unul din

criteriile importante de clasificare a alimentelor. În mod natural, aminoacizii din hrană, după

digestie şi absorbţie ajung în sânge şi de aici în celule, unde are loc metabolismul lor. S-a constat

că aminoacizii liberi, aşa cum se găsesc în unele suplimente, provoacă tulburări în echilibrul

acizilor aminaţi, deoarece se absorb înainte de eliberarea substanţelor similare din hrană. Acest

decalaj, poate conduce la fenomene toxice. Este mai degrabă recomandat, să se recurgă la

suplimente cu adevărat naturale, aşa cum este polenul în care aminoacizii nu sunt liberi, dar sunt

legaţi mai labil, eliberându-se cu uşurinţă. Aminoacizii în corpul omului, trec printr-o serie de

reacţii chimice catalizate enzimatice, dintre care, cele mai importante sunt cele de dezaminare, de

7

transaminare şi de decarboxilare. Excesul de aminoacizi nu se depozitează ca proteine de

rezervă, ci se supune dezaminării: azotul este eliminate din organism sub formă de uree sau de

acid uric, iar restul organic se transformă în hidraţi de carbon sau grăsimi.

Aminoacizii îndeplinesc mai multe roluri biologice, fiind în acelaşi timp:

ioni dipolari cu un moment de dipol mare, care determină o creştere considerabilă a mediului în

care se dizolvă;

electroliţi amfoteri solubili în apă, cu capacitatea de a acţiona ca substanţe tampon în diferite

domenii de pH;

sunt optic activi, datorită faptului că posedă unul sau mai mulţi atomi de carbon asimetrici, cu

excepţia glicinei;

sunt compuşi cu grupe reactive capabile să participe la reacţii chimice având ca rezultat o mare

gamă de produse sintetice;

sunt liganzi ai multor metale;

sunt participanţi în reacţii metabolice cruciale, de care depinde viaţa şi sunt substanţe in vitro

pentru o gamă mare de enzime;

sunt constituenţi esenţiali ai moleculelor proteice ale căror caractere specifice,biologice şi

chimice sunt determinate în mare parte de numărul, distribuţia şi interrelaţiile aminoacizilor din

care se compun.

Ei prezintă unitate şi diversitate în acelaşi timp: unitate, deoarece sunt -aminoacizi cu

toate consecinţele fizice care decurg din aceasta şi pentru că cei care sunt componenţi uzuali ai

proteinelor au aceeaşi configuraţie optică a atomului de carbon din poziţia , şi diversitate,

deoarece fiecare din ei posedă o catenă diferită, care-i conferă proprietăţi unice, deosebindu-l

fizic, chimic şi biologic de ceilalţi.

8

3. METODE DE OBŢINERE A AMINOACIZILOR

Aminoacizii pot fi obţinuţi în mod natural prin eliminare din proteine sau pe cale sintetică

şi biochimică. Unele metode de sinteză sînt pur individuale pentru exemple concrete de

aminoacizi, în special pentru -aminoacizi naturali, iar altele poartă un caracter general.

3.1.Hidroliza proteinelor-Aminoacizii răspîndiţi în proteine se obţin sub formă de amestecuri complexe prin hidroliza

acidă sau bazică a acestora. Deşi separarea amestecului de -aminoacizi este dificilă, metoda

hidrolitică este folosită cu succes atît la determinarea structurii proteinelor şi aminoacizilor

constitutive, cît şi în scopuri preparative, deoarece această metodă, ca şi metoda biochimică,

permite a obţine doar L-aminoacizi; metodele sintetice dau, de obicei, amestecuri racemice, care

necesită o separare în antipozii optici D şi L pe cale chimică, microbiologică sau enzimatică.

Aplicare practică are hidroliza proteinelor conţinute în deşeurile industriei alimentare (coarne,

copite, singe).

3.2. Aminarea acizilor halogenaţi. a. Reacţia acizilor α-halogenaţi cu amoniacul constituie o metodă generală pentru prepararea

aminoacizilor alifatici :

Metoda se poate aplica la toţi α-brom-acizii accesibili prin bromurarea după metoda Hell-

Volhard-Zelinski. Au fost preparaţi astfel: valina din acid α-bromizovalerianic, leucina din acid

α-bromizocapronic, fenilanina din acid α-brom-β-fenilpropionic, acid asparagic din acid

bromsuccinic [3,6].

Pentru evitarea formării aminelor secundare şi terţiare, se utilizează un exces mare de amoniac.

9

b. Metoda lui Gabriel de obţinere a aminelor primare poate fi aplicată cu succes şi la sinteza

aminoacizilor. În această sinteză este necesar să se pornească de la esterii acizilor α-halogenaţi

[2]:

c. O sinteză clasică a ornitinei ( E. Fischer) se bazează pe o combinare a primelor două metode

descrise mai sus:

Prin această metodă a fost efectuată şi o sinteză a lisinei, folosindu-se 1,4-dibrombutan, în loc de

1,3-dibrompropan [3].

3.3. Metode pornind de la esterul aminomalonic. Prin reducerea esterului izonitrozomalonic

cu zinc şi acid acetic se obţine esterul aminomalonic. Derivaţii N-acilaţi ai acestuia formează

10

combinaţii sodate care reacţionează în acelaşi mod ca esterul malonic sodat simplu (Sörensen,

1905). Se utilizează de obicei esterul malonic N-acetilat (esterul acetamidomalonic, Snyder,

1944), cel N-formilat (Gallat, 1947), sau cel benzoilat (Painter, 1940):

De asemenea au fost folosiţi, în sinteze de acest fel, esteri amino-cianacetici N-acilaţi. Metoda s-

a dovedit foarte practică [3].

a. Prin condensarea esterului N-acetilamino-malonic sodat, cu compuşi halogenaţi adecvaţi şi

hidroliză ulterioară au fost sintetizaţi: alanina, valina, leucina şi fenilalanina, de exemplu:

b. Leucina a fost obţinută prin condensarea esterului N-acetilaminomalonic sodat cu clorură de

metalil deosebit de reactivă. Înainte de hidroliza finală se hidrogenează dubla legătură:

c. Prolina a fost sintetizată prin condensarea esterului formamido-malonic cu 1-clor-3-

brompropan (obţinut din clorură de alil, prin adiţie de HBr, în condiţii peroxidice) (Capkova-

jirku, Kostir, Vandracek, 1950 ):

11

3.4 Metoda cianhidrină (Sinteza Strecker ). a. La tratarea aldehidelor cu amestec de clorură de amoniu şi cianură de sodiu, urmată de

hidroliza acidă, se formează α-aminoacizi (A. Strecker). Componentele active ale procesului sînt

amoniacul şi cianura de hidrogen ce rezultă din compuşii anorganici:

O sinteză a serinei a fost realizată pornindu-se de la eterul monoetilic al glicocolului (Redemann,

1943):

12

Metoda aceasta a fost perfecţionată, în timpul din urmă, lăsîndu-se amoniacul să acţioneze

asupra cianhidrinei, la temperatură şi presiune mare şi efectuîndu-se hidroliza finală în prezenţa

ionilor mercurici (Gresham şi Schweitzer, 1950). Metoda suferă totuşi o îngrădire prin faptul că

aldehidele necesare pentru obţinerea anumitor α-aminoacizi sînt greu accessibile [2].

3.5. Metode bazate pe condensări Perkin.Sinteze de aminoacizi prin azlactone. Aldehidele aromatice se condensează cu acidul benzoil-

aminoacetic , în prezenţa anhidridei acetice, în condiţiile condensării Perkin. Intermediar, acidul

hipuric suferă o reacţie de ciclizare intramoleculară, cînd se formează o azlactonă. Aceasta se

condensează cu aldehidele dînd azlactone substituite, care, prin hidrogenare cu amalgam de

sodiu şi hidroliză, se transformă în α-aminoacizi (Plöchl,1883, a preparat prima azlactonă, fără a-

i stabili structura; Erlenmeyer jun, 1892):

Metoda aceasta se aplică cu mult succes la sinteza aminoacizilor cu nuclee aromatice sau

heterociclice conţinînd restul alaninic ―CH2 ―CHNH2―COOH . Astfel au fost obţinute:

tirosina, pornindu-se de la p-hidroxibenzaldehidă, triptofanul, de la β-aldehida indolului

( Ellinger, 1907) şi histidina de la aldehida imidazolului (Pyman, 1911).

3.6. Metode bazate pe reducerea derivaţilor funcţionali azotaţi ai acizilor α-cetonici.a. Reducerea se poate efectua cu metale şi acizi, cu amalgam de sodiu sau de aluminiu, cu

hidrură de litiu-aluminiu, catalitic sau electrolitic. Derivaţii funcţionali utilizaţi sînt oxime,

hidrazone, fenil-hidrazone etc., de exemplu:

13

b. Aminarea reductivă. Interesantă este formarea α-aminoacizilor din acizi α-cetonici, prin

reducere cu paladiu şi hidrogen, cu sulfat feros sau cisteină, în prezenţa amoniacului.

Intermediar se formează, fără îndoială, iminele acizilor cetonici :

Organismul animal sintetizează de asemenea α-aminoacizi, din acizi etonici. Aceste sinteze au

loc prin reacţii de transaminare [6].

3.7. Reducerea nitroacizilor aromatici este cea mai importantă metodă de obţinere a amino-

acizilor aromatici. Se supun reducerii nitroacizii aromatici corespunzători.prin schimbarea

succesiunii de interacţiune pot fi obţinuţi izomerii orto, meta şi para:

Aminoacizii obţinuţi prin sinteză sînt compuşi racemici, care pot fi scindaţi în substanţe optic

active, dacă este necesară compararea lor cu aminoacizii aflaţi în natură sau cu cei obţinuţi prin

hidroliza proteinelor [1].

3.8. Metode speciale.a. Adiţia amoniacului la acizii dicarboxilici nesaturaţi serveşte ca metodă de obţinere a

aminoacizilor dicarboxilici.

