Clasificare

În functie de structura loc chimica, de rolul pe care îl îndeplinesc în organismele vii si de proprietatile lor fizico-chimice, proteinele pot fi clasificate în mai multe moduri.

Delimitarea neta între proteine si polipeptide este foarte dificila deoarece exista proteine alcatuite numai din catene polipeptidice (asa-numitele proteine simple sau holoproteine). Majoritatea autorilor delimiteaza aceste doua clase de biomolecule dupa masa lor moleculara considerând ca polipeptidele au o masa moleculara de pâna la 10.000 Da, iar proteinele au masa moleculara superioara acestei valori.

În functie de forma moleculelor, proteinele sunt de doua tipuri:

         - proteine fibrilare care au molecula filiforma si sunt, în general, insolubile în apa. Din aceasta grupa fac parte de exemplu fibroina, keratinele, colagenul etc.

         - proteine globulare a caror molecula are forma sferica sau elipsoidala si sunt usor solubile în apa. Din clasa proteinelor globulare fac parte toate enzimele, globulinele serice si alte.

  În functie de rolul biologic principal pe care îl îndeplinesc, proteinele se împarte în 6 clase astfel:

         - Proteine structurale. Acestea sunt reprezentate de proteinele ce joaca rol plastic, adica acele proteine ce intra în structura membranelor biologice, a tesuturilor si organelor. Proteinele structurale cele mai bine studiate sunt: colagenul întâlnit în tesutul conjunctiv din cartilaje, tendoane, piele, oase etc., elastina ce intra în structura tesutului conjunctiv elastic din ligamente, fibroina din matasea produsa de Bombix mori, sclerotina întâlnita în exoscheletul insectelor, keratina ce se gaseste în cantitati mari în derma, par, pene etc., proteinele membranare ce intra în structura tuturor membranelor biologice si altele.

       - Proteinele de rezerva au rolul principal de a constitui principala rezerva de aminoacizi a organismelor vii. Din aceasta grupa fac parte cazeina care este componenta proteica majora a laptelui, gliadina din cariopsele cerealelor, zeina ce reprezinta principala proteina de rezerva din boabele de porumb, ovalbumina si lactalbumina din oua si respectiv din lapte, feritina care faciliteaza acumularea ionilor de fier în splina si altele.

     - Proteinele contractile au un rol important pentru miscarea organismelor vii fiind implicate în contractia muschilor, cililor, flagelilor etc. Cele mai bine studiate proteine contractile sunt actina si miozina implicate în contractia miofibrilelor si dineina care asigura miscarea cililor si flagelilor la nevertebrate.

       - Proteinele de transport sunt proteine cu o structura deseori complexa ce îndeplinesc un important rol în transportul diferitilor metaboliti în organism. Cele mai bine studiate proteine de transport sunt hemoglobina care asigura transportul oxigenului si dioxidului de carbon, mioglobina cu rol în transportul oxigenului la nivel muscular, albuminele serice care realizeaza transportul acizilor grasi în circulatia sanguina, -lipoproteinele serice care asigura transportul lipidelor în sânge etc. Tot din aceasta categorie fac parte si transportorii membranari care realizeaza transportul activ, contra gradientului de concentratie, al diferitilor metaboliti prin membranele biologice.

       - Proteinele cu rol catalitic si hormonal reprezinta o grupa extrem de importanta de proteine functionale. Din aceasta grupa fac parte enzimele (care sunt toate, fara nici o exceptie, proteine), precum si unii hormoni (hormonii reglatori ai hipotalamusului, hormonii hipofizei, cei pancreatici, hormonii paratiroidieni, hormonii timusului etc.).

        - Proteine cu rol de protectie. Acestea sunt proteine implicate în diferite procese fiziologice de protectie si aparare a organismului fata de anumiti factori externi. Cele mai bine studiate sunt trombina (o proteina ce participa la procesul coagularii sanguine), fibrinogenul (care este precursorul fibrinei, proteina implicata, de asemenea, în procesul coagularii sanguine), imunoglobulinele sau anticorpii (proteine capabile sa formeze complecsi anticorp - antigen cu proteinele straine organismului respectiv si altele.

