STRUCTURA PROTEINELOR BIOCHIMIA. Obiectivele: 1.Rolul biochimiei în sistemul de instruire a medicului 1.Rolul biochimiei în sistemul de instruire a medicului. - презентация

1 STRUCTURA PROTEINELOR BIOCHIMIA

2 Obiectivele: 1.Rolul biochimiei în sistemul de instruire a medicului 1.Rolul biochimiei în sistemul de instruire a medicului 2.Particularităţile materiei vii 2.Particularităţile materiei vii 3. Metodele de studii biochimice 3. Metodele de studii biochimice 4. Cele mai importante descoperiri ale secolului XX 4. Cele mai importante descoperiri ale secolului XX 5. Proteinele, rolul lor biologic 5. Proteinele, rolul lor biologic 6. Teoria polipeptidică a structurii proteinei 6. Teoria polipeptidică a structurii proteinei 7. Gradele de organizare ale moleculei proteice 7. Gradele de organizare ale moleculei proteice a)AA, structura, principiile de clasificare a)AA, structura, principiile de clasificare b)structura primară şi principiul descifrării ei b)structura primară şi principiul descifrării ei c)Structura secundară c)Structura secundară d)Structura terţiară. Domenile. d)Structura terţiară. Domenile. e)Structura cuaternară e)Structura cuaternară 8)Proteinele fixatoare de Ca 8)Proteinele fixatoare de Ca 9) Colagenul 9) Colagenul 10) Clasificarea proteinelor 10) Clasificarea proteinelor 11) Endotelinele 11) Endotelinele

3 Biochimia: pentru prima dată ca termen a fost întrodus in 1903 de către Carl Neiberg. pentru prima dată ca termen a fost întrodus in 1903 de către Carl Neiberg. bios - din greacă înseamnă viaţă bios - din greacă înseamnă viaţă Este ştiinţa despre structura şi transformarea substanţelor chimice în organism, proceselor fizico-chimice care stau la baza activităţii vitale Este ştiinţa despre structura şi transformarea substanţelor chimice în organism, proceselor fizico-chimice care stau la baza activităţii vitale

4 Biochimia ca disciplină este înrudită cu: - chimia organică – ce studiază structura şi proprietăţile substanţelor componente ale materiei vii; - fiziologia – ce studiază funcţiile organismelor vii; -fizica – în ce priveşte metodele de studiu ale substanţelor organice.

5 Scopul biochimiei studiul legăturii reciproce a substanţelor şi funcţiilor acestora; studiul legăturii reciproce a substanţelor şi funcţiilor acestora; modificările compuşilor chimici din organismul viu; modificările compuşilor chimici din organismul viu; modul de transformare a energiei în sistemele vii; modul de transformare a energiei în sistemele vii; mecanismele de reglare ale transformărilor chimice şi ale proceselor fizico-chimice în celule, ţesuturi şi organe; mecanismele de reglare ale transformărilor chimice şi ale proceselor fizico-chimice în celule, ţesuturi şi organe; mecanismele moleculare de transmitere a informaţiei genetice în organism. mecanismele moleculare de transmitere a informaţiei genetice în organism.

6 Deosebim: Biochimia statică - studiază structura chimică a materiei vii (P, G; L; AN) şi proprietăţile lor. Biochimia statică - studiază structura chimică a materiei vii (P, G; L; AN) şi proprietăţile lor. Biochimia dinamică – studiază metabolismul P; G, L; AN şi reglarea hormonală sau enzimatică ale proceselor metabolice în organism. Biochimia dinamică – studiază metabolismul P; G, L; AN şi reglarea hormonală sau enzimatică ale proceselor metabolice în organism. Biochimia funcţională – cercetează procesele chimice ce stau la baza diferitelor manifestări ale vitalităţii. Biochimia funcţională – cercetează procesele chimice ce stau la baza diferitelor manifestări ale vitalităţii.

7 Rolul biochimiei în practica medicală: - oferă cunoştinţele necesare înţelegerii stării de sănătate şi a mecanismelor patogenetice în orice boală; - stabilirea diagnosticului clinic de laborator; - explică modul de acţiune al medicamentelor, ca modulatori ai activităţii enzimatice, oferind datele necesare pentru sinteza de substanţe cu acţiune farmacologică dorită; - permite tratarea cu succes a avitaminozelor; a insuficienţei sau hiperfuncţiei endocrine;

8 Rolul biochimiei în practica medicală: - progresele biochimiei au evidenţiat cauza unor boli numite erori înăscute de metabolism (oligofrenia fenilpiruvică) - este ştiinţa care explică bolile moleculare (anemia falciformă – sinteza unei Hb anormale Hb-S (Hb-seceră) care cristalizează în eritrocite ducând la hemoliză şi în final la moarte; - analizele biochimice permit evidenţierea precoce a numeroase boli, evoluţia lor şi eficacitatea tratamentului.