14

Acidul aspargic se obţine sintetic, cel mai uşor, prin tratarea fumuratului de etil cu amoniac, în

soluţie alcoolică, sau prin încălzirea acidului fumaric cu amoniac sub presiune:

Reacţia ceasta poate fi efectuată şi în condiţii blînde, sub acţiunea enzimei aspariginaza, mult

răspîndită în vegetale [4].

b. Cistina a fost sintetizată din acidul acetamido-acrilic, obţinut la rîndul său prin condensarea

acidului piruvic cu acetamidă (M. Bergmann, 1931):

Acest compus adiţionează uşor acidul tioacetic (Behringer; Farlow, 1948):

3.9. Sinteze de β-aminoacizi. Unele dintre metodele descrise mai sus, de exemplu metoda

aminării directe a halogeno-acizilor şi metoda reducerii derivaţilor funcţionali azotaţi ai acizilor

cetonici, se pot folosi pentru sinteze de aminoacizi cu grupele –NH2 şi –COOH în alte poziţii

decît α [3].

Acidul β-aminopropionic se poate obţine din acrilonitril, prin adiţie nucleofilă de amoniac:

sau din succin-monoamidă , prin degradare Hofman:

15

În mod similar se obţin şi acizii o- aminobenzoici:

4. PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE AMINOACIZILOR.

16

Toţi aminoacizii sunt substanţe solide, incolore, cristalizate. Forma cristalelor este

caracteristică pentru fiecare aminoacid. Se topesc la temperaturi ridicate (peste 200 OC), cu

descompunere; nu pot fi distilate nici chiar în vid. P.t. al cristalelor nu constituie un criteriu de

diferenţiere între ei.

Aminoacizii sunt, în general, solubili în apă, însă gradul de solubilitate este diferit de la un

aminoacid la altul. Solubilitatea este determinată de caracterul mai mult sau mai puţin polar al

catenei şi de pH, fiind minimă la punctul izoelectric. Sunt în general insolubili în solvenţi

organici, cu excepţia prolinei, care este relativ solubilă în etanol. Solubilitatea aminoacizilor ca şi

cea a proteinelor, este influenţată de prezenţa sărurilor.

Termenii inferiori din seria aminoacizilor alifatici au gust dulceag, cei cu masă moleculară mare

au gust amar [1-8].

Proprietăţi fizice ale aminoacizilor

Nr.

crt.

Aminoacidul Forma de

Prezentare

p.t. pHi Rotaţia

optică

MD Solubilitatea

în apă la pHi

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Glicocol Monolitic 233 6,1 - - 22,5

2. Alanină Rombic 297 6,1 +3,5 +1,6 15,8

3. Valină Foiţe 315 6 +13,9 +6,6 6,8

4. Leucină Foiţe 293 6 - -14,4 2,4

1 2 3 4 5 6 7 8

5. Izoleucină Plăcuţe 280 5,8 +12,8 +16,3 2,1

6. Serină Plăcuţe 228 5,7 -6,83 -7,9 4,3

7. Treonină Cristale 225 6,53 -28,3 - -

8. Tirosină Ace 314 5,7 -12,3 -33,9 1,6

9. Fenilalanina Foiţe 283 5,98 -35,14 -57 2,7

10. Triptofan Plăcuţe 293 5,88 -30 -68,6 1,1

11. Acid aspartic Foiţe

rombice

270 3 +4,36 +6,7 0,4

12. Acid glutamic Rombic 206 3,2 + +17,7 0,7

13. Glutamină Ace 256 - - - -

14. Asparagină Cristale 225 - -6,7 - -

17

15. Lisină Ace sau

plăci

224 9,7 +14,6 +19,7 f. solubil

16. Arginină Foiţe,

prisme

238 10,8 +12,1 +21,8 f. solubil

17. Histidină Foiţe 277 7,5 -38,1 -59,8 4

18. Cisteină Pulbere

cristalină

260 5,1 - -20 f. solubil

19. Metionină Plăcuţe

hexagonal

280 5,75 -7,2 -14,9 3

20. Cistină Plăcuţe 259 5,0 -222,4 50,9 0,009

21. Prolină Ace 214 6,3 -84,9 -99,2 154,5

22. Hidroxiprolină Plăcuţe 270 5,7 - -99,6 34,5

18

5. CARACTERISTICA CHIMICĂ A AMINOACIZILOR.

Deşi aminoacizii sînt, obişnuit, reprezentaţi ca avînd o grupă amino şi una carboxil, unele

proprietăţi nu sînt în concordanţă cu această structură.

Spre deosebire de amine şi de acizi carboxilici, aminoacizii sînt substanţe solide, cristaline,

nevolatile, care se topesc cu descompunerea la temperaturi înalte.

Sînt insolubile în solvenţi nepolari şi solubili în apă.

Constantele de aciditate şi bazicitate sînt scăzute.De exemplu, glicina are Ka=1,6×10-10 şi

Kb=2,5×10-12, deci aproximativ de 105 mai slabă ca acid comparativ cu acidul acetic, şi de 108

mai slabă, ca bază, comparativ cu etilamina.

Spectrele cu raze X, determinate pentru glicină sau alţi amino-acizi în stare solidă, evidenţiază o

distanţă echivalentă între atomul de carbon şi cei doi atomi de oxigen din grupa carboxil [2,7].

Aceste constatări, precum şi altele, pledează pentru structura dipolară sau amfionică a

aminoacizilor în stare solidă:

În soluţie aceştia se comportă ca amfioni sau ioni bipolari datorită disocierii grupărilor

funcţionale carboxil şi amină. Soluţiile aminoacizilor în apă sunt neutre (sau aproape neutre).

Datorită caracterului lor amfoter, aminoacizii se comportă în mediul acid ca baze, iar în

mediu bazic se comportă ca acizi şi formează săruri atît cu acizii cît şi cu bazele:

Astfel, în funcţie de pH, aminoacizii pot exista în soluţie apoasă sub trei forme: amfioni, cationi,

anioni [1-7].

19

Dacă la soluţia unui aminoacid se adaugă cantităţi mici de acid sau bază, pH-ul rămîne

constant, deoarece acidul şi baza se consumă în reacţii de neutralizare. Soluţiile care posedă

această proprietate se numesc soluţii tampon [6].

Acidularea soluţiei de aminoacid (I) contribuie la formarea de cationi (II), iar adăugarea bazei

alcaline, de anioni (III):

În baza acestei scheme de echilibru este uşor de înţeles că dacă soluţia de aminoacid ar fi supusă

electrolizei, atunci în mediul acid, creat de aminoacid, cationii existenţi II s-ar deplasa spre

catod, iar în mediul presupus bazic anionii III s-ar deplasa spre anod. Însă, prin adăugarea de

acid mineral sau bază alcalină, se poate creea o anumită valoare de pH, cînd concentraţia

cationilor II se egalează cu cea a anionilor III, iar concentraţia amfionilor I devine maximă. În

consecinţă, aminoacidul nu se deplasează nici spre catod, nici spre anod. Această valoare de pH

se numeşte punct izoelectric şi se notează prin pHi. Valoarea medie pentru punctele izoelectrice

ale -aminoacizilor constituie cca 6,1 [2].

Pentru aminoacizii monoaminomonocarboxilici punctul izoelectric este situat în

intervalul de pH=4,8÷6,3, în cele mai multe cazuri la valori apropiate de 6, variaţile fiind

determinate de efectul exercitat de radicalul R de la Cα asupra celor două funcţiuni, amino şi

carboxil.

Aminoacizii monoaminodicarboxilici au , în mod firesc, pHi situat la valori mai mici ale

pH-ului (domeniul acid), ca o consecinţă a faptului că în moleculă există încă o grupare carboxil,

care nu participă la formarea sării interne şi, pentru a nu fi disociată, valoarea pH-ului soluţiei

trebuie să fie situată în domeniul puternic acid.

Aminoacizii diaminomonocarboxilici reeşind din aceleaşi considerente, vor avea punctele

izoelectrice situate la valori mari ale pH-ului, respective în domeniul bazic. Pentru aceste tipuri

de aminoacizi, la anumite valori ale pH-ului vor fi prezente, în moleculă, trei grupări cu caractere

acid (de exemplu, la lisină -NH3+ , -NH3

+-COOH, iar la acid glutamic -COOH, -COOH, - NH3+,

şi în cosecinţă se pot determina trei constante de aciditate.)

20

Se poate trage concluzia că la valori ale pH-ului, situate sub valoarea punctului

izoelectric, moleculele aminoacizilor se vor găsi sub formă de cationic, iar la valorile pH-ului,

situate deasupra acestei valori, se vor găsi sub formă de anion.

Pe baza celor menţionate, se poate explica şi comportarea soluţiilor de aminoacizi la

trecerea unui curent electric, conductibilitatea acestora fiind determinată de valorile pH. În

mediul acid sau bazic moleculele aminoacizilor, găsindu-se sub formă de cationi sau anioni, vor

migra la trecerea curentului electric orientîndu-se spre catod, sau anod în timp ce la pHi

moleculele, găsindu-se sub formă de amfion , nu vor migra.

Reacţiile aminoacizilor pot fi grupate în reacţii datorate grupei -NH2, grupei-COOH şi

reacţiei datorate ambelor grupe funcţionale [1].

21

6. PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR.

6.1. Reacţii datorate grupei -NH2.

Aminoacizii, analogic aminelor, interacţionează cu acizii minerali cu formare de săruri şi se

supun alchilării şi acilării.