În functie de structura lor chimica, proteinele se împart în doua mari grupe: proteine simple si proteine complexe.

  - Proteine simple (holoproteine). Acestea sunt proteine ale caror molecule sunt formate numai din catene polipeptidice. Acest lucru a fost demonstrat prin faptul ca prin hidroliza completa, holoproteinele pun în libertate numai aminoacizi. Din aceasta grupa fac parte o serie de proteine ce îndeplinesc importante functii biochimice si fiziologice α, β si γ-globulinele serice, anticorpii, histonele, protaminele, fibrinogenul, miozina, actina, colagenul, fibroina, keratinele etc.

 - Proteinele complexe (numite si conjugate, sau heteroproteine) contin în molecula lor, pe lânga componenta proteica si o componenta de alta natura numita grupare prostetica. La rândul lor, heteroproteinele se împart în mai multe grupe în functie de natura chimica a gruparilor prostetice.

- Cromoproteinele contin în molecula lor o grupare prostetica de natura protoporfirinica. Din aceasta categorie fac parte o serie de proteine ce îndeplinesc importante functii biochimice si fiziologice: hemoglobina, mioglobina, citocromii, catalaza, peroxidaza etc.

- Lipoproteinele contin în molecula lor grupari prostetice de natura lipidica. Din aceasta grupa fac parte de exemplu lipoproteinele serice.

- Fosfoproteinele. Gruparile prostetice ale hetero-proteinelor din aceasta grupa sunt reprezentate de resturi de serina esterificate cu acid fosforic. Cele mai cunoscute fosfoproteine sunt cazeina, vitelina, vitelenina, fosvitina si altele.

- Glicoproteinele contin grupari prostetice de natura glucidica (galactoza, manoza, unele hexozamine, acidul N-acetilneuraminic etc.). Din grupa glicoproteinelor sunt bine studiate γ-globulinele, orosomucoidul plasmatic, ovalbumina, glucoproteinele serice ce determina grupele sanguine si altele.

- Metaloproteinele contin unii ioni metalici (Fe²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺) în calitate de grupare prostetica. Din aceasta grupa fac parte de exemplu alcooldehidrogenaza, enolaza, feritina, conalbumina, ceruloplasmina si altele. Trebuie mentionat faptul ca la metaloproteine, ionul metalic este legat direct de catenele polipeptidice ale componentei proteice si nu este inclus într-o alta structura (cum ar fi nucleul protoporfirinic la cromoproteine).

- Flavoproteinele contin un flavinnucleotid în calitate de grupare prostetica. Din aceasta grupa fac parte flavoenzimele FMN- si FAD-dependente (succinat-dehidrogenaza, aminoacid-oxidazele etc.).

- Nucleoproteinele sunt poate cele mai importante proteine complexe datorita faptului ca gruparea lor prostetica este reprezentata de un acid nucleic. În functie de natura acidului nucleic ce joaca rol de grupare prostetica ele se împarte în ribonucleoproteine (nucleoproteine ce contin ARN) si deoxiribonucleo-proteine (ce contin ADN în calitate de grupare prostetica).

Clasificarea proteinelor

Clasificarea proteinelor

1.     După sursa de provenienţă :
a)  proteine de origine vegetală
b)  proteine de origine animală
2.     După solubilitatea în apă şi în soluţii de electoliţi :
a) insolubile (fibroase)
b)  solubile (globulare)
3.     După produşii rezultaţi la hidroliza totală :
a)     proteine simple (holoproteine ) – dau prin hidroliză totală numai α- aminoacizi
b)    proteine conjugate sau proteide (heteroproteine) -  dau prin hidroliză totală si alți compuși alături de α- aminoacizi. Molecula unei proteide include în structura sa o parte  proteică şi o parte prostetică (resturi, fară structură de aminoacizi)

