Aminoacizii. Proteine

 

 

 
Aminoacizii sunt compuși organici cu funcțiuni mixte care conțin în molecula lor grupa carboxil (-COOH) cu caracter acid și grupa amino (-NH₂) cu caracter bazic, legate de un radical hidrocarbonat.

Aminoacizii au formula generală:

 

 

R─	CH	─COOH
	│
	NH2

 

 

 

 

 

 

   Proteinele sunt compuși macromoleculari naturali rezultați prin policondensarea α-aminoacizilor.

 

 

 

R1—	CH—COOH + R2 —	CH—COOH + R3 —	CH—COOH + ...........→
	│	│	│
	NH2	NH2	NH2

 

R1—	CH—CO─NH—	CH—CO─NH—	CH—CO ─NH─ ............
	│	│	│
	NH2	R2	R3

 

   Proteinele sunt compuși organici care conțin toate elementele organogene.
   Numărul mare de aminoacizi, dar mai ales posibilitățile multiple în care aceștia se pot succeda în macromoleculele proteice, conduc la o diversitate mare de proteine. Proteinele sunt tipice unei anumite specii vegetale sau animale.

 

Proprietățile proteinelor

1. Reacția de hidroliză, este proprietatea proteinelor în urma căreia se obțin peptide (hidroliză parțială) sau amestecuri de α-aminoacizi (hidroliza totală).
   Hidroliza enzimatică are loc în timpul digestiei proteinelor din alimente în prezența enzimelor proteolitice din organism. Produșii obținuți prin hidroliza enzimatică a proteinelor sunt peptidele și apoi aminoacizii. Aminoacizii rezultați sunt folosiți de organism pentru a forma proteinele proprii necesare creșterii, refacerii țesuturilor, sintezei de enzime și hormoni.
   De exemplu, prin hidroliza parțială a hexapeptidei: Ala-Gli-Ser-Val-Glu-Cis, se obține un amestec de peptide care poate conține:

- pentapeptide: Ala-Gli-Ser-Val-Glu, Gli-Ser-Val-Glu-Cis;
- tetrapeptide: Ala-Gli-Ser-Val, Gli-Ser-Val-Glu, Ser-Val-Glu-Cis;
- tripeptide: Ala-Gli-Ser, Val-Glu-Cis, Gli-Ser-Val, Ser-Val-Glu, Val-Glu-Cis;
- dipeptide: Ala-Gli, Ser-Val, Glu-Cis, Gli-Ser, Val-Glu.

2. Denaturarea proteinelor constă în modificarea structurii și proprietăților proteinelor în prezența unor agenți fizici și chimici. Denaturarea proteinelor poate fi:
- reversibilă, este determinată de agenți fizici, de exemplu temperaturile scăzute, iar proteinele revin la structura și proprietățile inițiale.

 - ireversibilă, este determinată de agenți fizici (temperatura ridicată, raze X), de agenți chimici (săruri ale metalelor grele, acizi concentrați) și de agenți biochimici (enzime), iar proteinele nu-și mai pot reface structura și proprietățile biochimice inițiale. Exemplu de denaturare ireversibilă: coagularea albușului de ou la încălzire sau la tratarea cu acid clorhidric.
Stare naturală și importanță

Principalele surse de proteine sunt:
    • Vegetale: soia, ciuperci, linte , fasole, năut, alune, susan, nuci;

    •  Animale: carne, brânzeturi, ouă, pește, lactate;
    •  Surse alternative: alge, proteine de biosinteză;

  Proteinele au rol vital în organismele vii.
1. Intră în constituția organismului uman cu rol fundamental sau auxiliar.
    • Colagenul contribuie la forma corpului (oase, tendoane, piele);
    • Keratina formează părul, unghiile;
2. Au rol de transport
    • Hemoglobina din sânge transportă oxigenul, fierul;
3. Sunt biocatalizatori, deoarece intră în compoziția enzimelor care catalizează
procesele metabolice.
4. Sunt compuși responsabili de apariția imunității. Anticorpii sunt proteine care apără organismul de virusuri.

 

 

Aplicații Aminoacizii

 I. Aminoacizii naturali sunt, cu mici excepții, α-aminoacizi.
   1. Stabiliți formula structurală și denumirea IUPAC pentru α-aminoacidul
monoamino-monocarboxilic alifatic care conține în molecula sa 35,95% O,
procente masice.