9 Cele mai importante descoperiri în Biochimie în sec. XX 1.Emil Fischer (1902) – a efectuat sinteza artificială a peptidelor şi a elaborat teoria polipeptidică a structurii proteinelor. 1.Emil Fischer (1902) – a efectuat sinteza artificială a peptidelor şi a elaborat teoria polipeptidică a structurii proteinelor. a fost descifrată structura primară a insulinei (Sanger,1953); vasopresinei şi oxitocinei (Viniu, 1953) ; structura Hb (Perutz), lizozimei (Filips). a fost descifrată structura primară a insulinei (Sanger,1953); vasopresinei şi oxitocinei (Viniu, 1953) ; structura Hb (Perutz), lizozimei (Filips). 2. Au fost separate enzimele în stare cristalină, stabilindu-se structura lor, mecanismele reacţiilor enzimatice şi reglarea activităţii acestora (Sumner; Severin, Orehovici, Michaelis- Menten, Koshland). 2. Au fost separate enzimele în stare cristalină, stabilindu-se structura lor, mecanismele reacţiilor enzimatice şi reglarea activităţii acestora (Sumner; Severin, Orehovici, Michaelis- Menten, Koshland).

10 – Crick şi Watson au descoperit structura secundară a DNA – Crick şi Watson au descoperit structura secundară a DNA 1961 Nirenberg şi Matei au descoperit codul genetic, iar Jacob şi Monod– mecanismul de reglare a sintezei proteinelor (teoria lac- operonului) Nirenberg şi Matei au descoperit codul genetic, iar Jacob şi Monod– mecanismul de reglare a sintezei proteinelor (teoria lac- operonului) – s-a pus bazele ingineriei genetice, care studiază compoziţia chimică a genelor, inserarea lor în celulă şi repararea defectelor genetice 1970 – s-a pus bazele ingineriei genetice, care studiază compoziţia chimică a genelor, inserarea lor în celulă şi repararea defectelor genetice

11 C ele mai importante descoperiri în Biochimie în sec. XX 4. Bioenergetica -Bah, Krebs, Lipman, Leninger, etc În 1931 Enghelhard a descoperit fenomenul de fosforilare oxidativă În 1931 Enghelhard a descoperit fenomenul de fosforilare oxidativă în 1961 Mitchell a formulat ipoteza chimioosmotică. în 1961 Mitchell a formulat ipoteza chimioosmotică.

12 5. Au fost studiate principalele căi metabolice ale metabolismului : 5. Au fost studiate principalele căi metabolice ale metabolismului : a. glucidic (Embden, Krebs, Dikens, Engelhardt, Parnas) ; a. glucidic (Embden, Krebs, Dikens, Engelhardt, Parnas) ; b. lipidic (Knoop, Lynen, Lipman) ; b. lipidic (Knoop, Lynen, Lipman) ; c. proteic (Krebs; Henseleit, Mardaşev. Beriozov, Nicolaev). c. proteic (Krebs; Henseleit, Mardaşev. Beriozov, Nicolaev). 6. Bayliss – a utilizat termenul de hormon 6. Bayliss – a utilizat termenul de hormon

13 Particularităţile materiei vii: Particularităţile materiei vii: Gradul superior de organizare structurală (caracterizat prin structura compusă şi diversitatea de molecule) Gradul superior de organizare structurală (caracterizat prin structura compusă şi diversitatea de molecule) Fiecare parte componentă are sensul său specific şi o funcţie strict determinată Fiecare parte componentă are sensul său specific şi o funcţie strict determinată Capacitatea de a extrage, a transforma şi a utiliza energia mediului ambiant Capacitatea de a extrage, a transforma şi a utiliza energia mediului ambiant Schimbul de substanţe cu mediul încongurător şi autoreglarea transformărilor chimice. Schimbul de substanţe cu mediul încongurător şi autoreglarea transformărilor chimice. Capacitatea de autoreplicare sau transmitere a informaţiei genetice. Capacitatea de autoreplicare sau transmitere a informaţiei genetice.

14

15 Metode de studii biochimice - Obiect de studiu poate fi: - organismul integru - administrarea unor substanţe şi determinarea produselor finale, care se elimină, - organ, ţesut, celulă (mai întîi se supun omogenizării (fărîmiţării) pînă la structuri subcelulare (nuclee, mitocondrii, lizozomi, peroxisomi, citomembrane), - Ultimele se separă prin ultracentrifugare, apoi se extrag structuri biomoleculare, care se reextrag, se purifică prin: distilare, evaporare, dializă, electroforeză, cromatografie.

16 Metode moderne de cercetare: Spectroscopia infraroşie – se studiază caracterul structural al moleculei, determinarea în microcantităţi a compuşilor străini; Spectroscopia infraroşie – se studiază caracterul structural al moleculei, determinarea în microcantităţi a compuşilor străini; Metoda cromotografică în straturi subţiri – permite extragerea metaboliţilor din ţesut (cantităţi minimale) Metoda cromotografică în straturi subţiri – permite extragerea metaboliţilor din ţesut (cantităţi minimale) Metode imunochimice – identificarea proteinelor individuale; secvenţa AA în lanţ Metode imunochimice – identificarea proteinelor individuale; secvenţa AA în lanţ Scintigrafia – examinarea proceselor metabolice la toate nivelurile sistemului viu. Scintigrafia – examinarea proceselor metabolice la toate nivelurile sistemului viu.