Proteinele fibroase se găsesc în organismul animal în stare solidă şi conferă ţesuturilor rezistenţă mecanică (proteine de schelet) sau protecţie împotriva agenţilor externi.
KERATINELE- proteinele din epidermă, păr, pene, unghii, copite şi coarne se disting printr-un conţinut mare de sulf. Keratinele sunt insolubile în apă atât rece cât şi caldă, precum şi în soluţii saline. Din cauza aceasta keratinele prezintă o mare inerţie faţă de agenţii chimici, precum şi faţă de enzime.
FIBROINA, componenta fibroasa din mătasea naturală, se găseşte în acest material înconjurată cu o componentă amorfă, cleioasă, sericina, care reprezintă cca. 30 % din greutatea totală. În cele doua glande ale viermelui de mătase, proteinele sunt conţinute sub formă de soluţie concentrată, vâscoasă.
COLAGENUL, este componenta principală a ţesuturilor conjunctive, tendoanelor, ligamentelor, cartilajelor, pielii, oaselor, solzilor de peşte. Există numeroase varietăţi de colagen. Colagenul are o compoziţie deosebită de a keratinei şi fibroinei, căci este bogat în glicină, prolină şi hidroxiprolină, nu conţine cistină şi triptofan. Prin incălzire prelungită cu apă, colagenul întâi se îmbibă ,apoi se dizolvă transformandu-se în gelatină sau clei.
ELASTINA constituie tesutul conjunctiv fibros, și are o elasticitate comparabilă cu a cauciucului, a arterelor şi a unora din tendoane, cum este de exemplu tendonul de la ceafa boului. Elastina nu se transformă în gelatină la fierbere cu apă şi este digerată de tripsina. Ca şi colagenul, fibrele de elastină sunt compuse din aminoacizi simpli, mai ales leucină, glicocol şi prolină.
În regnul vegetal nu se găsesc proteine fibroase; funcţia lor este îndeplinită în plante de celuloză. Proteinele fibroase se dizolvă numai în acizi şi baze concentrate, la cald, dar aceasta dizolvare este însotită de o degradare a macromoleculelor; din soluţiile obţinute nu se mai regenerează proteina iniţială. Proteinele fibroase nu sunt hidrolizate de enzimele implicate în digestie şi deci nu au valoare nutritivă.

Proteinele globulare apar în celule în stare dizolvată sau sub formă de geluri hidratate. Proteinele globulare au forma sfericã sau ovalã. Ele sunt foarte importante în viaţa celulei având activitate biologicã specificã, spre deosebire de proteinele fibroase care au funcţie structuralã şi mecanicã.Se subîmpart în:
a) albumine, solubile în apă şi în soluţii diluate de electroliţi (acizi, baze, săruri)
b)globuline, solubile numai în soluţii de electroliţi
Exemple de proteine solubile:

albuminele din ouă

caseina din lapte

globulinele şi albuminele din sânge (hemoglobina, fibrinogenul)

proteinele din muşchi (miogenul şi miosina)

proteinele din cereale (gluteina din grâu, zeina din porumb)

proteinele produse de viruşi (antigeni) şi bacterii

anticorpii

nucleoproteidele

enzimele

hormonii proteici (insulina)

PROTEINE  ANIMALE
Proteinele din sânge
Sângele  este o suspensie a unor corpuscule mari, vizibile la microscop, globulele albe şi roşii, într-un lichid omogen numit plasmă. Globulele roşii conţin toată proteina colorată roşie, hemoglobina. Plasma conţine în soluţie fibrinogenul, globuline şi albumine. Lichidul rămas la îndepărtarea globulelor şi a fibrinogenului se numeşte serul sanguin. Coagularea sângelui se datorează transformării fibrinogenului într-un gel ireversibil,  fibrina.
Globulinele din ser pot fi separate în trei fracţiuni, L, B şi Z. O importanţă deosebită o constituie z-globulinele, care s-au dovedit identice cu anticorpii din serul sanguin.
Se ştie că în urma infecţiilor cu bacterii sau virusuri, organismul animal devine imun, un timp mai lung sau mai scurt, faţă de o noua infecţie cu acelaşi germen patogen. Imunitatea se datorează apariţiei de anticorpi în serul animalului infectat. Substanţele care determină formarea anticorpilor, numite antigeni, sunt proteine, produse de bacterii sau provenite din acestea sau din virusuri prin dezagregarea lor. Orice proteină straină introdusă prin injecţie în organism acţionează ca antigen.
Proteinele din muşchi
Muşchii vertebratelor conţin 15-20% proteine. Au fost izolate : miogenul, miosina, globulina X, stroma musculară, tropomiosina şi actina.
Miogenul este un amestec de cel putin 3 proteine, cu caracter de albumine şi globuline. Miogenul conţine enzimele esenţiale ale muşchiului: fosforilaza, fosfoglucomutaza, etc..
Miosina şi actina sunt proteinele care asigură funcţiunea contractilă a muşchiului. Tropomiosina este o proteină unitară.