6.1.1. Alchilarea aminoacizilor duce la betaine:

a. Aminoacizii se pot alchila, la grupa NH2, în mod normal, prin tratare cu iodură sau sulfat de

metil, în prezenţa unui hidroxid alcalin. Cu halogenuri sau sulfaţi de alchil, aminoacizii se

alchinează la atomul de azot, formînd derivaţi N-alchilaţi [1,3]:

Alchilarea în exces de reactant conduce la derivaţi cuaternari ai aminoacizilor- betaine:

Derivatul trimetilat al glicocolului sau betaina propriu-zisă este cel mai cunoscut reprezentent al

clasei betaine. El se mai poate obţine şi din acidul cloroacetic şi trimetilamină:

22

Betainele sînt, ca şi aminoacizii, combinaţii neutre, uşor solubile-n apă.

b. În calitatea lor de săruri cuaternare de amoniu, betainele suferă la încălzire descompuneri

caracteristice, analoage degradării Hofmann. Încălzită în vas deschis, la 300º, betaina trece în

esterul metilic al dimetilglicocolului, care, fiind volatil, distilă [3]:

Reacţia aceasta este reversibilă: esterul încălzit în vas închis, 200º, în condiţii în care distilarea

numai este posibilă, se transformă din nou în betaină.

Betainele β-aminoacizilor dau, prin distilare, acid nesaturat şi amină terţiară:

Betainele γ-aminoacizilor se scindează, la încălzire, în lactone şi amine terţiare:

6.1.2. Reacţii de acilare.

a. Prin tratarea aminoacizilor cu cloruri acide, în special cu clorură de benzoil, în prezenţa unui

hidroxid alcalin, în soluţie concentrată, se obţin N-acil-derivaţi (reacţia Schotten- Baumann):

23

În mod similar reacţionează şi cu sulfoclorurile aromatice. Cloroformiaţii de alchil, în special

cloroformiatul de benzil, sînt de asemenea mult utilizaţi pentru acilarea aminoacizilor. N-Formil-

derivaţi se obţin prin formilare directă cu acid formic.

Prin acilare grupa NH2 pierde caracterul ei bazic; în consecinţă aminoacizii acilaţi, de tipul

acidului hipuric, sînt acizi de tăria acizilor carboxilici obişnuiţi [3,4].

b. Carboxi-aminoacizii şi anhidridele lor. În prezenţă de hidroxizi alcalini sau alcalino-

pămîntoşi, aminoacizii se combină cu bioxidul de carbon şi dau săruri de carboxi- aminoacizi

(derivaţi de acid carbamic):

Aceste săruri joacă probabil un rol în transportul bioxidului de carbon în lichidele din organism.

Anhidridele acestor carboxi-aminoacizi au fost folosite în sinteze de polipeptide. Compuşii

aceştia se obţin din carboalcoxi-aminoacizi, cînd aceştia sînt transformaţi în cloruri acide (H.

Leuchs, 1906):

Anhidride de N-carboxi-aminoacizi se mai pot prepara prin acţiunea directă a fosgenului asupra

α-aminoacizilor sau din esteri alchil-malonici, prin transformare în monohidrazidă, azidă şi

degradare Curtius [3]:

24

c. Hindatoine. Prin tratare cu acid cianic sau prin încălzire cu uree, α-aminoacizii dau acizi

hidantoici, care trec prin ciclizare în hedantoine [3]:

d. Prin acilare cu anhidridă acetică, în prezenţă de piridină, se transformă şi grupa carboxil într-o

metil-cetonă (reacţia Dakin-West, 1928). Acilamino-cetonele astfel obţinute trec uşor în oxazoli:

6.1.3. Desaminarea cu acid azotos. Aminoacizii reacţionează cu acid azotos, în soluţie acidă,

degajînd azot şi dînd hidroxi-acizii corespunzători [6]:

25

Pe această reacţie se bazează metoda lui von Slyke, pentru determinarea cantitativă a grupelor

NH2 din aminoacizi şi din proteine; se măsoară gaz-volumetric azotul degajat.

Dacă reacţia de mai sus este efectuată într-o soluţie conţinînd HCl sau HBr, în exces, se

obţin acizii cloruraţi sau bromuraţi respectivi (reacţiile acestea se formulează, de obicei, cu

clorură sau bromură de nitrozil ca intermediari).

Esterii α-aminoacizilor dau, cu acid azotos, diazo-esteri, dintre care cel mai cunoscut este

esterul diazoacetic, N2CH―COOC2H5.

6.1.4.Reacţii de dezaminare.

În afara reacţiei de dezaminare, sub acţiunea acidului azotos, aminoacizii elimină amoniac în

diversele procese biocatalitice, care au loc în organism sub acţiunea enzimelor. Se cunosc mai

multe tipuri de reacţii de dezaminare [1]:

a. Dezaminarea oxidativă a aminoacizilor. Eliminarea azotului din aminoacizi, sub formă de

amoniac, este o reacţie oxidativă ( Knopp, 1910; Neubauer, 1911), ducînd la acizi α-cetonici.

Apariţia acestor acizi a fost dovedită tratînd diferiţii α-aminoacizi, cu felii de organe (în cazul

acesta felii de ficat sau de rinichi); acestea conţin enzimele care catalizează această reacţie,

numite amino-acid-oxidaze. Acizii α-cetonici formaţi au fost izolaţi ca p-nitro-fenilhidrazone.

Procesul decurge în două stadii, dintre care numai primul este enzimatic, şi duce la un iminoacid;

acesta reacţionează cu apa repede şi probabil spontan [3]:

26

b. Dezaminare hidrolizantă, prin care amino-acizii se transformă în hidroxi-acizi:

c. Dezaminare prin hidrogenare. În cazul toxinfecţiilor alimentare, sub acţiunea

microorganismelor patogene, aminoacizii se dezaminează prin hidrogenare, rezultînd acizi

saturaţi:

Amoniacul, care se formează la dezaminare în organism, la rîndul său, este supus altor

transformări biochimice, conducînd la uree sau acid uric care se elimină din organism. α-Ceto, α-

hidroxi şi respectiv, acidul carboxilic, care se formează în urma dezaminării, devine în organism

o sursă de formare a hidraţilor de carbon sau grăsimilor. Ceto-acizii au un rol important şi în

sinteza α-aminoacizilor proprii [1].

6.1.5 . Transaminarea.

a. Unii acizi α-cetonici sînt transformaţi în α-aminoacizi, de către enzime conţinute în ţesuturi.

Cînd un amestec de acid L-glutamic şi de acid piruvic este adus în contact cu ficat sau muşchi

27

mărunţiţi, grupa aminică a aminoacidului este transferată la ceto-acid şi se obţine acid α-

cetoglutaric şi alanină, pînă la stabilirea unui echilibru. (Braustein şi Kritzman, 1937) [1,3]:

Enzimele care catalizează transferul unei grupe NH2 de la un aminoacid la un α-ceto-acid, pentru

a forma un nou aminoacid (şi deci şi un nou ceto-acid), se numesc transaminaze; ele sînt mult

răspîndite în ţesuturi animale şi vegetale şi în microorganisme. Reacţia aceasta necesită şi

participarea unei coenzime, cotransaminaza, reprezentată prin sistemul piridoxal-piridoxamină,

sub formă de fosfaţi. Spre deosebire de reacţia precedentă de desaminare, în cazul transaminării

nu apare amoniac. Desaminarea α-aminoacizilor decurge prin transaminare de la aceştia la acidul

α-cetoglutaric; acesta din urmă se regenerează necontenit (din acidul glutamic rezultat) prin

degajare de amoniac sub acţiunea dehidrogenazei L-glutamice (cum s-a arătat mai înainte):

Transformările care au loc în reacţiile de desaminare pot fi formulate astfel:

28

Fosfatul piridoxalului (I) formează cu aminoacidul o bază Schiff; una din formele tautomere (c)

ale acesteia dă prin hidroliză (alături de acid cetonic) fosfatul piridoxaminei (II). Acesta

reacţionează cu un alt acid α-cetonic, care va fi transformat, printr-un şir similar de reacţii (în

sens invers), într-un nou aminoacid, regenerîndu-se totodată fosfatul piridoxalului.

b. Reacţia de transaminare este calea principală pentru sinteza aminoacizilor în organismele vii.

Reacţia poate conduce la sinteza oricărui aminoacid, dacă este prezent acidul α-cetonic

corespunzător. Trei acizi α-cetonici sînt mult răspîndiţi în toate celulele vii, fiindcă sînt

intermediari în metabolismul hidraţilor de carbon: acidul piruvic, acidul α-cetoglutaric şi acidul

oxalil-acetic. Este probabil că în fotosinteza din plante se sintetizează şi alţi acizi α-cetonici,

necesari sintezei aminoacizilor naturali. Organismul animal nu poate sintetiza decît unii acizi α-

cetonici (anume pe cei ce duc la aminoacizii neesenţiali).

Acidul glutamic este unul dintre cei mai importanţi donori de grupe NH2 în sinteza

aminoacizilor, iar transaminazele care catalizează reacţiile de transaminare de la acest aminoacid

la diverşi acizi cetonici sînt foarte răspîndite (transaminazele acid glutamic/acid piruvic, acid

glutamic/acid oxalilacetic etc.). Astfel homogenatul de ficat de şobolan catalizează

transaminarea de la acid glutamic, fenilanină, leucină şi încă de la alţi cîţiva aminoacizi, la cidul

piruvic. Cu homogenat de creier, numai acidul glutamic poate dona grupe NH2 acidului piruvic.

În cazul altor mamifere, de asemenea numai acidul glutamic poate transfera grupa NH2 acidului

piruvic (sau altor ceto-acizi, prin transaminare).

29

Pe de altă parte acidul α-cetoglutaric poate accepta grupe NH2 de la aproape toţi L-

aminoacizii naturali, pentru a trece în acid glutamic. Acidul glutamic se mai poate forma prin

aminarea directă a acidului cetoglutaric, sub acţiunea dehidrogenazei L-glutamice; amoniacul

necesar provine din desaminarea oxidativă a aminoacizilor din proteinele proprii sau din

proteinele din hrană. Aşadar acidul glutamic serveşte oarecum ca un depozit de amoniac pentru

sinteza altor aminoacizi.

6.2. Reacţii datorate grupei –COOH.

6.2.1.Reacţia cu bazele.

Aminoacizii reacţionează cu bazele tari formînd sărurile respective [4]:

6.2.2. Reacţia de esterificare.

a.În mediul acid, aminoacizii formează esteri cu alcoolii [1-7].

