curs-introductiv-proteine-2021.pptx

PERIOADA SAVANT DESCOPERIRE
TERMENUL
DE
PROTEINA
Mijlocul
secolului
19
Gerardus Mulder - Extrage o substanta comuna tesuturilor
vegetale si animale pe care a considerat-o
“cea mai importanta dintre toate substantele
organice si fara de care viata pe planeta
noastra probabil nu ar exista”
1838 J. J. Berzelius - Ii propune lui G. Mulder denumirea
greceasca proteios (de prima importanta)
•
•
Proteinele sunt indispensabile pentru lumea vie
Joaca roluri cheie in majoritatea proceselor biologice
• Proteina = polimer liniar alcatuit din unitati monomerice numite aminoacizi
Aminoacizi / Peptide / Proteine

Proteina = polimer liniar alcatuit din unitati monomerice numite aminoacizi
Aminoacizi / Peptide / Proteine
AMINOACID (POLI)PEPTIDA PROTEINA
monomer
1 aa
oligomer
≈ < 50 aa
polimer
≈ > 50 aa
!!!

Aminoacizi – Caracteristici generale
Aminoacidul (aa) este un compus organic care conţine 4 grupari legate la carbon :
• o grupare amino (NH2) – cu caracter bazic
• o grupare carboxil (COOH) – cu caracter acid
• un atom de hidrogen (H)
• un radical (R) care confera specificitate fiecarui aminoacid dpdv al structurii,
dimensiunii, sarcinii electrice, solubilitatii in apa. R = catena laterala a aminoacidului.
Formula generala:

!!!
Aminoacizii sunt substante incolore, frumos cristalizate, majoritatea avand gust dulce.
comune fiecarui aminoacid

Aminoacizi – Clasificare
In natura exista > 200 aminoacizi.
Tipuri de aminoacizi:
L-aminoacizi
• Aminoacizi proteici (-L-aminoacizi)
•
•
• aminoacizi uzuali sau standard (20): incorporati in lanturile polipeptidice in urma
biosintezei proteice
aminoacizi neuzuali sau rari (2): incorporati in lanturile polipeptidice in urma
biosintezei proteice sau sunt modificati dupa incorporare
aminoacizi derivati de la aminoacizii standard: rezulta in urma modificarilor
posttranslationale ale proteinelor
• Aminoacizi neproteici
• derivati ai -L-aminoacizilor proteici
• -L-aminoacizi sau combinatii ale acestora ex.  
-
L-aa
D-aminoacizi – ex. in unele peptide din structura peretelui bacterian
- unele peptide din antibiotice
!!!

Aminoacizi proteici
In structura proteinelor intra -L-aminoacizi (exceptie: prolina – iminoacid).
Din cei 20 de aminoacizi standard, 19 prezinta activitate optica (exceptie: glicina).
L-aa
-aa
!!!

Aminoacizi proteici standard – Clasificare si Nomenclatura
1 Monoamino monocarboxilici – R: grupari hidrofobe alifatice
Leucina, Leu, L
Valina, Val, V
Glicina (Glicocol), Gly, G Alanina, Ala, A
acid -amino-propionic
Izoleucina, Ile, I
• Incorporati in lanturile polipeptidice in urma biosintezei proteice
• Denumirile aminoacizilor sunt abreviate cu simboluri formate din trei litere sau o litera.
acid aminoacetic
acid -amino izovalerianic;
acid 2-amino 3-metil butanoic
acid -amino izocapronic;
acid 2-amino 4-metil pentanoic
acid -amino -metil pentanoic

2 Monoamino monocarboxilici – R: grupari heterociclice
Triptofan, Trp, W
Histidina, His, H
Prolina, Pro, P
Aminoacid aromatic
Iminoacid
acid -amino -indolil propionic
-amino -imidazolil propionic
acid pirolidin-2-carboxilic

3 Monoamino monocarboxilici – R: grupari aromatice
Triptofan, Trp, W
Fenilalanina, Phe, F
Tirozina, Tyr, Y
acid -amino -fenil propionic acid -amino -indolil propionic
acid -amino  (para hidroxi fenil) propanoic;
para hidroxifenil alanina