17 Proteinele protos - primul, de prima importanţăprotos - primul, de prima importanţă sunt substanţe organice azotate, alcătuite din AA, legaţi în catene prin legături peptidice şi care posedă organizare structurală complicată. sunt substanţe organice azotate, alcătuite din AA, legaţi în catene prin legături peptidice şi care posedă organizare structurală complicată. Principalele caracteristici: Principalele caracteristici: 1. conţinutul de azot destul de constant (16% din masa uscată); 2. prezenţa permanentă a AA; 3. legăturile peptidice între AA; 4. masa moleculară mare ( – pînă la milioane de Da); 5. organizarea structurală complicată, care determină proprietăţile fizico-chimice, biologice ale proteinelor.

18 Rolul biologic al proteinelor: 1. structural (colagenul, elastina, keratina); 2. catalitic (amilaza, pepsina, LDH); 3. de recepţie (receptorii hormonali); 4. contractil şi locomotor (dinamic) –actina, miozina; 5. transport şi depozitare (Hb transportă oxigenul, iar Mb – îl depozitează în muşchi; transferina şi feritina transportă şi depozitează fierul în sănge, ficat); 6. reglator şi hormonal - reglarea creşterii şi diferenţierii celulelor (insulina, proteinele- represor); 7. de protejare faţă de corpi străini, viruşi, bacterii (imunoglobuline); 8. homeostatic – menţinerea constantelor sângelui (albuminele determină presiunea oncotică – cantitatea, volumul lichidului în vasele sanguine); 9. de rezervă, trofică – proteinele alimentare.

19 Aminoacizii (AA) sunt derivaţii acizilor carboxilici la care un atom de H a fost substituit de grupa aminică. sunt derivaţii acizilor carboxilici la care un atom de H a fost substituit de grupa aminică. În funcţie de poziţia în care a avut loc substituţia destingem alfa, beta, gama şi etc. În funcţie de poziţia în care a avut loc substituţia destingem alfa, beta, gama şi etc. 20 de aminoacizi fundamentali proteinogeni sunt α AA şi sunt de linia L. 20 de aminoacizi fundamentali proteinogeni sunt α AA şi sunt de linia L.

20 Clasificarea AA: Clasificarea AA: După structura R lateral (în alifatici – aromatici; tio-; hidroxi; mono- sau di carboxilici) După structura R lateral (în alifatici – aromatici; tio-; hidroxi; mono- sau di carboxilici) În funcţie de proprietăţile fizico- chimice (acizi, bazici şi neutri) În funcţie de proprietăţile fizico- chimice (acizi, bazici şi neutri) după rolul biologic: indespensabili, semi – şi dispensabili după rolul biologic: indespensabili, semi – şi dispensabili

21

22

23

24

25

26

27 Gradele de organizare ale moleculei proteice Structura: Structura: primară secundară terţiară cuaternara

28 Structura primară succesiunea AA din lanţul polipeptidic, determinată genetic. succesiunea AA din lanţul polipeptidic, determinată genetic. este stabilizată de legăturile peptidice covalente, care se formează la interacţiunea grupei -carboxilice a unui AA cu - aminogrupa următorului AA. este stabilizată de legăturile peptidice covalente, care se formează la interacţiunea grupei -carboxilice a unui AA cu - aminogrupa următorului AA.

29

30 Proprietăţile legăturii peptidice: este o legătură covalentă este o legătură covalentă coplanarea – toţi atomii grupelor peptidice se află într-un singur plan coplanarea – toţi atomii grupelor peptidice se află într-un singur plan 2 forme de rezonanţă (ceto sau enol) 2 forme de rezonanţă (ceto sau enol) poziţia trans a substituienţilor în raport cu leg C-N poziţia trans a substituienţilor în raport cu leg C-N capacitatea de a forma legături de hidrogen (fiecare gr. peptidică poate forma 2 legături de hidrogen) capacitatea de a forma legături de hidrogen (fiecare gr. peptidică poate forma 2 legături de hidrogen)

31 Principiile de descifrare a succesiunii AA-etapele: hidroliza selectivă a proteinei (prin metodele enzimatice (tripsina, chimotripsina, pepsina) sau chimice (cu bromura cianidică)) hidroliza selectivă a proteinei (prin metodele enzimatice (tripsina, chimotripsina, pepsina) sau chimice (cu bromura cianidică)) identificarea succesiunii AA în fragmentele obţinute prin metoda Edman. identificarea succesiunii AA în fragmentele obţinute prin metoda Edman. hidroliza selectivă a P printr-o metodă deosebită de prima pentru a primi alte fragmente şi determinarea succesiunii AA în aceste fragmente. hidroliza selectivă a P printr-o metodă deosebită de prima pentru a primi alte fragmente şi determinarea succesiunii AA în aceste fragmente. restabilirea structurii primare a proteinelor prin suprapunerea diferitor segmente de peptide stablindu-se astfel segmentele de coincidenţă (metoda amprentelor digitale sau metoda hărţilor de peptidă restabilirea structurii primare a proteinelor prin suprapunerea diferitor segmente de peptide stablindu-se astfel segmentele de coincidenţă (metoda amprentelor digitale sau metoda hărţilor de peptidă P cu structura terţiară şi cuaternară – urea, hidroclorura de guanidină care scindează leg necovalente P cu structura terţiară şi cuaternară – urea, hidroclorura de guanidină care scindează leg necovalente