PROTEINE  VEGETALE

Globulinele vegetale sunt mult raspandite în natura, alaturi de albumine.de exemoplu globulinele din semintele oleaginoase :edestina, din samanta de canepa, excelsina din nuca braziliana, amandina din migdale şi corilina din alune, apoi globulinele din leguminoase, de ex.: faseolina din fasole, legumina din mazare, precum şi globulinele din cartofi, tomate, spanac,etc. Toate au configuratii globulare.

Proteine din cereale

Proprietatea grâului de a da o făină panificabilă se datorează caracterului special al proteinelor din endospermul, bogat în amidon, al seminţelor acestei cereale. Proteina din grâu, glutenul, se obţine prin frământarea făinei într-un curent de apă; acesta antrenează granulele de amidon, lăsând glutenul sub forma unei mase lipicioase. Spre deosebire de celelalte proteine vegetale, glutenul este insolubil în apă şi în soluţii saline. Cercetarea clasică a glutenului a dus la concluzia ca el este un amestec de două proteine : glutenina şi gliadina. Cea din urmă este singura proteina solubila în alcool de 70 % şi poate astfel fi separată de glutenina.
Din punct de vedere al constituţiei, majoritatea proteinelor solubile fac parte din categoria proteinelor conjugate, în care grupa prostetică poate fi o lipidă (lipoproteide), acid fosforic (fosfoproteide), un metal (metaloproteide) sau un acid nucleic (nucleoproteide).

Proprietati chimice

Hidroliza proteinelor si peptidelor naturale. Analiza compozitiei în aminoacizi a unei proteine native sau a unei peptide naturale este deosebit de importanta pentru studiul structurii chimice a acestora. Totodata, ea pune multe probleme printre care, cea mai importanta o constituie puritatea materialului folosit pentru analiza. Acest material nu trebuie sa fie impurificat cu substante cu masa moleculara mica (saruri utilizate la purificare, lipide, glucide, ioni metalici etc.). Gruparile prostetice ale heteroproteinelor se separa de componentele proteice înainte de a se trece la hidroliza acestora din urma. În functie de modul de realizare, hidroliza peptidelor si proteinelor este de mai multe tipuri.

1. Hidroliza acida. Proteina supusa analizei este liofilizata si redizolvata în solutie de HCl 5,7 N la care se adauga câteva picaturi de fenol 5%. În fiola în care a fost realizat amestecul de hidroliza se introduce azot sau se creeaza vid pentru a preîntâmpina oxidarea, dupa care se încalzeste pe baia de apa la 40°C timp de 30 de secunde sub agitare usoara, pentru îndepartarea completa a oxigenului. Se realizeaza apoi hidroliza la 105 - 110°C în fiola din sticla termorezistenta timp de 24 - 72 de ore dupa care fiola se raceste, iar acidul este îndepartat la rotavapor. Reziduul obtinut se redizolva într-un volum minim de apa bidistilata si se evapora din nou la sec.

Pentru determinarea calitativa si cantitativa a aminoacizilor în hidrolizatul obtinut se folosesc analizoare automate de aminoacizi, cu înregistrare automata care furnizeaza direct datele necesare calcularii continutului procentual al fiecarui aminoacid prezent în proteina analizata. De regula, pentru obtinerea unor rezultate cât mai exacte, se folosesc 0,4 - 0,5 mg de proteina nativa.