Aminoacizi aromatici – Proprietati spectrale
-
-
Aminoacizii nu absorb lumina in spectrul vizibil.
Aminoacizii absorb lumina in spectrul ultraviolet
indepartat.
Legatura peptidica are un max de absorbtie la 
= 220 nm.
Aminoacizii aromatici (triptofan, tirozina si in mai mica
masura fenilalanina) absorb lumina in spectrul ultraviolet
apropiat.
Aminoacizii aromatici au un max de absorbtie a luminii
ultraviolete la 280 nm.
Legea Lambert-Beer: Absorbanta la o anumita lungime de
unda este direct proportionala cu concentratia solutului
care absoarbe lumina
Absorbanta UV a solutiilor proteice poate fi folosita ca o
masura a concentratiei proteice.
Proprietatile absorbante ale proteinelor in jurul valorii de
280 nm, sunt determinate numai de continutul lor in
aminoacizii aromatici (Trp, Tyr, Phe).
(!) Atentie: concentratia proteinelor care nu au aminoacizi
aromatici in componenta lor (in special Trp), nu poate fi
determinata spectrofotometric prin masurarea
absorbantei la 280 nm
-
-
-
-
-
-
-
!!!

4 Monoamino monocarboxilici – R: gruparea hidroxil (Hidroxiaminoacizi)
Serina, Ser, S
Tirozina, Tyr, Y
Treonina, Thr, T
Aminoacid aromatic
acid -amino -hidroxi propionic acid -amino -hidroxi butiric acid -amino  (para hidroxi fenil) propanoic;
para hidroxifenil alanina

Aminoacizi proteici standad – Clasificare si Nomenclatura
5 Monoamino monocarboxilici – R: contine Sulf (Tioaminoacizi)
Metionina, Met, M
Cisteina, Cys, C
acid -amino -S-metil butiric acid -amino -tio propionic

Aminoacizi - Proprietati
Cisteina este oxidata la Cistina (dimer in care doua molecule de Cisteina sunt unite
printr-o legatura covalenta numita punte disulfurica -S-S- )
!!!

Aminoacizi - Proprietati
Cisteina, Cys, C
Metionina, Met, M
X
• Intre doua Cys din structura unei proteine se pot forma punti
disulfurice.
• Puntile disulfurice au rol de stabilizare a structurii proteice.
• Puntile disulfurice pot fi:
- intracatenare (intre Cys de pe aceeasi catena polipeptidica)
- intercatenare (intre Cys de pe doua catene polipeptidice diferite)
• Metionina nu formeaza punti disulfurice.
Insulina:
Peptida de 51 aa, ce
prezinta 2 punti
disulfurice
intercatenare si o
punte disulfurica
intracatenara.
!!!

6 Monoamino dicarboxilici – R: contine o grupare COOH
Acid glutamic, Glu, E
Acid aspartic, Asp, D
7 Monoamide ale acizilor monoamino-dicarboxilici – R: contine o
grupare amidica
Asparagina, Asn, N
Glutamina, Gln, Q
amida acidului -amino succinic;
Acid 2-Amino-3-carbamoilpropanoic
amida acidului -amino glutaric;
acid 2-amino-4-carbamoilbutanoic
acidului -amino succinic acidului -amino glutaric

8 Diamino monocarboxilici –
R: contine o grupare NH2
Lizina, Lys, K
9
Acizi guanidino
monoamino monocarboxilici –
R: gruparea guanidil
Arginina, Arg, R
acid , -diamino capronic acid -amino -guanidino pentanoic

Aminoacizi cu R Nepolar = Hidrofob = Insolubil in apa la pH fiziologic 7 =
Orientarea in macromoleculele proteice spre interiorul structurii
Aminoacizi cu R Polar = Hidrofil = Solubil in apa la pH fiziologic 7 =
Orientarea in macromoleculele proteice spre exteriorul structurii;
pot stabili cu apa interactii dipol-dipol sau legaturi de H
Alifatici Aromatici Neionizati Bazici Acizi
Gly Phe Ser Lys Asp
Ala Tyr Thr Arg Glu
Pro Trp Asn His
Val Gln
Leu Cys
Ile
Met
Clasificare in functie de solubilitatea radicalului R