32 Principiile de descifrare a AA N şi C terminal: La determinarea AA N-terminal se utilizează: 1. -metoda Sandger (cu fluordinitrobenzol) 2. - metoda Edman (cu fenilizotiocianat) 3. -metoda cu dansil 4. - metoda enzimatică (cu aminopeptidaza) Determinarea AA C-terminal se efectuează prin: 1. metoda chimică cu hidrazina (metoda Acabori) 2. metoda enzimatică (carboxipeptidază) 3. folosind reducători: NaBH4 sau LiBH4

33 Metoda lui Sandger

34

35 Metoda lui Edman

36 Metoda lui Acabori

37 Orice dereglare a structurii primare a proteinelor duce la afectarea proprietăţii biologice. Ex: - dacă în poziţia 6 a lanţului β al Hb în loc de Glu se include Val – Hb – S – care devine mai nestabilă, mai rău fixează O2, este insolubilă şi duce la apariţia anemiei cu celule falciforme.

38 Structura secundară reprezintă modul înpachetarii catenei polipeptidice într-o structură ordonată, datorită formării legăturilor de hidrogen între grupele peptidice ale unei catene sau a catenelor învecinate. reprezintă modul înpachetarii catenei polipeptidice într-o structură ordonată, datorită formării legăturilor de hidrogen între grupele peptidice ale unei catene sau a catenelor învecinate. După configuraţie structura secundară se împarte în: După configuraţie structura secundară se împarte în: -spirală -spirală -structură -structură

39 Particularităţile de baza ale - spiralei: 1. orientată spre dreapta 2. posedă simetrie elicoidală; 3. legăturile de hidrogen se formează între grupele peptidice ale 1şi ale celui de al 4 rest de AA; 4. radicalii laterali ai AA nu participă la formarea -spiralei şi sînt dispuşi în exterior.

40 Particularităţile de baza ale - spiralei: 5. regularitatea şi identitatea spirelor: înalţimea unei spire constituie 0,54 nm (5,4 A) şi cuprinde 3,6 resturi de AA (înălţimea unui AA este de 0,15 nm sau 1,5 A). 6. Periodicitatea regularităţii - spiralei este egală cu 5 spire sau cu 18 AA. Lungimea unei perioade este de 2,7 nm.

41 Aminoacizii ce diminuiează formarea elicei: Prezenţa: Prezenţa: prolinei (atomul de N nu are H şi nu e capabil să formeze legături de hidrogen intracatenar – se formează o îndoire, o încovoiere în lanţ) prolinei (atomul de N nu are H şi nu e capabil să formeze legături de hidrogen intracatenar – se formează o îndoire, o încovoiere în lanţ) radicalilor voluminoşi (Val, Ile; Asn conferă o strângere sterică a elicei) radicalilor voluminoşi (Val, Ile; Asn conferă o strângere sterică a elicei) Ser, Tre – gr. OH pot forma punţi de H – pot servi ca factori destabilizatori Ser, Tre – gr. OH pot forma punţi de H – pot servi ca factori destabilizatori Glu, Liz, His, Arg – apar forţe electrostatice de respingere sau atragere Glu, Liz, His, Arg – apar forţe electrostatice de respingere sau atragere

42 -structură -structură are configuraţia curbată, care se formează cu ajutorul legăturilor de hidrogen intercatenare în limită unor sectoare a aceluiaşi lanţ polipeptidic sau a lanţurilor alăturate. Această structură se mai numeşte structură în straturi pliante. are configuraţia curbată, care se formează cu ajutorul legăturilor de hidrogen intercatenare în limită unor sectoare a aceluiaşi lanţ polipeptidic sau a lanţurilor alăturate. Această structură se mai numeşte structură în straturi pliante.

43 -structură poate fi de 2 tipuri:-structură poate fi de 2 tipuri: 1. cross formă – participă un singur lanţ 2.-structură completă – participă 2 sau mai multe catene, care poate fi: paralelă (N-terminaţiile catenelor polipeptidice sunt îndreptate în aceeaşi direcţie) paralelă (N-terminaţiile catenelor polipeptidice sunt îndreptate în aceeaşi direcţie) antiparalelă (N- terminaţiile sînt îndreptate în diferite direcţii). antiparalelă (N- terminaţiile sînt îndreptate în diferite direcţii).

44

45 Deosebirile de alfa spirală : are formă plată are formă plată distanţa între 2 resturi de AA este de 3,5 A distanţa între 2 resturi de AA este de 3,5 A punţile de H sunt intercatenare dar nu intracatenare ca la spirală punţile de H sunt intercatenare dar nu intracatenare ca la spirală radicalii AA se orientează în ambele părţi ale structurii beta radicalii AA se orientează în ambele părţi ale structurii beta Met, Val, Ile – favorizează formarea structurii plisate, Lys, Ser, Asp - o destabilizează Met, Val, Ile – favorizează formarea structurii plisate, Lys, Ser, Asp - o destabilizează

46 Structura terţiară reprezintă modul de împachetare a lanţului polipeptidic în spaţiu tridimensional. reprezintă modul de împachetare a lanţului polipeptidic în spaţiu tridimensional. proteinele se împart în globulare (Mb) şi fibrilare (ceratina, fibrina, miozina,elastina) proteinele se împart în globulare (Mb) şi fibrilare (ceratina, fibrina, miozina,elastina) se formează datorită interacţiunii dintre radicalii AA situaţi la distanta. se formează datorită interacţiunii dintre radicalii AA situaţi la distanta.