Esterii aminoacizilor, spre deosebire de aminoacizi, sînt substanţe volatile şi pot fi separaţi prin

distilare. În esterii aminoacizilor grupa carboxil este blocată şi ei sînt baze puternice.

b. Prin reducere cu sodiu şi alcool, mai bine cu hidrură de litiu-aluminiu, de asemenea prin

hidrogenare cu hidrogen şi nichel-Raney sau cupru-crom-oxid, esterii α-aminoacizior dau α-

aminoalcooli, de exemplu:

Amino-alcoolii terţiari se obţin prin tratarea esterilor aminoacizilor cu compuşi organo-

magnezieni:

30

6.2.3. Reacţia cu PCl5, se obţin cloruri acide.

a.Aminoacizii, suspendaţi în clorură de acetil, trec, prin tratare cu pentaclorură de fosfor, în

cloruri acide, care se cunosc însă numai sub formă de clorhidraţi foarte reactivi (E. Fischer ) [6]:

b. Derivaţii N-acilaţi ai aminoacizilor trataţi în mod similar dau cloruri acide. Acestea

reacţionează normal cu reactanţi nucleofili, dare le elimină uşor acid clorhidric dînd azlactone:

Azlactone se pot obţine şi direct din α-aminoacizi sau din derivaţii lor N-acilaţi prin tratare cu

anhidridă acetică sau clorură de acetil.

Azlactonele saturate de tipul acesta se comportă ca nişte anhidride ciclice. Ele reacţionează cu

apa, alcoolii şi amoniacul prin desfacerea inelului [3].

6.2.4. Reacţia de decarboxilare.

a. Prin încălzire într-un dizolvant inert, cu punct de fierbere ridicat, aminoacizii se

decarboxilează şi rezultă aminele corespunzătoare:

În organismele vii decarboxilarea aminoacizilor are loc sub acţiunea unor enzime specifice,

eliminarea oxidului de carbon (IV) fiind însoţită obişnuit de reacţii de dezaminare. Organismul

nu face rezervă de aminoacizi, ca urmare, după combinarea aminoacizilor în proteină specifică

fiecărui individ, surplusul este transformat prin reacţii de dezaminare şi de decarboxilare în

31

resturi hidrocarbonate, din care se obţin hidraţi de carbon şi grăsimi necesare producerii de

energie. Decarboxilarea este provocată şi de microorganismele patogene (cum sînt Bacterium

coli şi Bacillus subtilis). Astfel se explică formarea în intestinul gros, în cazul toxiinfecţiilor

alimentare, a putresceinei din ornitină, cadaverina din lisină, tiramina din tirosină,histamina

din histidină şi triptamina din triptofan [9]:

Aceste amine sînt substanţe cu puternică activitate fiziologică,foarte toxice. Histamina (β-

imidazolil-etilamina) este una din componentele active din cornul de secară şi este o substanţă cu

puternică activitate simpaticomimetică. Apariţia putrescinei şi cadaverinei în carnea putrezită se

datoreşte enzimelor produse de bacteriile de putrefacţie.

Organismul se poate apără de aceste amine toxice cu ajutorul unor enzime, denumite amino-

oxidaze, transformîndu-le în aldehide inofensive [1,3]:

b. Desaminarea şi decarboxilarea simultană prin drojdie. Drojdia provoacă o degradare

specific a aminoacizilor prezenţi în mediul de fermentaţie alcoolică, transformîndu-i în alcooli

primari. Din leucină se formează alcoolul izoamilic, din izoleucină alcoolul amilic optic activ,

iar din valină alcoolul izobutilic:

32

Aceşti trei alcooli se găsesc în coada de la distilarea alcoolului etilic industrial şi provin din

proteinele care se găsesc, în mod normal, în materia primă supusă fermentaţiei.

Acţiunea aceasta a drojdiei de bere se manifestă la fel asupra tuturor α-aminoacizilor: din tirosină

se formează alcoolul p-hidroxifenil-etilic (tirosolul), iar din triptofan alcoolul β-indoliletilic

(triptofolul) etc.

Este probabil că întîi are loc o desaminare pînă la cidul α-cetonic; acesta este decarboxilat sub

influenţa carboxilazei din drojdie şi redus apoi după schema obişnuită a fermentaţiei alcoolice

[3]:

6.3. Reacţii datorate ambelor grupe funcţionale

6.3.1 Formarea complecşilor chelaţi.

Poziţia celor două grupe funcţionale conferă α- şi β-aminoacizilor capacitatea de a forma, în

prezenţa ionilor de Cu2+ sau cu ionii altor cîteva metale grele, combinaţii complexe colorate-

chelaţi- stabile şi greu solubile în apă [1-9]:

33

Formarea complecşilor prezintă importanţă pentru activitatea enzimatică a unor proteine.

a. Complexul cuprului cu glicocolul are culoarea albastră închisă şi nu este descompus de

hidroxidul de sodiu, ci numai de hidrogenul sulfurat. β-Aminoacizii formează complecşi similari,

dar mai puţin stabili; γ-, δ-aminoacizii nu formează asemenea combinaţii. Stabilitatea şi celelalte

proprietăţi indică structuri ciclice cu cicluri fără tensiune, în care aminoacidul ocupă două poziţii

coordinative ale metalului, una prin oxigen, alta prin perechea de electroni neparticipanţi ai

grupei amino:

Cobaltul, care are numărul de coordinaţie 6, formează o sare complexă cu trei molecule de

glicocol.

b. Complexoni. Acidul etilendiamino-tetraacetic, (HOOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COOH)2 şi alţi

compuşi cu structură asemănătoare formează complecşi chelatici deosebit de stabili cu caliul,

magneziul, cuprul şi cu alte metale. Se utilizează ca sare de sodiu, sub numele de EDTA, în

chimia analitică, în industria textilă, ca adaos în pulberi detergente şi în băi de devolopare

fotografică, rolul acestui compus fiind acela de a elimina prin legare complexă ionii de calciu şi

magneziu. EDTA se comportă, în complecşii săi, ca un ligant bidentat [3]:

34

6.3.2. Descompuneri termice.

a. Acţiunea căldurii asupra aminoacizilor determină eliminarea apei sau a amoniacului, inter-

sau intramolecular, cu obţinerea de produse diferite în funcţie de poziţia reciprocă a grupelor

amino şi carboxi [1-9].

În cazul α- aminoacizilor se produce o condensare intermoleculară, din care rezultă derivaţi ai

2,5-dicetopiperazinei.

Aceste substanţe, numite şi „anhidridele” aminoacizilor, se formează uşor şi din esterii α-

aminoacizilor, prin eliminare de alcool, la încălzire.

β-Aminoacizii se descompun termic cu eliminare de amoniac, trecînd în acizi nesaturaţi:

Acizii cu gupare amino în poziţia γ,δ,ε etc. elimină o moleculă de apă intramolecular şi formează

amide ciclice, numite lactame:

Aceste transformări ale aminoacizilor sînt mult asemănătoare cu cele suferite de hidroxi-acizi

sub influenţa căldurii.

b. Distilarea uscată a aminoacizilor, mai ales în prezenţa de hidroxid de bariu, produce

decarboxilare ducînd la amine primare:

35

Reacţia aceasta se aseamănă mult cu decarboxilarea produsă de unele bacterii.

Prin topire cu hidroxid de potasiu aminoacizii suferă descompuneri adînci ducînd la acizi graşi şi

amoniac sau amine.

6.3.3. Reacţia specifică cu ninhidrină (tricetohidriden-hidrat).

Ninhidrina dă cu α-aminoacizii o coloraţie albastră intensă. În prima etapă aminoacizii sînt

degradaţi la aldehide [3,7]:

Coloratul provine din condensarea ceto-alcoolului ce se formează la reducerea ninhidrinei, cu o

nouă moleculă de ninhidrină şi probabil cu o moleculă de amoniac (Ruhemann, 1910) :

Reacţia ninhidrină este de mare importanţă pentru recunoaşterea şi dozarea aminoacizilor.

6.3.4. Reacţii de condensare şi policondensare.

Proprietatea principală a aminoacizilor este condensarea şi policondensarea lor. Condensarea

aminoacizilor conduce la formarea combinaţiilor cu caracter amidic, numite peptide. Numărul

resturilor de aminoacizi în peptide este extrem de variat, fapt care a dus la clasificarea lor în

36

oligopeptide (2-9 aminoacizi), polipeptide (10-100 aminoacizi) şi proteine ( cu mai mult de 100

de aminoacizi) [1].

a. α-Aminoacizii prin condesare formează peptide.

Gruparea ―CO―NH― caracteristică acestor compuşi se numeşte legătură peptidică, de unde

provine denumirea de peptide [6].

b. Policondensarea α-aminoacizilor conduce la formarea proteinelor. Macrocatena proteinei

este compusă din 20 α-aminoacizi:

Este evident că fiecare moleculă de peptidă sau proteină va conţine:

n resturi de aminoacizi;

legături peptidice;

un N-acid (aminoacid N-terminal), rest de α-aminoacid de la capătul lanţului, care posedă grupa

amino liberă şi un C-acid (aminoacid C-terminal), rest de α-aminoacid, de la celălalt capăt al

lanţului, care posedă grupa carboxil liberă.

37

Totuşi pentru a obţine o peptidă, este necesar a forma legăturile peptidice între aminoacizii

respectivi în succesiunea cuvenită. Însă la interacţiunea directă a doi aminoacizi diferiţi reacţia

decurge în toate direcţiile posibile şi se obţine nu una ci patru dipeptide diferite, de exemplu [2]:

Pentru a dirija mersul reacţiei în direcţia dorită este necesar a bloca una din cele două grupe

funcţionale ale fiecărui aminoacid invocat în reacţie şi a o activa pe cealaltă.