Aminoacizi proteici standard: esentiali si neesentiali
1
•
•
nu pot fi produsi in organism
trebuie furnizati prin alimentatie
2
•
•
pot fi sintetizati in organism
esential la sugar si neesential la adult:
• conditional esentiali (cand organismul e confruntat
cu o stare de boala, stres, etc.):
• neesentiali:
Fenilalanina (Phe)
Izoleucina (Ile)
Leucina (Leu)
Lizina (Lys)
Metionina (Met)
Treonina (Thr)
Triptofanul (Trp)
Valina (Val)
Alanina (Ala)
Asparagina (Asn)
Acid aspartic (Asp)
Acid glutamic (Glu)
Esentiali (8) Nesentiali (12)
Arginina (Arg)
Cisteina (Cys)
Glicina (Gly)
Glutamina (Gln)
Prolina (Pro)
Serina (Ser)
Tirozina (Tyr)
Histidina (His)
!!!

Aminoacizi proteici standard: esentiali si neesentiali
Sursele de aminoacizi esentiali
sunt proteinele din alimentatie.
Alimente care contin proteine complete (contin aminoacizii esentiali):
ouale, pestele, carnea de gaina, curcan, rata, vita, oaie si porc, branza, laptele, iaurtul si soia
Alimentele care contin proteine incomplete (in care lipsesc unul sau mai multi aminoacizi
esentiali):
cerealele, orezul, spaghetele, painea, fasolea, broccoli, cartofii si arahidele
Aceste alimente nu asigura un aport adecvat de aminoacizi si orice proteina fara unul din
aminoacizii esentiali are o valoare biologica redusa.
!!!

Aminoacizi proteici rari
1
•
•
Se gasesc in canitate mica in organism
Incorporati in lanturile polipeptidice in urma biosintezei proteice sau modificati dupa
incorporare
Selenocisteina (Sec, U)
Cisteina, Cys, C Selenocisteina, Sec, U
SeH
•
•
•
•
Al 21-lea aminoacid
Incorporat in timpul procesului de translatie la codoni UGA, care servesc in mod
normal drept codoni STOP. Acest proces necesita un ARNt specializat, cu un anticodon
complementar la UGA
• Este un analog al cisteinei, continand o grupare selenol (SeH) in locul gruparii tiol
(sulfhidril; SH) din cisteina
Identificata la plante, arhebacterii, bacterii, animale, om
Intra in componenta selenoenzimelor, care au rol antioxidant sau in mentinerea
balantei redox celulare
acid -amino -selenil propionic

Aminoacizi proteici rari
2 Pirolizina (Pyl, O)
•
•
• Al 22-lea aminoacid
• Incorporat in timpul procesului de translatie la codoni UAG, care servesc in
mod normal drept codoni STOP. Acest proces necesita un ARNt specializat, cu
un anticodon complementar la UAG
Identificat la unele arhebacterii metanogene si la unele bacterii
Nu este prezent la om
Pirolizina, Pyl, O

Aminoacizi proteici derivati de la aminoacizii standard
•
•
rezulta in urma modificarilor posttranslationale ale proteinelor
Exemple:
AMINOACID
MODIFICAT
AMINOACID STANDARD DE
LA CARE E DERIVAT
LOCALIZARE SI ROL
4-Hidroxiprolina Prolina Extensina (proteina din peretele celular
vegetal)
Colagen (proteina fibroasa a tesuturilor
conective)
5-Hidroxilizina Lizina Colagen
6-N-Metillizina Lizina Miozina (proteina contractila din
muschi)
acid -carboxi
glutamic
Acid glutamic Protrombina (proteina implicata in
coagularea sangelui)
Unele proteine care leaga Ca2+
Desmozina 4 resturi de Lizina Elastina (proteina fibroasa din tesutul
conectiv)
N-Formilmetionina Metionina Initierea sintezei proteice la bacterii