47 Legăturile ce stabilizează structura terţiară: Legăturile covalente: Legăturile covalente: - disulfidice, - disulfidice, - pseudopeptidice - pseudopeptidice - Legăturile polare - de hidrogen, - de hidrogen, - ionice, - ionice, - electrostatice - electrostatice interacţiuni hidrofobe – interacţiuni hidrofobe – -forţele Van der Waals -forţele Van der Waals

48 Anume organizarea în structură tridimensională conferă proteinelor activitate biologică. Anume organizarea în structură tridimensională conferă proteinelor activitate biologică. Radicalii AA, care posedă rotaţie liberă interacţionează, catena ciudat se curbează în diferite locuri. Radicalii AA, care posedă rotaţie liberă interacţionează, catena ciudat se curbează în diferite locuri. Radicalii hidrofobi evitând apa se concentrează în interior pe când grupele hidrofile se situiază la suprafaţa moleculei şi interacţionează cu apa, deaceia molecula gigantă de proteină se dizolvă bine în apă. Radicalii hidrofobi evitând apa se concentrează în interior pe când grupele hidrofile se situiază la suprafaţa moleculei şi interacţionează cu apa, deaceia molecula gigantă de proteină se dizolvă bine în apă.

49 În procesul stabilirii structurii terţiare se formează centrele de legătură (active) unde se leagă o anumită substanţă numită la general ligand. În procesul stabilirii structurii terţiare se formează centrele de legătură (active) unde se leagă o anumită substanţă numită la general ligand. Ligandul este steric şi electrostatic complementar CA (de ex. substratul cu centrul activ al enzimei respective). Ligandul este steric şi electrostatic complementar CA (de ex. substratul cu centrul activ al enzimei respective). În componenţa CA întră radicalii AA (Tir; Glu; His, etc.) situaţi de regulă departe unul de altul în lanţ, dar care se pomenesc învecinaţi în acest centru în procesul formării conformaţiei moleculei la interacţiunea cu ligandul. În componenţa CA întră radicalii AA (Tir; Glu; His, etc.) situaţi de regulă departe unul de altul în lanţ, dar care se pomenesc învecinaţi în acest centru în procesul formării conformaţiei moleculei la interacţiunea cu ligandul.

50

51 Domenii: – reprezintă regiuni compacte, rigide cu organizarea terţiară, separate între ele de segmente mai puţin rigide care permit mişcarea unui domeniu în raport cu altul. – reprezintă regiuni compacte, rigide cu organizarea terţiară, separate între ele de segmente mai puţin rigide care permit mişcarea unui domeniu în raport cu altul. - sunt responsabili de anumite funcţii - cu structuri şi proprietăţi similare sunt prezente în diferite proteine cu roluri asemănătoare. - Ex:domeniul de legare a hemului în molecula Mb, Hb,citocromilor

52 Structura cuaternară a proteinelor Unele proteine sunt alcătuite din mai multe lanţuri polipeptidice. Fiecare lanţ în parte e numit protomer sau subunitate. Proteina integră reprezintă oligomerul şi posedă structură cuaternară. Unele proteine sunt alcătuite din mai multe lanţuri polipeptidice. Fiecare lanţ în parte e numit protomer sau subunitate. Proteina integră reprezintă oligomerul şi posedă structură cuaternară. Funcţia specifică a unei proteine oligomere se manifestă numai la nivelul structurii cuaternare, protomerii separaţi sunt inactivi. Funcţia specifică a unei proteine oligomere se manifestă numai la nivelul structurii cuaternare, protomerii separaţi sunt inactivi.

53 molecula hemoglobinei constă din 4 protomeri

54 Legăturile ce determină şi stabilizează structura cuaternară: legăturile necovalente (de hidrogen, forţele Van der Waals, electrostatice, forţe hidrofobe etc.). Cât priveşte legăturile covalente (disulfidice, pseudopeptidice), ele deasemenea stabilizează aceste structurii, însă nu determină formarea lor. legăturile necovalente (de hidrogen, forţele Van der Waals, electrostatice, forţe hidrofobe etc.). Cât priveşte legăturile covalente (disulfidice, pseudopeptidice), ele deasemenea stabilizează aceste structurii, însă nu determină formarea lor. Asamblarea protomerilor în structura cuaternară se realizează între suprafeţele de contact complementare. Asamblarea protomerilor în structura cuaternară se realizează între suprafeţele de contact complementare. Interacţiunile prin suprafeţe complementare prezintă fenomenul de cooperare- primele interacţiuni favorizează formarea celorlalte Interacţiunile prin suprafeţe complementare prezintă fenomenul de cooperare- primele interacţiuni favorizează formarea celorlalte

55 Colagenul cea mai răspândita proteină din organism (30-35% din cantitatea totală de proteine). cea mai răspândita proteină din organism (30-35% din cantitatea totală de proteine). este o proteină extracelulară, fibrilară, componenta majoră a ţesutului conjuctiv şi osos. este o proteină extracelulară, fibrilară, componenta majoră a ţesutului conjuctiv şi osos. Rolul: Rolul: 1. în ţesutul conjuctiv ea oferă rezistenţă, 2. în cel osos constituie carcasa organică a mineralizării.