Hidroliza acida a proteinelor se poate realiza si cu alti acizi. Rezultate bune se obtin de exemplu si cu acid performic. Acesta se obtine amestecând 9 volume acid formic 80% cu un volum de H₂O₂ 30%. Amestecul se agita si se lasa în repaus 30 minute la +4°C.

Indiferent de agentul folosit si de precautia de a înlatura oxigenul, hidroliza acida a proteinelor si peptidelor este întotdeauna însotita de oxidarea unor aminoacizi. Astfel, cisteina si cistina trec usor în acid cistic, metionina trece în metionin-sulfona, tirozina si triptofanul sunt complet distruse, iar treonina si serina se oxideaza în proportie de 5 - 10%. Pentru evitarea acestor fenomene secundare, se recomanda realizarea unei hidrolize acide partiale, adica hidroliza la intervale de timp diferite de 24, 48 si 72 de ore.

2. Hidroliza cu bromcian sau iodacetamida. Aceasta metoda se bazeaza pe faptul ca în mediu acid, bromcianul (BrCN) sau iodacetamida (ICH₂ - CO - NH₂) scindeaza specific legaturile peptidice formate de metionina rezultând lactona homoserinei:

Scindarile cu ajutorul bromcianului si iodacetamidei dau posibilitatea obtinerii unor fragmente polipeptidice mai scurte ce pot fi ulterior analizate prin alte metode.

3. Hidroliza secventiala începând cu extremitatea N-terminala. Aceasta poarta numele de metoda Edman de degradare a proteinelor si foloseste ca reactiv fenil-tioizocianatul. Proteina de analizat se dizolva într-o solutie tampon adecvata dupa care se trateaza cu fenil-tioizocianat în prezenta de acid trifluoracetic si în absenta totala a oxigenului. Derivatii aminoacizilor N-terminali rezultati se identifica apoi prin cromatografie în strat subtire.

4. Hidroliza secventiala începând cu extremitatea C-terminala. Aceasta metoda utilizeaza carboxipeptidazele, enzime capabile sa hidrolizeze succesiv câte un aminoacid de la capatul C-terminal. Dupa fiecare etapa, aminoacizii sunt separati prin dializa si determinati calitativ si cantitativ.

5. Hidrazinoliza este o alta metoda de determinare a aminoacidului C-terminal. În prezenta hidrazinei, toate legaturile peptidice sunt rupte si toti aminoacizii, cu exceptia aminoacidului C-terminal, trec în hidrazide. Aminoacidul C-terminal se poate apoi identifica, fie cu ajutorul reactivului 2,4-dinitrofluorbenzenic, fie cu ajutorul clorurii de dansil. 

Cei doi derivati ai dinitrobenzenului (a si b) au solubilitati diferite si pot fi separati din amestec prin diferite procedee de extractie bazate pe diferenta de solubilitate.

6. Hidroliza enzimatica nespecifica. Acest tip de scindare hidrolitica se realizeaza în conditii blânde de reactie. În principiu, orice proteina sau polipeptida poate fi scindata complet în prezenta enzimelor proteolitice din clasa hidrolazelor. Din punct de vedere practic însa, acest procedeu este foarte laborios.

În primul rând, hidroliza enzimatica completa nu se poate realiza cu o singura enzima ci cu un set de mai multe enzime alese în functie de natura proteinei analizate.

7. Hidroliza enzimatica la pH acid. Acest procedeu este utilizat în cazul proteinelor ce se denatureaza la pH acid. Proteina de analizat este mai întâi supusa denaturarii cu o solutie de guanidina sau de uree, urmata de dializa la pH acid. La proteina astfel denaturata se adauga apoi pepsina, subtilizina, aminopeptidaza si prolidaza. Uneori, în functie de natura proteinei analizate, se înlocuieste subtilizina, care este o proteinaza de origine microbiana, cu papaina extrasa din arborele Carica papaya.

Hidrolizatul obtinut este liofilizat, redizolvat în acid acetic 5% si liofilizat din nou. Gradul de hidroliza enzimatica la pH acid este controlat permanent analizând hidrolizatul prin cromatografie sau electroforeza.