Aminoacizi neproteici
•
•
•
Nu intra in alcatuirea proteinelor
Derivati ai -L-aminoacizilor proteici
-L-aminoacizi sau combinatii ale acestora ex.  
-
L-aa
AMINOACID NEPROTEIC ROL
-Alanina Intra in structura Coenzimei A (CoA)
Acid--aminobutiric (GABA) Agent chimic pentru transmiterea impulsurilor nervoase
Homocisteina, Homoserina,
Citrulina, Ornitina
Intermediari in metabolismul aminoacizilor si in ciclul ureei
3, 4 Dihidroxifenilalanina
(L-DOPA)
Precursor al dopaminei
5-Hidroxitriptofan Precursor al serotoninei

Aminoacizi – Proprietati acido-bazice
Aminoacidul este o substanta amfotera = amfolit (acido-bazic) =
ion dipolar = amfiion = zwitterion = se poate comporta fie ca acid, fie ca baza
Un aminoacid dizolvat intr-o solutie la pH neutru (ex. apa) are un caracter dipolar
Caracter acid (donor de H)
Caracter bazic (acceptor de H)
Amfiion
!!!

Aminoacizi – Proprietati acido-bazice
Starea de ionizare variaza in functie de valoarea pH:
• In solutie acida (ex. pH 1, concentratie mare de H+ in solutie):
gruparea carboxil este neionizata –COOH, iar gruparea amino este ionizata –NH3 ,
+
aminoacidul are sarcina neta pozitiva
• In solutie alcalina (ex. pH 11, concentratie mica de H+ in solutie):
gruparea carboxil este ionizata –COO-, iar gruparea amino este neionizata –NH2,
aminoacidul are sarcina neta negativa
Proprietati determinate de caracterul dipolar:
• Solubilitatea aminoacidului – cei mai multi aminoacizi sunt foarte solubili in apa si
insolubili in majoritatea solventilor organici
• Au puncte de topire in jurul temperaturii de 3000C
!!!

Peptide
• -L-aminoacizii condenseaza intre ei (elimina o molecula de apa, se deshidrateaza) si
formeaza peptide si proteine.
Din gruparea -carboxil a unui aa si gruparea -amino a altui aa se elimina o molecula de
H2O cu formarea unei legaturi covalente CO-NH peptidice (amidice).
Din gruparea -carboxil se elimina OH, iar din gruparea -amino H.
•
•
Dipeptida
Ser–Gly–Tyr–Ala–Leu
Pentapeptida: serinilgliciltirozilalanilleucina
Legatura peptidica
!!!
Reactie de (poli)condensare

Peptide – Clasificare
!!!
Aminoacid < Oligopeptida < Polipeptida < Proteina
Lant de aa cu
M < 10000 D
≈ 11-50 aa ≈ > 50 aa
Monomer Oligomer Polimer
≈ 2-10 aa
1 aa
Legatura CO-NH: legatura (poli)amidica sau (poli)peptidica
Poliamide
•
•
naturale: peptide, proteine
sintetice: ex. nylon
Peptide
•
•
simple: in structura lor exista un singur tip de aminoacid (ex. Ala-Ala-Ala-Ala-Ala)
mixte: in structura lor exista resturi ale unor aminoacizi diferiti (ex. Phe-Val-Cys-Ala-Trp)
Lant de aa cu
M > 10000 D

Peptide – Nomenclatura
Capat
carboxi-terminal
C-terminal
Capat
amino-terminal
(N-terminal)
!!!
Catena principala
Catena laterala (Radicalii R)
Catena laterala
Se indica succesiv aminoacizii sub forma de radicali acil (serinil-alanil ...), de la extremitatea
amino terminala spre cea carboxiterminala, ultimul aminoacid fiind denumit ca atare (valina).

Peptide cu importanta fiziologica:
-
-
-
unii hormoni
unele antibiotice
alte peptide
!!!