56 Particularităţi structurale: 1. Fiecare al treilea AA din catenă este prezentat prin glicină (30%) 2. Fiecare al patrulea - prin Pro şi hidroxiPro (25%) 3. Conţine 10% Ala 4. Conţine hidroxilizină 5. Conţinut redus de Tyr, absenţa Trp şi Cys Se deosebesc 3 tipuri de lanţuri peptidice: 1, 2, 3. 1 prezintă 5 subtipuri:: 1I, 1II, 1III, 1IV, V. Prin combinarea lor se formează diverse tipuri de colagen. Se deosebesc 3 tipuri de lanţuri peptidice: 1, 2, 3. 1 prezintă 5 subtipuri:: 1I, 1II, 1III, 1IV, V. Prin combinarea lor se formează diverse tipuri de colagen.

57 Colagenul: Structura primară prezintă o catenă polipeptidică curbată alcătuită din circa 1000 AA. Structura primară prezintă o catenă polipeptidică curbată alcătuită din circa 1000 AA. Structura secundară reprezintă alfa catene spiralate răsucite spre stânga (conţine 3,28 AA per spiră) Structura secundară reprezintă alfa catene spiralate răsucite spre stânga (conţine 3,28 AA per spiră) alfa spirală cu simetrie elicoidală nu se poate forma din cauza Pro, OH-Pro şi Gly alfa spirală cu simetrie elicoidală nu se poate forma din cauza Pro, OH-Pro şi Gly 3 alfa catene spiralate, răsucite împreună sub forma unei spirale comune formează tropocolagenul, ce e stabilizată de interacţiunea resturilor de Pro. 3 alfa catene spiralate, răsucite împreună sub forma unei spirale comune formează tropocolagenul, ce e stabilizată de interacţiunea resturilor de Pro. Tropocolagenul este subunitatea structurală a colagenului. Tropocolagenul este subunitatea structurală a colagenului.

58 Colagenul: Structura cuaternară: aşezarea subunităţilor de tropocolagen sub formă de trepte, fiecare moleculă fiind deplasată cu ¼ din lungime faţă de moleculele vecine. Structura cuaternară: aşezarea subunităţilor de tropocolagen sub formă de trepte, fiecare moleculă fiind deplasată cu ¼ din lungime faţă de moleculele vecine. Monomerii sunt legaţi stabil prin legături covalente încrucişate inter şi intramoleculare, care le conferă microfibrilelor rezistenţă mecanică. Prin asocierea microfibrilelor se formează fibrilele, iar din ele - fibra de colagen. Monomerii sunt legaţi stabil prin legături covalente încrucişate inter şi intramoleculare, care le conferă microfibrilelor rezistenţă mecanică. Prin asocierea microfibrilelor se formează fibrilele, iar din ele - fibra de colagen. Colagenul este proteina care activ fixează ionii de Ca2+. Colagenul este proteina care activ fixează ionii de Ca2+.

59 Clasificarea contemporană a proteinelor Savanţii M.Levitt şi C.Chiothia (1970) examinînd structura proteinelor le-au devizat în 5 clase (fiecare clasă diferă după prezenţa şi poziţia α-spiralei şi β-structurii) 1. Proteine ce conţin 100% α-elice, formînd o structură globulară; 2. Proteine ce conţin β-structură şi, de regulă, sunt alcătuite din două straturi antiparalele sau situate în forme butoiaşe; 3. Proteine ce conţin atît α cît şi β componente; 4. Proteine ce înglobează α/ β segmente alternate în structura secundară, formînd structura terţiară cu centrul β şi încercuite de α-spirale; 5. Proteine neorganizate cu structura secundară evidenţiată nesemnificativ.

60 După dinamica domeniilor structurale 1. Proteine cu domenii rigide, imobile, dure, unite prin segmente mari, flexibile, ce le permit fluctuaţii în diapazon larg; 2. Proteine cu domenii rigide, dure, unite prin porţiuni mici, denumite balama cu o circulaţie mai redusă; 3. Proteine unde domeniile au roluri diverse – folosesc flexibilitatea pentru asigurarea unor funcţii.

61 Proteinele simple (holoproteine) Histonele -localizate în nucleu, conţin AA bazici pînă la 30% (Arg, Liz). Au sarcina pozitivă, sunt legate electrostatic cu AN. Histonele -localizate în nucleu, conţin AA bazici pînă la 30% (Arg, Liz). Au sarcina pozitivă, sunt legate electrostatic cu AN. Rolul: reglarea metabolică a activităţii genomului, funcţie structurală - Albuminele şi globulinele – principalele P plasmatice. Raportul albumine/globuline e constant: 1,5/ 2,3. Albuminele – masă moleculară mică, PI 4,7, sarcină negativă, solubile în apă. Rolul: determină presiunea oncotică, participă la transportul substanţelor. Rolul: determină presiunea oncotică, participă la transportul substanţelor. Globulinele - masă moleculară mai mare ca albuminele, au caracter acid (PI – 6 -7,3), conţin în cantitate mare Glu, se dizolvă în soluţii saline slabe, dar nu în apă. Globulinele - masă moleculară mai mare ca albuminele, au caracter acid (PI – 6 -7,3), conţin în cantitate mare Glu, se dizolvă în soluţii saline slabe, dar nu în apă. Rolul imunologic: sintetizează anticorpi. Rolul imunologic: sintetizează anticorpi.