Deci sinteza peptidelor din aminoacizi diferiţi are loc în etape [6]:

1.a) Reacţia de blocare a grupei amino cu un agent de acilare Z (cloroformiaţi şi anhidride):

38

b) activarea grupei carboxil prin transformare în clorură acidă:

c) Condensarea aminoacidului blocat la grupa NH2 şi activat la grupa COOH cu un alt aminoacid

cu grupa NH2 neblocată:

Rpetarea reacţiei b) şi c) pînă la adăugarea tuturor aminoacizilor.

d) Deblocarea catenei peptidice de agentul de blocare Z:

39

2) O altă variantă pentru sinteza peptidelor este condensarea unui aminoacid C-blocat cu alt

aminoacid N-blocat.

3.a) Blocarea grupei carbonil prin esterificare cu un agent Y (alcool benzilic, terţ-butilic, alţi

alcooli):

b) Condensarea aminoacidului blocat cu un aminoacid N-blocat.

40

c) Deblocarea grupei carboxil cu cloruri acide corespunzătoare sau ester obţinut cu para-

nitrofenolul şi deblocarea grupei ―NH2 prin tratare în condiţii blînde cu hidrat de hidrazină.

7. PROTEINELE.

7.1.Definirea proteinelor.

Proteinele sunt macromolecule esenţiale organismului vegetal şi animal, cu un înalt grad

de organizare structurală şi cu rol fundamental în structura şi funcţiile celulei. Sunt alcătuite

dintr-un număr mare de aminoacizi (legaţi prin legături peptidice), a căror succesiune este

determinată genetic. Imensa diversitate structurală şi funcţională a proteinelor este determinată

atât de numărul, tipul şi secvenţa aminoacizilor componenţi, cât şi de organizarea spaţială,

configuraţională a moleculei de proteină.

Proteinele sunt o clasă de compuşi organici, cu structură complexă şi masă moleculară

mare, care prin hidroliză se transformă în aminoacizi. Astfel, împreună cu apa, cu unele săruri

anorganice, hidraţi de carbon etc. sunt componenţi ai protoplasmei. Multe funcţiuni ale

41

organismelor vii depind de proteine: enzimele – catalizatorii din organismele vii – hormonii – tot

biocatalizatori – aticorpii, pigmenţii respiratori s-au dovedit a fi proteine. Unele proteine

formează parte componentă a corpului animal: tendoane, cartilaje etc; altele au rol de protecţie:

păr, lână, copite, coarne; multe constituie substanţe nutritive de rezervă [5].

Plantele îşi sintetizează proteinele din compuşi anorganici ai azotului (amoniac şi azotaţi)

pe care îi extrag din sol; ele nu elimină azotul sub nici o formă. Spre deosebire de plante,

organismul animal nu îşi poate sintetiza toate proteinele de care are nevoie; ba mai mult, el

elimină azotul sub diferite forme. De aceea, pentru menţinerea vieţii, organismul animal necesită

mereu noi cantităţi de proteine, care sunt introduse în organism o dată cu alimentaţia (de origine

vegetală sau animală).

În organism, în timpul digestiei, proteinele sunt hidrolizate enzimatic până la amino-

acizi. Această hidroliză se desfăşoară în două etape: în prima etapă proteinazele hidrolizează

proteinele din alimente până la peptide mari, care apoi, în a doua etapă, sunt hidrolizate în

continuare de peptidaze pâna la amino acizi. Proteinazele şi peptidazele reprezintă grupuri de

mai multe enzime, fiecare din aceste enzime fiind specifică pentru hidroliza legăturii peptidice a

unui anumit amino-acid.

Aminoacizii sunt indispensabili funcţionării organismului adult. Hrana animalelor trebuie

să conţină deci o cantitate suficientă din fiecare amino-acid indispensabil pentru sinteza

proteinelor specifice. Asemenea amino-acizi se găsesc, de exemplu, în proteine din lapte, carne,

ouă, creier, peşte etc., astfel încât proteinele respective pot fi înlocuite unele prin altele fără ca

organismul să sufere. Există însă proteine în care lipsesc unii din amino-acizii indispensabili, ca

de exemplu valina sau tirosina; de aceea folosirea în alimentaţie numai a unora din aceste

proteine poate duce la tulburări ale organismului. Sunt însă amino-acizi de care organismul se

poate lipsi. Exemple de amino-acizi neesenţiali sunt glicocolul, alanina.

Organismul nu poate să-şi formeze rezerve de proteine. Prin aceasta rolul proteinelor se

deosebeşte de cel al hidraţilor de carbon şi grăsimilor de care organismul se poate lipsi temporar.

Deficitul mondial de proteine animale în raport cu o alimentaţie raţională pentru populaţia

globului în continuă creştere a determinat pe oamenii de ştiinţă să studieze posibilitatea obţinerii

unei cantităţi mai mari de proteine prin metode mai rapide [12].

Lucrări fundamentale efectuate în ultimii ani (Champagnat) au arătat că unele micro-

organisme pot transforma rapid hidrocarburi parafinice în concentrate proteino-vitaminice.

Astfel, tratând un petrol parafinos (sau o motorină) cu culturi de anumite ciuperci (pe lângă

fostat de amoniu şi alte adaosuri ieftine) rezultă, ca produs al metabolismului ciupercilor, un

concentrat proteino-vitaminic şi, ca reziduu, un ulei alcătuit din izoparafine, naftene şi aromate

42

(care poate fi prelucrat mai departe fără să mai fie supus unei deparafinări). Produsul proteinic

este fără miros şi gust, astfel încât se preconizează folosirea lui ca adaos la alte alimente.

7.2.Compoziţia şi structura proteinelor.

Numărul proteinelor existente în natură este foarte mare; fiecare specie animală sau

vegetală are proteinele ei specifice. De aceea este destul de greu să se stabilească structura

proteinelor, cu atât mai mult cu cât ele se transformă cu uşurinţă sub acţiunea diferiţilor agenţi

fizici şi chimici.

Compoziţia diferitelor proteine este relativ asemănătoare. Toate proteinele sunt formate

din cinci elemente principale: carbon (50-52%), hidrogen (6,5-7,5%), oxigen (21-24%), azot

(15-18%), sulf (0,5-2,5%); unele proteine cum este hemoglobina din sânge mai conţin fier (0,3-

0,5%), altele precum cazeina conţin fosfor. Se cunosc şi proteine care conţin cupru, iod, etc.

Pentru stabilirea structurii proteinelor s-a recurs la metode de hidroliză. Hidroliza se poate

efectua cu acizi, cu baze sau cu enzime. Ca produs de hidroliză se obţine un amestec de diferiţi

amino-acizi (până la 20), cum şi amoniac, rezultat prin hidroliza grupelor –CO,―NH2 prezente

în unii amino-acizi [10,13].

Dupa E. Fischer (1902), proteinele sunt formate din resturi de amino-acizi,unite prin

legături peptidice, CO―NH:

Fiecare catenă polipeptidică a unei proteine este formată dintr-un anumit număr de

resturi de amino-acizi, dispuşi într-o succesiune determinată.

Se observă că la formarea polipeptidei intervin numai grupele funcţionale în poziţii α ;

chiar dacă aminoacidul este un acid dicarboxilic sau o diamină, a doua grupare funcţională -

COOH sau NH2 este cuprinsă în catenele laterale (R1,R2,.... R n). Catenele laterale pot fi formate

din resturi nepolare sau polare. Structura lor este una din cauzele varietăţii proteinelor.

Cercetările efectuate în ultimii ani pentru stabilirea structurii chimice şi conformaţiei unor

proteine au dat rezulatate deosebit de satisfăcătoare. Astfel, un pas înainte în acest domeniu

reprezintă stabilirea secvenţelor de amino-acizi, adică a formulelor chimice pentru catenele

polipeptidice, în insulină, hemoglobină şi alte proteine. S-a stabilit apoi modelul elicoidal pentru

formarea catenelor poilpetidice în α-proteine, iar unul din cele mai frumoase progrese în biologia

moleculară este lămurirea (cu ajutorul spectrelor de raze X) a conformaţiei proteinelor

43

mioglobina şi hemoglobina. Cu toate aceste realizări, structura majorităţii proteinelor este încă

insuficient cunoscută şi prezintă un vast domeniu de cercetare pentru mulţi oameni de ştiinţă.

Cunoaşterea ei va ajuta la înţelegerea mecanismului celulei vii şi va deschide calea pentru mari

progrese în biologie şi medicină.

Proteinele sunt macromolecule cu structură complexă, în care atomii şi grupele de atomi

constituenţi sunt dispuşi conform unui aranjament spaţial conformaţional, în cadrul aceleiaşi

configuraţii a moleculei proteice. Configuraţia indică aranjarea în spaţiu a grupelor substituente

din stereoizomeri, astfel de structuri având de suferit la modificarea, iar conformaţia indică

modalitatea dispunerii atomilor în spaţiul tridimensional, ca o consecinţă a rotirii acestora în

jurul unei legături simple existente în molecula respectivă [10].

Structura generală a proteinelor este determinată de următorii factori:

- caracterul legăturii peptidice (caracter parţial de dublă legătură datorită delocalizării

electronilor π ai legăturii C=O din vecinătate);

- geometria legături peptidice (legătura peptidică având caracter parţial de dublă legătură

permite o rotaţie liberă a atomilor de C şi N în jurul ei, fapt ce se repercutează asupra organizării

spaţiale a proteinelor);

- natura catenelor laterale (-R) ale aminoacizilor componenţi care pot prezenta grup polare

(provenite din grupările funcţionale –COOH, -NH2, -OH, -SH) sau nepolare;

- conformaţia (organizarea stereospecifică) [10].

Structura globală a macromoleculelor proteice reprezintă rezultanta coexistenţei

interacţiunii mai multor nivele de organizare:

1. primară

2. secundară

3. terţiară

4. cuaternară

Nivelurile structurale ale moleculei proteice sînt reprezentate în Anexa 2.