Hormoni peptidici - exemple
HORMON (SECVENTA) NR AA ROL
FACTORUL DE ELIBERARE A HORMONULUI
TIROTROP
(Piroglutamil-histidinil-glicilamida)
3 • Secretat de hipotalamus
• Actioneaza asupra lobului anterior al hipofizei,
determinand secretia hormonului tirotrop
OXITOCINA
(Gly-Leu-Pro-Cys-Asn-Gln-Ile-Tyr-Cys)
• punte disulfurica intre Cys1-Cys6
9 • Secretata de lobul posterior al hipofizei
• Regleaza contractia musculaturii netede
• La femeia insarcinata concentratia de oxitocina
creste la nivelul glandelor mammare
• Stimuleaza contractiile uterine
ARGIPRESINA (hormonul antidiuretic ADH)
Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2
• punte disulfurica intre Cys1-Cys6
9 • Secretata de lobul posterior al hipofizei
• Creste presiunea arteriala
• Stimuleaza resorbtia apei la nivelul rinichiului
GLUCAGONUL
His (1).........Thr (29)
29 • Hormon secretat de celulele  ale insulelor
Langerhans din pancreasul endocrin
• Hormon hiperglicemiant, cu actiune antagonista
insulinei
INSULINA
Clasificata si ca proteina cu masa moleculara
mica
Insulina bovina - Formata din 2 catene
polipeptidice:
• A: Gly (1)...........Asn (21)
• B: Phe (1)..........Ala (30)
stabilizate prin:
• 2 punti disulfurice intercatenare
• 1 punte disulfurica intracatenara
51 • Hormon secretat de celulele  ale insulelor
Langerhans din pancreasul endocrin
• Hormon cu rol important in reglarea
metabolismului glucidelor
• Contribuie la micsorarea concentratiei glucozei in
sange (hormon hipoglicemiant).

Antibiotice cu structura peptidica - exemple
Valinomicina
-
-
antibiotic cu functie transportoare
fixeaza ionii de K+ si de Rb+ pe suprafata externa a membranei plasmatice, faciliteaza
difuzia acestora prin membrana si ii elibereaza pe fata citoplasmatica a membranei
1 molecula de valinomicina transporta pana la 104 ioni K+/s
nu intra in categoria peptidelor pure deoarece contine si un rest de acid lactic
are o structura ciclica: [(L)lactat-(L)Val-acid (D)Hidroxiizovalerianic-(D)Val]3
-
-
-

Gramicidina
-
-
-
-
formeaza un canal transmembranar in bistratul lipidic al membranei plasmatice
transporta protoni si cationi metalici monovalenti (Na+, K+)
dimerizeaza cap la cap pentru a forma canalul transmembranar (C---NN---C)
polipeptid liniar in care alterneaza 15 L si D aminoacizi
Antibiotice cu structura peptidica - exemple

Alte peptide cu importanta fiziologica
NUME (OLIGO)PEPTIDA NR AA ROL
ASPARTAM
(L-aspartil-L-fenilalanin metil ester)
2 • Indulcitor artificial
CARNOZINA
(-alanil-histidina)
2 • Se gaseste in cantitate mare in tesutul muscular al
mamiferelor
GLUTATIONUL
(-glutamilcistienilglicina)
3 • Constituent important al celulelor, cu rol in procesele de
detoxifiere si metabolice
ENCEFALINE
(PEPTIDE OPIATE)
- Metionin-encefalina
Tyr-Gly-Gly-Phe-Met
- Leucin-encefalina
Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu
5 • Formate la nivelul SNC
• Se fixeaza de receptorii unor celule din creier (aceeasi
receptori de care se leaga si drogurile din familia
opiaceelor) si au efect analgezic
• Asigura controlul endogen al durerii
• Implicate in controlul starilor emotionale
BRADICHININA
(Arg - Pro - Pro - Gly - Phe - Ser - Pro -
Phe – Arg)
9 • Chininogenul (glicoproteina din sange) sufera un proces de
proteoliza limitata, catalizat de enzima numita calicreina,
dand nastere bradichininei.
• Actiune vasodilatatoare a vaselor de sange
• Scade presiunea sangvina
• Efect constrictor asupra musculaturii netede
• Participa la restabilirea structurii peretelui vasului de sange
lezat si la proteoliza cheagului de fibrina