62 Proteinele simple (holoproteine) Protaminele – au masă moleculară mică, caracter alcalin (Arg şi Liz) dar nu conţin Trh, Tir şi Fen, sunt solubile în apă, se dizolvă în soluţii diluate de acizi şi baze. Se găsesc în cantităţi mari în celule germinale naturale ale peştilor: salmina (lapţii somnului), scumbrina (scumbrie). Protaminele – au masă moleculară mică, caracter alcalin (Arg şi Liz) dar nu conţin Trh, Tir şi Fen, sunt solubile în apă, se dizolvă în soluţii diluate de acizi şi baze. Se găsesc în cantităţi mari în celule germinale naturale ale peştilor: salmina (lapţii somnului), scumbrina (scumbrie). Prolaminele – (gliadine), se găsesc în boabele cerealelor, au un conţinut mare de Glu(20-25%) şi Pro (10-15%), dar mic de AA diaminomonocarboxilici: zeina (porumb); gliadina (grîu), hordeina (orz). Prolaminele – (gliadine), se găsesc în boabele cerealelor, au un conţinut mare de Glu(20-25%) şi Pro (10-15%), dar mic de AA diaminomonocarboxilici: zeina (porumb); gliadina (grîu), hordeina (orz). Glutelinele sunt de natură vegetală (se găsesc în bobul cerealelor), sunt insolubile în apă, dar solubile în soluţii acide şi alcaline diluate, sunt bogate în Glu şi Liz. Glutelinele sunt de natură vegetală (se găsesc în bobul cerealelor), sunt insolubile în apă, dar solubile în soluţii acide şi alcaline diluate, sunt bogate în Glu şi Liz.

63 Proteinele conjugate (Proteide): 1. Nucleoproteine 2. Cromoproteine 3. Fosfoproteine 4. Lipoproteine 5. Metaloproteine 6. Glicoproteine

64 Nucleoproteinele compuse din proteine şi acizi nucleici. Componenţa proteică o alcătuiesc histonele, bogate în Arg şi Liz. compuse din proteine şi acizi nucleici. Componenţa proteică o alcătuiesc histonele, bogate în Arg şi Liz. Rol: stocarea, transmiterea şi exprimarea informaţiei genetice, biosinteza proteinelor, diviziunea celulară. Rol: stocarea, transmiterea şi exprimarea informaţiei genetice, biosinteza proteinelor, diviziunea celulară.

65 Cromoproteinele – compuse din proteină şi partea neproteică colorată cromoproteide porfirinice 2. - cromoproteide neporfirinice Reprezentanţii: clorofila, hemoproteidele (Hb), sistemul de citocromi, catalaza, peroxidaza. Reprezentanţii: clorofila, hemoproteidele (Hb), sistemul de citocromi, catalaza, peroxidaza. Rolul: Rolul: 1. participă în fotosinteză 2. transportul oxigenului şi CO2 3. reacţiile de oxido-reducere 4. senzaţiile de lumină şi culoare

66 Fosfoproteinele: proteine + acidul fosforic (legate prin legături esterice- de hidroxiaminoacizi Ser, Tre ) Reprezentanţi: cazeinogenul (proteina laptelui), vitelina, vitelenina (din gălbenuşul de ou), ihtulina (din icre de peşte). Reprezentanţi: cazeinogenul (proteina laptelui), vitelina, vitelenina (din gălbenuşul de ou), ihtulina (din icre de peşte). Rolul: Rolul: - servesc ca material energetic, plastic în porocesul de embriogeneză şi creştere postnatală - alimentar

67 Lipoproteine - proteine + lipide (fosfolipide, acizi graşi liberi, colesterol) Rolul: Rolul: 1. Reprezintă constituienţi structurali ai celulelor 2. intervin în permeabilitatea biomembranelor 3. participă la transportul prin sânge şi limfă a unor substanţe liposolubile (vitaminelor liposolubile A, D, E, K, unor hormoni, medicamente) 4. furnizează energia în plasma sanguină lipoproteinele se diferenţiază în 4 fracţiuni pe baza densităţii lor: în plasma sanguină lipoproteinele se diferenţiază în 4 fracţiuni pe baza densităţii lor: 1. - chilomicronii (d mai mică ca 0,95) 2. - cu densitate foarte mică (VLDL) (d mai mică ca 1,006) 3. - cu densitate mică (LDL) (d mai mică ca 1,065) 4. - cu densitate mare (HDL) (d mai mică ca 1,2)

68 Glicoproteinele – proteine + glucidică (glucozamină, galactozamină, a. hialuronic, glucozaminglicani) Rolul: Rolul: 1. sunt constituienţi plastici ai celulei, intră în componenţa membranelor biologice 2. au rol de protecţie a mucoaselor gastrointestinale, ale aparatului respirator şi urogenital faţă de acţiunea enzimelor proteolitice, a unor compuşi chimici sau agenţi mecanici 3. sunt inhibitori ai aglutinării hematiilor 4. sunt componente specifice de grup sanguin 5. participă în reacţiile imunologice