1. Structura primară este structura de bază a fiecărei proteine şi reprezintă numărul, tipul,

proporţia şi ordinea aminoacizilor în catena polipeptidică. Ea se caracterizează prin:

existenţa legăturilor peptidice (―CO―NH―) între diverşi aminoacizi;

existenţa unei succesiuni (secvenţe) bine definite a aminoacizilor în catenele polipetidice,

controlată genetic de informaţia cuprinsă în ADN;

determină configuraţia de ansamblu specifică fiecărei proteine.

2. Structura secundară reprezintă aranjamentul spaţial al lanţului polipeptidic, datorat

multiplelor legături de hidrogen intra- şi intercatenare ce se stabilesc între grupările –NH şi –CO

44

din legături peptidice diferite. Formarea acestor legături de hidrogen este posibilă datorită

distribuţiei diferite a electronilor la nivelul legăturii peptidice, legătură ce devine parţial ionizată,

deoarece atomul de O va avea un exces de electroni (δ-), iar atomul de N un deficit de electroni

(δ+). Deşi legăturile de hidrogen sunt relativ slabe, structura secundară este totuşi stabilă datorită

numărului mare de astfel de legături de hidrogen şi de repartizarea lor uniformă de-a lungul

catenelor polipeptidice. Structura secundară este reprezentată în cele mai multe cazuri prin două

modele conformaţionale: α-helix şi β-pliere [12].

• Modelul α-helix rezultă din spiralarea catenei polipetidice într-o elice orientată de la stânga la

dreapta (orientare care predomină în structura proteinelor native şi este mai stabilă din punct de

vedere energetic). Această structură are următoarele caracteristici:

pe fiecare spiră sunt 3,6 resturi de α-aminoacizi;

distanţa dintre două spire este de 5,4 Ǻ;

toate grupările –NH şi –CO formează legături de hidrogen;

radicalii R ai tuturor aminoacizilor sunt orientaţi spre exteriorul elicei, deasupra sau dedesubtul

planului legăturilor peptidice.

Modelul α-helix.

• Modelul β-pliere („planuri pliate”): în această structură lanţul polipeptidic suferă o îndoire

(pliere) la un unghi de 90˚, care se face în dreptul atomului de Cα, purtător al grupărilor –COOH

şi –NH2 implicate în legături peptidice. Această pliere a lanţului polipeptidic determină apariţia

de legături de hidrogen intercatenare între două sau mai multe lanţuri polipeptidice (între atomii

de H dintr-o legătură peptidică a unui lanţ polipetidic şi atomii de O dintr-o legătură peptidică a

altui lanţ polipeptidic), legături care conferă stabilitate acestei structuri. Modelul în planuri pliate

este de tip paralel şi antiparalel. Proteinele cu structură β-pliată sunt flexibile, dar nu elastice şi

sunt în general proteinele sub formă de filamente (proteinele fibrilare).

45

3. Structura terţiară este o organizare spaţială complexă rezultată prin înfăşurarea lanţului

polipeptidic într-o suprastructură tridimensională (globulară cel mai adesea). Proteinele cu

structură terţiară, respectiv proteinele globulare, prin înfăşurarea lor formează un miez hidrofob,

format din radicalii nepolari, şi o parte externă hidrofilă, cu grupări chimice disociabile ale

aminoacizilor constituenţi. Structura terţiară a proteinelor globulare poate fi clasificată în funcţie

de secvenţele zonelor cu structuri secundare ordonate, astfel:

conformaţia α, care conţine doar catene α-helix antiparalele grupate câte două;

conformaţia β, care conţine numai catene cu structură β-pliată antiparalele;

conformaţia α +β, care conţine atât catene α-helix, cât şi catene cu structură β-pliată plasate în

diverse părţi ale moleculei. Planul β-pliat este format din lanţuri antiparelel, având la capete

grupate catenele de α-helix;

conformaţia α/β, în care segmente cu structură secundară β orientate paralel într-un plan β-pliat

alternează cu segmente cu structură secundară α-helix, aflate de o parte şi de alta a planului β-

pliat. Structura terţiară este un stadiu avansat de organizare spaţială a structurii proteinelor, a

cărei complexitate este detrminată de existenţa unor multiple interacţiuni chimice

intramoleculare, precum:

legături covalente formate prin „punţi disulfurice” (-S-S-) între radicalii de cisteină;

legături de tip eter sau de tip ester;

legături ionice stabilite între grupările polare (-NH3+ şi –COO-) din diferiţi aminoacizi;

legături de hidrogen nepeptidice;

legături de tip dipol-dipol, stabilite între grupările –OH din serină şi treonină, forţe Van der

Waals sau interacţiuni hidrofobe.

46

Toate aceste legături sunt însă legături slabe (cu excepţia celor covalente) care conferă structurii

terţiare o anumită labilitate şi care se pot desface sub acţiunea unor factori fizici sau chimici,

fenomen cunoscut sub denumirea de denaturarea proteinelor, proces însoţit de cele mai multe

ori de pierderea proprietăţilor biologice.

4. Structura cuaternară reprezintă cel mai înalt grad de organizare moleculară a proteinelor,

caracteristic proteinelor native, care există ca agregate moleculare formate din mai multe catene

polipeptidice unite în subunităţi. Structura cuaternară reprezintă asocierea unor catene

polipetidice identice, numite protomeri (care au deja structură primară, secundară şi terţiară

definită) într-un ansamblu (agregat) denumit oligomer. În funcţie de numărul protomerilor (care

pot fi identici sau diferiţi) proteinele oligomere pot fi dimeri, trimeri, tetrameri.

Legăturile dintre protomeri se manifestă la suprafaţa fiecărui protomer, sunt legături de

hidrogen şi electrostatice cu rolul de a stabiliza agregatul molecular.

Asamblarea proteinei oligomere are loc prin alăturarea unor porţiuni din suprafaţa

monomerilor, precizia cu care se realizează asamblarea şi stabilitatea configuraţiei proteinei

oligomere fiind asigurate de principiul complementarităţii subunităţilor.

Un exemplu de proteină oligomeră îl constituie componenta proteică a clorofilei –

pigment verde care asigură absorbţia radiaţiilor luminoase în procesul de fotosinteză.

Structura cuaternară a acestei proteine este un tetramer alcătuit din patru protomeri,

respectivi patru catene polipeptidice: 2 catene H identice şi 2 catene L identice. Cei patru

protomeri se constituie într-un tetramer care leagă în centrul său o moleculă de clorofilă,

structura rezultată fiind integrată în membrana internă a cloroplastului.

În situaţia în care anumiţi factori fizici sau chimici induc disocierea subunităţilor, aceasta

presupune totodată modificarea conformaţională a proteinei şi respectiv pierderea activităţii ei

biologice. Un alt exemplu de proteină oligomeră îl constituie enzima RUBISCO – care asigură

fixarea CO2 în procesul de fotosinteză.

Structura cuaternară a acestei proteine este un octamer alcătuit din patru dimeri, respectiv

16 catene polipeptidice: 8 catene L identice sintetizate în cloroplast, 8 catene S identice

sintetizate în citoplasmă şi 4 ioni de Mg2+. O catenă (subunitate) S sintetizată în citoplasmă şi

care a pătruns prin porii membranei în cloroplast se leagă de o subunitate L sintetizată în stroma

cloroplastului formând un dimer, care ulterior fixează un ion de Mg2+. Patru astfel de dimeri

constituiţi se asociază formând un octamer, structura rezultată având opt situsuri pentru fixarea

CO2.

47

7.3. Proprietăţile generale ale proteinelor.

7.3.1.Proprietăţi fizico-chimice .

1. Starea de agregare – în stare pură sunt substanţe solide, cristaline sau amorfe, stabile la

temperatura obişnuită, iar la temperaturi mai mari de 50°C se denaturează.

2. Masa moleculară variază de la câteva mii la milioane de daltoni (1Da este unitatea atomică

de masă 1,67 • 10-24g).

3. Solubilitatea proteinelor – proteinele globulare sunt solubile în apă şi soluţii saline, iar cele

fibrilare sunt insolubile. Solubilitatea proteinelor depinde de pH-ul şi compoziţia mediului.

4. Caracterul coloidal – datorită configuraţiei macromoleculare proteinele formează sisteme

coloidale, heterogene, în care faza dispersată este proteina, iar dispersantul este apa faţă de care

proteina manifestă o oarecare afinitate. Din acest motiv proteinele nu dializează prin membrane

semipermeabile şi se denaturează reversibil.

5. Disocierea proteinelor – fiind polielectroliţi proteinele au caracter amfoter (în mediu acid se

comportă ca baze, iar în mediu bazic ca acizi). În funcţie de structura primară a fiecărei proteine

şi pH-ul mediului pentru orice proteină există o valoare de pH, numită pH izoelectric (pHi), la

care sarcina globală a proteinei este zero, starea coloidală se destabilizează, iar proteinele

manifestă solubilitate minimă. La pH mai mare decât pHi sarcina globală a proteinei este

negativă (se comportă ca un anion), iar la pH mai mic decât pHi sarcina globală a proteinei este

pozitivă (se comportă ca un cation) .

6. Comportarea ca un sistem tampon datorită caracterului amfoter proteinele au capacitatea de a

menţine pH-ul fiziologic în interiorul celulei vegetale, asigurând homeostazia acesteia.

7.3.2.Proprietăţi chimice.

Reacţiile chimice la care participă proteinele se pot clasifica în următoarele categorii:

1.Reacţii datorate prezenţei legăturilor peptidice – care pot fi clasificate la rândul lor în:

a. Reacţii de hidroliză sunt reacţiile de scindare hidrolitică a legăturilor peptidice, în mediu acid,

bazic sau sub acţiunea enzimelor proteolitice, cu punerea în libertate a aminoacizilor componenţi

ai macromoleculei proteice.