   2. Scrieți formulele structurale ale aminoacidului identificat la:
           a) pH=2, mediu acid; b) pH=13, mediu bazic.

   3. Calculați volumul de soluție de NaOH de concentrație 20% și ρ=1,2
g/cm³, ce reacţionează cu 2 moli de α-alanina.

 

Rezolvare:

1. Formula generală:

R─	CH─COOH,	μaminoacid = R + 74 g/mol
	│
	NH2

 

R + 74 g .........32 g O
100 g...............35,95 g, R = 15, R este CH₃─

 

Formula structurală a aminoacidului

CH3─	CH─COOH,	ac. 2-aminopropanoic;
	│
	NH2

 

2. a) formula de structură în mediu acid

CH3─	CH─COOH,	este un cation;
	│
	NH3+

 

b) formula de structură în mediu acid

CH3─	CH─COO-,	este un anion;
	│
	NH2

 

3. CH3─	CH─COOH + NaOH	→ CH3─	CH─COONa + H2O
	│		│
	NH2		NH2

2 moli α-alanina ⇒ 2 moli NaOH ⇒ m = 2·40 = 80 g (md)
ms = 80 · 100/20 = 400 g soluție, Vs = 400/1,2 = 333,3(3) cm³

 

 

II. Aminoacizii esenţiali sunt necesari pentru sinteza unor substanţe biologice
importante în organism și sunt introduși în organism prin intermediul
alimentelor.

   1. Identificați formula structurală și denumirea IUPAC a α-aminoacidului
diamino-monocarboxilic, esențial, A, care conține raportul de masă C:H:O:N =36:7:16:14.

   2. Scrieți ecuațiile reacțiilor aminoacidului identificat cu:
                   a) KOH(aq);     b) HCl(aq).
   3. Calculați masa de α-aminoacid, A, identificat ce reacționează cu 200 cm³
acid clorhidric de concentrație 2 mol/L.

 

Rezolvare:
1. C = 36/12 = 3 atomi-gram
H = 7 atomi-gram
O = 16/16 = 1 atomi-gram
N = 14/14 = 1 atomi-gram, ⇒ formula brută C₃H₇ON
Formula moleculară (C₃H₇ON)n
Deoarece aminoacidul este diamino-monocarboxilic, n=2, formula moleculară
este C₆H₁₄O₂N₂

CH2─ CH2 ─ CH2 ─ CH2─	CH─COOH
│	│
NH2	NH2
ac. 2,6-diaminohexanoic	(lisina)

 

2. a)	CH2─(CH2)3─	CH─COOH + KOH → CH2─(CH2)3─	CH─COOK + H2O
	│	│	│
	NH2	NH2	NH2

 

b)	CH2─ (CH2)3─	CH─COOH + 2HCl  →	CH2─ (CH2)3─	CH─COOH
	│	│	│	│
	NH2	NH2	NH2	NH2

 

 

3. Vs = 0,2 L, C_M= 2 mol/L, ʋ = 0,2·2 = 0,4 moli HCl, ⇒ 0,8 moli lisina
μC₆H₁₄O₂N₂ = 146 g/mol, m = 0,8·146 = 116,8 g lisină

 

III. Aminoacizii sunt elemente esentiale cu rol în formarea proteinelor și asigură rezervele de energie necesară organismelor.

  1. Se dau formulele structurale pentru următorii aminoacizi:
(A) HO-CH₂-CH(NH₂)-COOH (B) H₃C-CH(NH₂)-COOH
(C) HS-CH₂- CH(NH₂)-COOH
     a) Precizați numărul dipeptidelor obținute din aminoacizii A și B; scrieți
formula structurală a unei dipeptide mixte.
     b) Precizați numărul de tripeptide obținute din aminoacizii A, B, C.

 2. a) Calculați procentul masic de azot dintr-o tripeptidă mixtă.
     b) Calculaţi compoziţia procentuală elementală masică a serinei.

 

Rezolvare:
1. a) 2 dipeptide simple: seril-serina; α-alanil-α-alanină.
        2 dipeptide mixte: seril-α-alanină; α-alanil-serina.