69 Metaloproteine: proteină +metal (Fe, Cu, Zn, Mg) Exemple: Hb- conţine Fe: transportul gazelor Exemple: Hb- conţine Fe: transportul gazelor Feritina – conţine Fe, localizată în ficat, constituie rezerva, depozitul de Fe din organism Feritina – conţine Fe, localizată în ficat, constituie rezerva, depozitul de Fe din organism Transferina – conţine Fe, Cu şi Zn, se află în plasma sanguină, transportă Fe în oprganism Transferina – conţine Fe, Cu şi Zn, se află în plasma sanguină, transportă Fe în oprganism Mioglobina – conţine Fe, se află în muşchi, rol de transportor şi rezervor al oxigenului în muşchi Mioglobina – conţine Fe, se află în muşchi, rol de transportor şi rezervor al oxigenului în muşchi Ceruloplasmina – conţine Cu, se află în plasma sanguină, transportor al Cu în organism şi acţiune oxidazică asupra vitaminei C. Ceruloplasmina – conţine Cu, se află în plasma sanguină, transportor al Cu în organism şi acţiune oxidazică asupra vitaminei C.

70 Proteinele fixatoare de Ca sunt proteine ce posedă afinitate magoră de legare a ionilor de Ca. Toate conţin resturi de γ carboxiglutamat de care se fixează ionii de Ca. sunt proteine ce posedă afinitate magoră de legare a ionilor de Ca. Toate conţin resturi de γ carboxiglutamat de care se fixează ionii de Ca. γ carboxiglutamatul se formează din Glu sub acţiunea enzimei, care ca coenzimă are vitamina K. γ carboxiglutamatul se formează din Glu sub acţiunea enzimei, care ca coenzimă are vitamina K. Exemple: Exemple: 1. colagenul 2. calmodulina – o proteină mică ce posedă patru locusuri de fixare pentru ionii de Ca 3. factorii coagulării sângelui(II,VII,IX, X) 4. fosfolipaza C

71 Peptidele active: Endotelinele – o familie de peptide noi cu activitate biologică activă deosebită. În anul 1988 Yangisana au obţinut din cultura endoteliului vascular un peptid cu efect biologic pronunţat numit endotelina (ET). Endotelinele – o familie de peptide noi cu activitate biologică activă deosebită. În anul 1988 Yangisana au obţinut din cultura endoteliului vascular un peptid cu efect biologic pronunţat numit endotelina (ET). ET- sunt cei mai efectivi factori vasoactivi. ET- sunt cei mai efectivi factori vasoactivi. Clasificare: deosebim ET1, ET2, ET3 (izoforme). Clasificare: deosebim ET1, ET2, ET3 (izoforme). Deosebirile între ele: Deosebirile între ele: 1. sunt codificate de gene diferite 2. sunt expresate în mod diferit în ţesut vascular. 3. ET-1 şi ET2 – sunt vasoconstrictori puternici Structură: ET1 un peptid biciclic format din 21 aminoacizi. Structură: ET1 un peptid biciclic format din 21 aminoacizi.

72 Sinteza şi degradarea: Sinteză: trei etape: Sinteză: trei etape: 1. hidroliza proteolitică a preproendotelinei (92 a/a) sub acţiunea convertazei 1 – cu formare de proendotelină (40 a/a). 2. hidroliza capătului C terminal (– 2 a/a) sub acţiunea carboxipeptidazei 3. sub acţiunea convertazei 2 proendotelina trece în endotelină (21 a/a). Degradarea: 2 enzime Degradarea: 2 enzime 1. metaloendopeptidază cu PH optim de 5,5 2. endotelinază (serinproteinaza)

73 Endotelinele Acţiune: 2 tipuri de receptori: ET-A şi ET-B – situaţi nu numai în endoteliul vaselor ci şi în rinichi, plămîni, suprarenale, ţesut nervos. Acţiune: 2 tipuri de receptori: ET-A şi ET-B – situaţi nu numai în endoteliul vaselor ci şi în rinichi, plămîni, suprarenale, ţesut nervos. ET-A –receptorii + structurile fixatoare de G proteină - mediază constricţia vaselor. Funcţia ET-B receptorilor e cuplată cu activarea fosfolipazei C şi A2, majorarea nivelului de Ca intracelular – cu majorarea intensivă a prostaciclinei şi/sau tromboxanului A2 – ceea ce conduce atât la constricţia cât şi dilatarea vaselor. ET-A –receptorii + structurile fixatoare de G proteină - mediază constricţia vaselor. Funcţia ET-B receptorilor e cuplată cu activarea fosfolipazei C şi A2, majorarea nivelului de Ca intracelular – cu majorarea intensivă a prostaciclinei şi/sau tromboxanului A2 – ceea ce conduce atât la constricţia cât şi dilatarea vaselor. Rolul: Rolul: 1. reglează tonusul vaselor şi în general cardiohemodinamica 2. participă în patogenia HTA esenţiale 3. ET-1 şi ET-3 – posedă efecte neurologice (în ţesutul nervos intensifică sinteza fosfoinozitolfosfatului), provoacă modificări în reacţiile de comportare, efect central cardiorespirator. 4. reglează starea funcţională a endoteliului, stratului intim arterial şi venos din diferite vase