Peptide cu importanta fiziologica
•
•
Glutationul (GSH) este o tripeptida cu structura -glutamilcisteinilglicina
Constituent important al celulelor, cu rol in procesele de:
- detoxifiere
- metabolice
Redus (GSH)
Glutationul
Oxidat (G-S-S-G)
1
Rol in conjugarea unor compusi xenobiotici pentru organism
(ex. compusi halogenati, organofosforici, alilici, epoxidici)
GSH + RX
Glutation S-transferaza
RSG + HX
  

Glutationul - Functii
2 Combaterea stresului oxidativ
- Oxigenul este un agent oxidant foarte puternic, care genereaza in cursul reactiilor
specii (re)active de oxigen = reactive oxigen species (ROS):
2
OH• = radical hidroxil; O2
- = anion superoxid; O 2- = anion peroxid)
-
- Speciile reactive de oxigen produc oxidarea lipidelor, acizilor nucleici si proteinelor
din organism.
Speciile reactive de oxigen cresc in timp imbatranirea organismului, conducand la
aparitia bolilor.
MACROMOLECULE EFECT DATORAT OXIDARII DE CATRE ROS
Lipide membranare Afecteaza functia de transport
Acizi nucleici Mutatii
Proteine Afecteaza toate functiile organismului
- Glutationul este un “scavanger” = inlatura speciile reactive de oxigen
Glutation peroxidaza
2GSH + ROOH GSSG + ROH + H2O
Glutation
redus
Glutation
oxidat
(ex.: 2GSH + H2O2  GSSG + 2H2O )
GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+
Glutation reductaza
Nicotinamid adenin
dinucleotid fosfat
(redus)
Nicotinamid adenin
dinucleotid fosfat
(oxidat)
Glutation
oxidat
Glutation
redus
Specie
reactiva
de oxigen

Glutationul - Functii
3 Rol in reducerea Methemoglobinei la Hemoglobina in eritrocite
-
-
-
-
Hemoglobina (Hb) este o proteina care transporta oxigen in sange.
Hb are in structura Fe2+: Hb(Fe2+)
Hb(Fe2+) leaga O2 formand Oxihemoglobina: Hb(Fe2+)O2
In mod normal in organism exista si 1-2% Methemoglobina, in care Fe2+ este oxidat
la Fe3+: MetHb(Fe3+)
- MetHb(Fe3+) nu leaga O2
- Din cauza unor factori genetici sau a expunerii la agenti patogeni, MetHb(Fe3+) se
poate afla in cantitati mai mari in sange, o concentratie de peste 70% fiind letala
Hb(Fe2+) + O2  Hb(Fe2+)O2
Hemoglobina Oxihemoglobina
MetHb(Fe3+) + O2 
Methemoglobina
a) GSH are rol de tampon redox, impiedicand oxidarea Fe2+ la Fe3+ in Hb(Fe2+)
b) Daca s-a format MetHb(Fe3+), aceasta este redusa la Hb(Fe2+):
GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+
Glutation reductaza
Nicotinamid adenin
dinucleotid fosfat
(redus)
Nicotinamid adenin
dinucleotid fosfat
(oxidat)
Glutation
oxidat
Glutation
redus
2GSH + 2MetHb(Fe3+)  GSSG + 2Hb(Fe2+) + 2H+
Glutation
oxidat
Glutation Methemoglobina
redus
Hemoglobina

Scrieti structura urmatoarelor peptide (in care aa componenti sunt scrisi utilizand codul cu o
litera) si verificati rezultatul utilizand generatorul de structuri peptidice
http://www.tulane.edu/~biochem/WW/PepDraw/
1. APA
2. MARTIE
3. FANTASTIC
4. PARTY
5. QUICK
6. PARIS
7. COPENHAGA
8. WASHINGTON
9. TWITTER
10. SELFIE
11. Ce secventa de aminoacizi are peptida din figura de mai jos?
Seminar