De remarcat că la hidroliza proteinelor în tubul digestiv şi la nivelul celular intervin două tipuri

de enzime, proteinazele şi peptidazele, care acţionează în două etape:

48

Proteinazele (pepsina, tripsina, chemotripsina) prezentînd specificitate hidrolizează legăturile

peptidice dintre numiţii L-aminoacizi. Peptidazele (amino-peptidaze, carboxi-peptidaze) prezintă

şi ele specificitate şi catalizează hidroliza polipeptidelor, atacînd lanţul peptidic în diferite

moduri:

b. Reacţia biuretului este o reacţie de culoare specifică legăturii peptidice de reacţie cu ionii de

Cu2+, în mediu alcalin, formând combinaţii complexe de culoare violacee (roz-violet) [10].

2.Reacţia xantoproteică este specifică proteinelor care conţin aminoacizi ce posedă radicali

aromatici. În prezenţa acidului azotic concentrat, are loc nitrarea nucleului benzenic, rezultînd

nitroderivaţii corespunzători. Precipitatul alb-gălbui, care se formează la creşterea temperaturii,

se solubilizează obţinîndu-se o soluţie de culoare galbenă, care devine portocalie prin adăugare

de amoniac [1].

3. Reacţia Adamkiewiks-Hopkins este caracteristică inelului idolic din triptofan. O soluţie

coloidală de proteină devine roşie violet în prezenţa soluţiei concentrate de H2SO4 cu urme de

acid glioxilic.

4. Reacţia Millon constă în apariţia unui precipitat de culoare roşie la tratarea proteinelor cu o

soluţie concentrată de azotat de mercur în acid azotic ce conţine acid acid azotos. Reacţia se

datoreşte grupei fenolice [11].

5. Reacţii datorate grupării amino libere – toţi aminoacizii componenţi ai proteinelor

reacţionează cu ninhidrina prin intermediul grupării amino, care se eliberează sub formă de

amoniac, şi formează un compus de culaore albastră-violet.

6. Reacţii de precipitare – în funcţie de natura reactivilor de precipitare, proteinele precipită

reversibil sau ireversibil.

a. precipitarea reversibilă (salifierea) se realizează în prezenţa unor concentraţii mari de

electroliţi tari, (NH4)2SO4 sau Na2SO4, fără modificarea structurii spaţiale, iar după îndepărtarea

agenţilor chimici de precipitare proteinele revin la starea lor nativă, fără modificarea

proprietăţilor biologice ale acestora.

49

b. precipitarea ireversibilă este însoţită de modificări profunde ale structurii proteinelor, care se

denaturează şi nu se mai pot redizolva, rămânând în stare precipitată. Această reacţie are loc în

prezenţa acizilor minerali concentraţi (HNO3, HCl), acizilor organici (acidul tricloracetic, acidul

picric, acidul acidul sulfosalicilic), cu săruri de metale grele (Pb2+, Hg2+) sau cu solvenţi organici

(acetonă, alcool) [13].

7. Reacţii datorate catenelor laterale sunt reacţii chimice în care sunt implicaţi radicalii

proveniti de la aminoacizii ce alcătuiesc structura primară a unei proteine. Aceste reacţii sunt

diverse în funcţie de natura catenei laterale, fiind de esterificare, alchilare, etc.

7.4. Proteine cu importanţă biologică.

Toate proteinele se împart în două grupe mari: proteine simple (proteine), în compoziţia cărora

intră numai resturi de aminoacizi şi proteine conjugate (proteide), care reprezintă o combinaţie

dintre o proteină simplă cu un compus de natură neproteică, denumit gruparea prostetică.

După formă, proteinele sunt:

- globulare (sferice),

- fibrilare (alungite şi uneori dure numindu-se şi scleroproteide).

Între cele două tipuri, există şi forme intermediare (globulinele).

Proteinele simple

În funcţie de solubilitatea şi proprietăţile fizice proteinele simple se divizează în următoarele

grupe: albumine, globuline, prolamine, protamine, histone, gluteline, scleroproteine sau

proteinoide.

Albuminele sunt proteine globulare cu caracter slab acid spre neutru şi masă moleculară

relativ mică, uşor solubile în apă, soluţii saline, acizi şi baze diluate. Sînt foarte răspîndite în

natură: ovalbumina din albuşul de ou, leucozina din cereale (grâu, secară, ovăz) , legumelina din

seminţele leguminoaselor (mazăre, linte, şi soia), ricinina din seminţele de ricin, faseolina în

seminţale de fasole, lactalbumina din lapte, etc. Albumine se găsesc şi în toate organele

plantelor, de cele mai multe ori asociate cu globuline, de care se separă datorită solubilităţii

diferite. Spuma albă care apare la fierberea fructelor şi legumelor se datoreşte prezenţei

albuminelor.

Globulinele au un caracter mai acid decât albuminele, datorită conţinutului mai mare de acizi

aspartic şi glutamic. Au masă moleculară mai mare decât albuminele şi cristalizează mai greu

dacât acestea. Sunt insolubile în apă, dar solubile în soluţii slab alcaline; precipită în soluţii de

sulfat de amoniu 50% şi se denaturează termic mai greu dacât albuminele. Sînt foarte răspîndite

50

în natură: lactoglobulina din lapte, miozina din muşchi, legumina din mazăre, fasolina din fasole

albe etc.

Prolaminele (sau gliadinele) sînt proteinele greu solubile în apă şi în alcool absolut, dar

solubile în alcool de 60-80 %. Ele conţin multă prolină. Se găsesc mai ales în plante, în seminţele

cerealelor: gliadina din boabele de grîu şi secară, zeina din boabele de porumb.

Protaminele sînt proteine, soluţiile cărora au un caracter bazic puternic, sînt uşor solubile în

soluţii diluate de acizi, masa moleculară este joasă (pînă la 12 000). Nu conţin sulf, se găsesc în

cantităţi mari în nucleul celular şi sperma peştilor: clupeina din scrumbie, sturina din nisetru.

Histonele – proteine nucleare cu un caracter slab bazic, solubile în soluţii diluate de acizi.

Intrăin componenţa proteidelor cromozomilor, eritrocitelor , leucocitelor, celulelor timusului.

Glutelinele sînt proteine cu un caracter slab acid, solubile în baze diluate. Sînt bogate în acid

glutamic, au proprietăţi mucilaginoase, ca şi prolaminele se găsesc în seminţe de cereale

(gluteina din boabele de grîu, orizenina din boabele de orez). Amestecul format din gluteina şi

gliadina care se izolează din făina de grîu poartă denumirea de gluten. Proteinele din gluten prin

punţile lor -S-S- conferă făinii de grîu proprietatea de a forma cu apa un aluat elastic, care reţine

într-un mod caracteristic dioxidul de carbon eliberat în timpul fermentării, dînd pîinii o structură

poroasă şi un volum corespunzător.

Scleroproteinele – proteine insolubile (fibrilare). Conţin o cantitate mare de glicină şi cisteină.

Reprezentanţii tipici sînt colagenul din ţesutul conjunctiv, elastinele din arterii şi tendoane ,

cheratinele din păr, coarne, copite, piele, lînă, unghii.

Proteine conjugate (proteide)

Proteidele în funcţie de gruparea prostetică se clasifică în subgrupe:

Fosfoproteinele sunt heteroproteide a căror componentă prostetică este reprezentată de

radicalul acidului fosforic (-PO3H2). Acest radical se leagă de coponenta proteică prin

intermediul aminoacidului serină (formând fosforilserina) sau prin intermediul aminoacidului

treonină (formând fosforiltreonina). Prezenţa radicalului fosforil în molecula acestor proteide, le

conferă acestora caracter acid şi deci proprietatea de a forma săruri de calciu sau potasiu.Ele se

conţin în lapte (cazeina), în gălbenuşul de ou (vitelina). Unele enzime sînt fosfoproteide:

pepsina, fosforilaza, fosfoglucomutaza, fosfotriozoizomeraza etc.

Cromoproteidele au o grupare prostetică colorată şi în general sînt biocatalizatori ai fotosintezei

şi ale altor reacţii de oxidoreducere. Ca grupare prostetică pot servi derivaţi ai porfirinei

(clorofila, hem), izoaloxazinei, carotinei. Clorofila intră în componenţa cloroglobinei, hemul

împreună cu globina 9 formează hemoglobina, izoaloxazina este gruparea prostetică a

51

flavinproteidelor (dehidrogenazelor aerobe), derivaţii carotinei formează rodopsina din retina

ochiului.

Glicoproteinele sunt heteroproteide care conţin o grupare prostetică formată din resturi de

glucide sau poliglucide cu rol de receptori membranali. Sunt macromolecule integrate în

membrane sau solubile în apă sau, cu care formează soluţii vâscoase, pot fi acide sau neutre, se

găsesc asociate cu enzime sau hormoni. Cele mai importante glicoproteide sînt mucinele în

secreţia mucoaselor (protejează mucoasele tractului gastro-intestinal) şi mucoidele (intră în

constituţia cartilagiilor, oaselor, tendoanelor şi ligamentelor). Avidina este o glicoproteidă din

albuşul de ou crud, care inhibă activitatea biotinei. În seminţe şi alte organe vegetale se găsesc

glicoproteide care produc aglutinarea eritrocitelor, ele se numesc lectine.

Lipoproteinele sunt proteide a căror componenţă prostetică este de natură lipidică (fosfolipide,

trigliceride, steroli) şi care stabileşte legături ionice sau prin forţe van der Waals cu

apolipoproteina-componenta proteică. Lipoproteidele au o largă distribuţie, fiind componente

structurale ale biomembranelor. În cantităţi mari se găsesc în ţesutul nervos, plasma sîngelui,

lapte, gălbenuş de ou. Ele ajută la transportul unor substanţe liposolubile (vitamine, hormoni,

carotinoide, diverse medicamente).

Metaloproteinele (citocromul, clorofila, vitamina B12, etc.), care conţin metale precum Fe2+,

Fe3+, Mg2+, Zn2+, Cu2+, etc. Ionul metalic se leagă de componenta proteică prin legături covalente

şi covalent-coordinative, formând o structură stabilă de “chelat”. Metalul poate stabili legătura

covalent-coordinativă cu diferite grupări chimice din structura lanţului peptidic sau cu molecule

mici care se află în apropierea ionului metalic, numite liganzi. Unele metaloproteide sînt enzime

(polifenoloxidaza, alcooldehidrogenaza), altele îndeplinesc funcţia de proteine transportatoare de

metal (transferina) şi rezerva de metal (feritina). Ele participă la diverse procese metabolice:

fotosinteza, respiraţia, transportul de O2 şi electroni.