H3C─	CH─CO─NH─	CH─COOH                                   α-alanil-serina
│		│
NH2		CH2─OH

 

b) 3 tripeptide simple și 6 tripeptide mixte izomere.

2. a)	H3C─	CH─CO─NH─	CH─CO─NH─	CH─COOH    α-alanil-seril-cisteina
		│	│	│
		NH2	CH2─OH	CH2─SH

 

μC9H17O5N3 = 247 g/mol

% N =

42 ⋅ 100 247

=17

 

 

b) μC₃H₇O₃N = 105 g/mol

% C=

36 ⋅ 100 105

34,28 % H=

7 ⋅ 100 105

= 6,6(6) % N=

14 ⋅ 100 105

= 13,3(3)

 

% O=

48 ⋅ 100 105

= 45,71

 

IV. Prin reacţia de condensare dintre α-alanină şi un aminoacid monoaminomonocarboxilic
(A) rezultă o dipeptidă mixtă cu μ = 188 g/mol.

   1. Stabilițiţi formula de structură a aminoacidului (A).
   2. Scrieți formulele structurale ale dipeptidelor mixte obținute din α-alanină
și aminoacidul identificat.
   3. Stabiliți raportul masic al elementelor din dipeptida mixtă identificată.

 

Rezolvare:
1. ecuația reacției de formare a dipeptidei:

H3C─	CH─COOH + R─	CH─COOH  → H3C─	CH─CO─NH─	CH─COOH
	│	│	│	│
	NH2	NH2	NH2	R

μdipeptida C₅H₉O₃N₂R = 188 g/mol, 145 + R = 188, R = 43,
14n + 1 = 43, n = 3, C₃H₇─

CH3 ─	CH─	CH─COOH
	│	│
	CH3	NH2

ac. 2-amino-3-metil-butanoic (valina)

2. Dipeptidele mixte: α-alanil-valina; valil- α-alanină

3. C:H:O:N = 96:16:48:28 = 24:4:12:7

 

V. Hidroliza este principala proprietate a proteinelor în urma căreia se obțin
peptide sau amestecuri de α-aminoacizi. Prin hidroliza unei peptide se formează 42 g serină și 24,2 g cisteină. Identificați peptida care a fost supusă hidrolizei și scrieți formulele de structură posibile ale acesteia.

Rezolvare:

μserina = 105 g/mol, υ =

m μ

=

42 105

= 0,4 moli serina

 

μcisteina = 121 g/mol, υ =

m μ

=

24,2 121

= 0,2 moli;

 

raportul molar al aminoacizilor:

0,4 0,2

= 2:1, 2 moli serina, 1 mol cisteina

 

Este o tripeptidă ce poate avea următoarele denumiri:

• seril-seril-cisteina
• seril-cisteinil-serină
• cisteinil-seril-serină

VI. Glutationul este o tripeptidă produsă de celulele organismului și reprezintă o sursă energetică principală cât și un antioxidant capabil să distrugă radicalii liberi. Formula de structură a glutationului este:

HOOC─	CH─(CH2)2─CO─NH─H	CH─CO─NH─CH2─COOH
	│	│
	NH2	CH2─SH

 

 

   1. Scrieţi ecuaţia reacţiei de hidroliză enzimatică totală a glutationului.
   2. Notaţi formulele de structură, la pH = 12, pentru cei trei aminoacizi
rezultaţi la hidroliza glutationului.
   3. Calculaţi masa de glutation care se hidrolizează, dacă s-au folosit 72 g de apă.

 

Rezolvare:

1. HOOC─	CH─(CH2)2─CO─NH─	CH─CO─NH─CH2─COOH + 2H2O  →
	│	│
	NH2	CH2─SH

HOOC   ─	CH─(CH2)2─COOH +	CH2 —	CH—COOH +	CH2─COOH
	│	│	│	│
	NH2	SH	NH2	NH2
ac. glutamic		cisteina		glicina

 

2. -OOC─	CH─(CH2)2─COO- ;	CH2—	CH—COO- ;	CH2─COO-
	│	│	│	│
	NH2	SH	NH2	NH2

 

3. μglutation = 307 g/mol,

x 307

=

72 2⋅18

, x = 614 g glutation