Aminoacizi - Peptide - Proteine
!!!
Aminoacid < Oligopeptida < Polipeptida < Proteina
Lant de aa cu
M < 10000 D
≈ 11 - 50 aa ≈ > 50 aa
Monomer Oligomer Polimer
≈ 2 - 10 aa
1 aa
Legatura CO-NH:
legatura (poli)amidica sau (poli)peptidica
Poliamide
• naturale: peptide, proteine
• sintetice: ex. nylon
Lant de aa cu
M > 10000 D

Niveluri de organizare ale proteinelor
NR
CRT
STRUCTURA
PROTEINELOR
DEFINITIE
1 PRIMARA Ordinea resturilor de aminoacizi dintr-o catena polipeptidica.
2* SECUNDARA Aranjamentul spatial local rezultat in urma interactiilor dintre atomii de pe catena
principala a lantului polipeptidic care participa la formarea legaturii peptidice.
3* TERTIARA Aranjamentul spatial tridimensional, rezultat in urma interactiilor dintre atomii de pe
catena laterala (radicalii R) a lantului polipeptidic.
4* CUATERNARA Rezultatul interactiunii dintre catenele polipeptidice independente (cu structuri
primare, secundare, tertiare bine definite), care intra in structura aceleiasi proteine.
a
unei
Pentru
intelege
functia
proteine
trebuie
sa
cunoastem
structura
acesteia.
!!!
(*) Reprezinta structura tridimensionala (conformatia) proteinelor

Catena principala Catena laterala (Radicalii R)
Catena laterala
Structura
tertiara
Structura
secundara

Structura primara a proteinelor
• Structura primara reprezinta ordinea resturilor de aminoacizi (de la extremitatea N- spre
cea C-terminala), legati covalent prin legaturi peptidice pentru a alcatui o catena
polipeptidica.
Prima structura primara elucidata: insulina bovina (1953, Frederick Sanger)
Metode moderne de secventiere a proteinelor:
- Degradarea Edman
- Spectrometria de masa
Fiecare proteina are o secventa de aminoacizi unica, codificata genetic, care ii confera o
structura si o functie unica.
Fiecare proteina este specifica fiecarei specii in parte, iar uneori poate fi specifica unui
organ sau tesut particular.
Prin compararea proteinelor cu functie similara la diferite specii, se observa adesea ca au
o secventa asemanatoare de aminoacizi.
Secventele proteice pot prezenta o anumita flexibilitate (polimorfism): ex. 20-30 % din
proteinele umane prezinta usoare variatii ale secventei de aminoacizi.
Multe dintre aceste variatii nu au efect asupra functiei proteinei respective (mutatii
conservative): ex. inlocuirea unui aa hidrofob cu altul (Val  Ile)
Exista variatii de secventa, de la modificarea unui singur aminoacid pana la
deletia/insertia unui fragment polipeptidic, care afecteaza functia proteinei respective,
conducand la aparitia maladiilor genetice (mutatii neconservative): ex. Asp  Pro
•
•
•
•
•
•
•
•
!!!