Nucleoproteidele sînt constituite din acid nucleic şi proteină, au o masă moleculară mare (de la

cîteva mii pînă la sute de milioane). Cromozomii, ribozomii, viruşii sînt particule nucleoproteice.

CONCLUZII

1. Aminoacizii reprezintă unităţile structurale de bază care intră în structura proteinelor, sub

forma unor lanţuri polipeptidice, în care gruparea aminică a unui aminoacid se leagă

peptidic de gruparea carboxil a altui aminoacid.

2. Importanţa aminoacizilor rezultă din gradul înalt de răspîndire în natură şi, îndeosebi, din

rolului primordial în activitatea vitală a organismelor vii, în special a aminoacizilor

52

esenţiali, care sînt indispensabili creşterii organismului tînăr şi funcţionării organismului

adult.

3. Aminoacizii prezintă o anumită solubilitate în apă, datorită celor două grupări funcţionale

(-NH2 şi -COOH) care determină în soluţie apoasă polarizarea aminoacizilor (amfioni).

Gradul de solubilitate în apă variază în funcţie de natura radicalului R şi de pH-ul

soluţiei.

4. Aminoacizii sînt substanţe cu caracter amfoter, deoarece se găsesc în soluţie sub formă

de amfioni. Astfel, în mediu acid se comportă ca baze (acceptori de protoni), iar în

mediul bazic se comportă ca acizi (donori de protoni). Ionii astfel formaţi migrează sub

acţiunea unui cîmp electric spre catod sau anod în funcţie de valoarea pH-ului soluţiei,

proprietate care stă la baza separării prin tehnica de electroforeză.

5. Datorită caracterului amfoter al aminoacizilor, aceştea constituie sisteme tampon (au

acţiune de tamponare), fiind foarte eficiente pentru menţinerea constantă a pH-ului

celular.

6. Prezenţa celor două grupări funcţionale (carboxil şi amino) în molecula aminoacizilor,

care posedă o reactivitate chimică mare, oferă capacitatea aminoacizilor de a participa la

reacţii chimice avînd ca rezultat o mare gamă de produse sintetice.

7. S-a confirmat că toate proteinele sînt formate din cinci elemente principale: carbon,

hidrogen, oxigen, azot şi sulf; unele proteine cum este hemoglobina din sînge mai conţine

fier, altele precum cazeina conţin fosfor. Iar structura macromoleculelor proteice

reprezintă rezultata coexistenţei interacţiunii mai multor nivele de organizare: primară,

secundară, terţiară şi cuaternară.

8. Caracterul biologic şi chimic al proteinelor este determinat în mare parte de numărul,

distribuţia şi interrelaţiile aminoacizilor din care se compun.

9. Aminoacizii şi proteinele sînt cele mai importante clase de compuşi organici de care

depinde viaţa tuturor speciilor, constituind elementele principale ale celulei.

BIBLIOGRAFIE

1. Mihail M. Gheţiu. Chimie organică. Ed. TEHNICA-INFO, U.T.M., 1999.

2. Nicanor A. Barbă, Galina A. Dragalina şi Pavel F. Vlad. Chimie organică. Ed.

Ştiinţa, Chişinău 1997.

3. C.D. Neniţescu. Chimie organică. volumul II. Ed. Didactică şi pedagogică,

Bucureşti, 1980.

53

4. G. Junghietu. Chimie organică. Ed. Lumina, Chişinău ,1992.

5. Mihai zapan şi Edith Beral. Chimie organică. Ed.Tehnică , Bucureşti, 1973.

6. Paraschiva Arsene şi Cecila Marinescu. Chimie organică. Teorie, probleme,

exerciţii, aplicaţii. Ed. Aramis, Bucureşti, 2004.

7. Lia Cojocaru. Chimie Organică. Editura Niculescu SRL, Bucureşti, 2004.

8. M. Gheţiu, A. Gurev, N. Şeremet. Chimie organică. Metode de separare şi

indentificare a compuşilor organici. Îndrumar de laborator. U.T.M. 1999.

9. Нечаев А. П. , Еременко Т. В. Органическая химия, М., 1985.

10. Lehninger, A.L. Biochimie. Vol.1. Ed. Tehnică, Bucureşti, 1987.

11. Kucerenco N.E., Babeniuk Iu.D. ş. a. Biochimie. Chişinău; Universitas: 1993.

12. Lîsîi, Leonid. Biochimie medicală. Ed. a 2-a. Chişinău: Universul, 2007.

13. Olteanu Ileana. Biochimie Descriptiva. Ed. Medicala Universitara "Iuliu

Hatieganu" Cluj-Napoca 2001.

Anexa 1.Aminoacizii uzuali

Nr.

Crt. Formula de structurăDenumire uzuală

Prescurtări IUPACDenumire raţională

1 2 3 4

Aminoacizi cu radical nepolar (hidrofob)

54

1. Glicina

Gly, G

acid -aminoacetic

2. Alanină

Ala, A

acid -aminopropionic

3. Valină

Val, V

acid -aminoizovalerianic

4. Leucină

Leu, L

Acid -aminoizocapronic

5. Izoleucină

Ile, I

Acid -amino--metil

valerianic

6. Fenilalanină

Phe, F

Acid -fenil--amino

propionic

1 2 3 4

9.

Metionină

Met, M

Acid -amino -

metiltiobutiric

Aminoacizi cu radical polar, neîncărcat electric la pH6

10. Serină

Ser, S

Acid -amino -

hidroxipropionic

11. Treonină

Thr, T

Acid -amino -

hidroxibutiric

12. Cisteina

Cys, C

Acid -amino -

tiopropionic

Anexa 1.

Aminoacizii uzuali13. Tirosină

Tyr, Y

p-hidroxifenil alanină

55

14. Asparagină

Asn,N

Acid -amino -

amidosuccinic

15. Glutamină

Gln, Q

Acid -amino -

amidoglutaric

Aminoacizi cu radical polar, încărcat negativ la pH6

16. Acid aspartic (asparagic),

Asp,D

Acid aminosuccinic

17. Acid glutamic

Glu, E

Acid -amino glutaric

Aminoacizi cu radical polar, încărcat pozitiv la pH=6

18. Lisina

Lys,K

Acid ,-diamino caproic

19. Arginina

Arg,R

Acid -amino

-guanidinovalerianic

20.

Histidina

His, H

Acid -amino -imidazolil

propionic

Anexa 2.Nivelurile structurale ale moleculei proteice.

Structura primară a proteinei.

56

Structura secundară a proteinei.Modelul α-helix.

Modelul β-pliere.

Structura terţiară a proteinei. Structura cuaternară a proteinei.

CUPRINS

1. AMINOACIZII. DEFINIRE ŞI CLASIFICARE.......................................................................................................1

2. IMPORTANŢA AMINOACIZILOR.........................................................................................................................5

57

3. METODE DE OBŢINERE A AMINOACIZILOR...................................................................................................9

3.1.Hidroliza proteinelor............................................................................................................................................9

3.2. Aminarea acizilor halogenaţi..............................................................................................................................9

3.3. Metode pornind de la esterul aminomalonic.....................................................................................................11

3.4. Metoda cianhidrină (Sinteza Strecker ).............................................................................................................12

3.5. Metode bazate pe condensări Perkin.................................................................................................................13

3.6. Metode bazate pe reducerea derivaţilor funcţionali azotaţi ai acizilor α-cetonici.............................................14

3.7. Reducerea nitroacizilor aromatici.....................................................................................................................14

3.8. Metode speciale.................................................................................................................................................15

3.9. Sinteze de β-aminoacizi.....................................................................................................................................15

4. PROPRIETĂŢILE FIZICE ALE AMINOACIZILOR............................................................................................17

5. CARACTERISTICA CHIMICĂ A AMINOACIZILOR.........................................................................................19

6. PROPRIETĂŢILE CHIMICE ALE AMINOACIZILOR........................................................................................22

6.1. Reacţii datorate grupei -NH2..............................................................................................................................22

6.1.1. Alchilarea aminoacizilor............................................................................................................................22

6.1.2. Reacţii de acilare........................................................................................................................................23

6.1.3. Desaminarea cu acid azotos.......................................................................................................................25

6.1.4. Reacţii de dezaminare................................................................................................................................26

6.1.5. Transaminarea............................................................................................................................................27

6.2. Reacţii datorate grupei –COOH........................................................................................................................29

6.2.1.Reacţia cu bazele.........................................................................................................................................29

6.2.2. Reacţia de esterificare................................................................................................................................29

6.2.3. Reacţia cu PCl5...........................................................................................................................................30

6.2.4. Reacţia de decarboxilare............................................................................................................................30

6.3. Reacţii datorate ambelor grupe funcţionale.......................................................................................................33

6.3.1. Formarea complecşilor chelaţi...................................................................................................................33

6.3.2. Descompuneri termice...............................................................................................................................34

6.3.3. Reacţia specifică cu ninhidrină..................................................................................................................35

6.3.4. Reacţii de condensare şi policondensare....................................................................................................35

7. PROTEINELE..........................................................................................................................................................40

7.1. Definirea proteinelor.........................................................................................................................................40

7.2. Compoziţia şi structura proteinelor...................................................................................................................41

7.3. Proprietăţile generale ale proteinelor................................................................................................................46

7.3.1. Proprietăţi fizico-chimice ..........................................................................................................................46

7.3.2. Proprietăţi chimice.....................................................................................................................................46

7.4. Proteine cu importanţă biologică.......................................................................................................................48

CONCLUZII.................................................................................................................................................................51

BIBLIOGRAFIE...........................................................................................................................................................52

ANEXE.........................................................................................................................................................................55

58