8. Hidroliza enzimatica la temperaturi moderate se realizeaza în prezenta papainei, leucinaminopeptidazei si prolidazei. Proteina este denaturata prin încalzire timp de 3 minute la 95°C, iar dupa racire se tamponeaza la pH = 5,2. Hidroliza se realizeaza apoi timp de 18 - 24 de ore la 40°C, iar hidrolizatul obtinut se analizeaza prin metode specifice.

9. Hidroliza enzimatica specifica. Aceasta metoda consta în utilizarea unor preparate pure de tripsina si chimotripsina, enzime ce hidrolizeaza specific legaturile peptidice formate de anumiti aminoacizi. Tripsina de exemplu, hidrolizeaza legaturile peptidice formate de resturile de lizina si arginina, iar chimotripsina pe cele realizate de leucina, fenilalanina si tirozina.

Propietati fizice

Solubilitatea proteinelor este extrem de diferita si depinde de structura acestora. În general, proteinele fibrilare sunt insolubile în apa. Celelalte proteine prezinta grade diferite de solubilitate, aceasta proprietate stând la baza unor metode de separare si purificare preliminara. Unele proteine sunt usor solubile în apa, altele sunt solubile în apa si în diferiti solventi organici, alte proteine se solubilizeaza doar în solutii saline de diferite concentratii etc.

Datorita prezentei unei multitudini de grupe functionale libere ionizabile în structura macromoleculelor 11511f524l proteice (-COO^-, -NH₃⁺, -S^- etc.), solutiile proteinelor prezinta un caracter amfoter. Pe aceasta proprietate se bazeaza si rolul de sistem tampon pe care proteinele solubilizate în diferite lichide biologice îl îndeplinesc alaturi de sistemul tampon carbonat-bicarbonat, sistemul tampon al aminoacizilor, al hemoglobinei si altele.

Ca si în cazul aminoacizilor, datorita prezentei grupelor functionale ionizate în moleculele proteinelor, acestea se caracterizeaza prin valori bine determinare ale punctului lor izoelectric (sau pH izoelectric - pI sau pH_i) care se defineste ca fiind acea valoare de pH la care încarcarea electrica globala a moleculei este nula. Acest parametru fizico-chimic prezinta o importanta practica deosebita, el stând la baza metodelor electroforetice de separare si determinare a diferitelor fractiuni proteice din lichidele biologice. Valorile punctelor izoelectrice ale proteinelor oscileaza între limite foarte largi si nu depind de masa lor moleculara (tabelul II).

În structura tuturor proteinelor solubile aflate în mediu apos pot ioniza grupele -NH₂ terminale si grupele -COOH terminale. În afara de acestea, exista 7 aminoacizi ale caror resturi pot ioniza chiar si atunci când se situeaza în interiorul catenelor polipeptidice.

tipuri de proteine

În funcție de compoziția lor chimică ele pot fi clasificate în:

• Holoproteine cu următoarele clase de proteine
  • Proteine globulare (sferoproteine) sunt de regulă substanțe solubile în apă sau în soluții saline: protaminele, histonele, prolaminele, gluteinele, globulinele, albuminele.
  • Proteinele fibrilare (scleroproteinele) caracteristice regnului animal, cu rol de susținere, protecție și rezistență mecanică: colagenul, cheratina și elastina.
• Heteroproteinele sunt proteine complexe care sunt constituite din o parte proteică și o parte prostetică; în funcție de această grupare se pot clasifica astfel:
  • Glicoproteine
  • Lipoproteine
  • Nucleoproteine

Proteine

Proteinele sunt substanțe organice macromoleculare formate din lanțuri simple sau complexe de aminoacizi; ele sunt prezente în celulele tuturor organismelor vii în proporție de peste 50% din greutatea uscată. Toate proteinele sunt polimeri ai aminoacizilor, în care secvența acestora este codificată de către o genă. Fiecare proteină are secvența ei unică de aminoacizi, determinată de secvența nucleotidică a genei.