1. Geometrialegaturii peptidice
1. Cis
2. Trans
2. Structura secundara a proteinelor
1. Elementecu structura secundara organizata
1. Helix
1. Helix 3.613 (-helix)
2. Helix 310
3. Helix 4.416 (helix π)
2 -structurapliata
1. Paralel
2. Antiparalel
3. Bucle
1. Turns
 -turn
2 -turn (Reverse turn sau -bend)
2.1.3.1.2.1. -turn turn tip I
2.1.3.1.2.2. -turn turn tip II
3 -turn
4 -turn
5 -turn
6. Hairpin
1. Loops (Ω loops)
1. Elementecu structura secundara dezorganizata
1. Random coil
2’. Elementede superstructura secundara (motive)
2’.1. Superstructuri secundare cu -helix
2’.1.1. Motivul Helix-Loop-Helix (HLH)
2’.1.1.1. bHLH
2’.1.1.2. EF-hand
2’.1.2. Motivul Helix-Turn-Helix (HTH)
2’.1.3. Motivul Helix-Hairpin-Helix (HHH)
2’.1.4. Motivul Zinc finger
2’.1.5. Motivul - corner (-)
2’.1.6. Motivul Four helical bundle
2’.1.7. Motivul Coiled coil
2’.1.8. Motivul Leucine zipper
2’.2. Superstructuri secundare cu elemente 
2’.2.1. Motivul Hairpin  -ribbon sau unitate 
2’.2.2. Motivul - corner
2’.2.3. Motivul -meander
2’.2.4. Motivul Greek key
2’.2.4. Motivul Jelly roll
2’.2.5. Motivul -helix
2’.3.Superstructuri secundare mixte
2’.3.1. Motivul 
2’.3.2. Motivul  (Rossmann F
o
l
d
)
2’.3.2. Motivul  barrel
3 Structura tertiara a proteinelor
4. Structura cuaternara a proteinelor
• Structura tridimensionala
(conformatia) a proteinelor:
aranjamentul spatial al
atomilor intr-o proteina
• O proteina are in general
una sau mai multe structuri
tridimensionale stabile, care
reflecta functia acesteia.
Structura tridimensionala a proteinelor
!!!

• Legatura CO-NH prezinta un caracter partial
de legatura dubla, fiind rigida si plana.
• Conformatiile legaturii peptidice:
Trans:
•
• atomii de C succesivi sunt situati pe
partile opuse gruparii peptidice care ii
uneste
majoritara in structura proteinelor
Cis:
• atomii de C sunt situati pe aceeasi
parte
rar intalnita in structura proteinelor
mai stabila ca structura Trans
•
•
Geometria legaturii peptidice
1
!!!

• Legatura peptidica CO-NH se gaseste in acelasi plan, iar carbonul C se poate roti, putand
sa apara in planuri diferite.
Conformatia catenei polipeptidice este data de valoarea unghiurilor diedrale:
•
•
•
unghiul Φ: dintre C si N(H)
unghiul Ψ: dintre C si C(=O)
• Intr-o catena polipeptidica nu pot exista multe combinatii ale unghiurilor Φ si Ψ deoarece
pot aparea impiedicari sterice intre atomii implicati in legatura peptidica si gruparile
laterale ale aminoacizilor.
Gly contine doar un atom de H in catena laterala si de aceea permite mai multe valori
posibile pentru unghiurile Φ si Ψ. De aceea Gly se gaseste adesea in locurile in care
catena polipeptidica face o intoarcere din scurt.
Pro este aa cu cele mai multe constrangeri conformationale, datorita catenei sale ciclice.
•
•
Geometria legaturii peptidice
TRANS
O
H
N
C

2 Structura secundara a proteinelor
1. Elemente cu structura secundara organizata
1. Helix
1. Helix 3.613 (-helix)
2. Helix 310
3. Helix 4.416 (helix π)
2 -structura pliata
1. Paralel
2. Antiparalel
3. Bucle
1. Turns
 -turn
2 -turn (Reverse turn sau -bend)
2.1.3.1.2.1. -turn turn tip I
2.1.3.1.2.2. -turn turn tip II
3 -turn
4 -turn
5 -turn
6. Hairpin
1. Loops (Ω loops)
1. Elemente cu structura secundara dezorganizata
1. Random coil

elix
Helix de dreapta
- rotire in sensul acelor de ceasornic
- format din L-aminoacizi
Helix de stanga
- rotire in sens invers acelor de ceasornic
- format din D-aminoacizi
3.613 (-helix): intalnit la majoritatea
proteinelor
- Nu a fost observat in proteine
- Intalnit la polimerul artificial poliprolina,
care formeaza in solutie un helix de
stanga cu 3 aa per tur de spira si pasul
helixului de 9.4.
310: observat ocazional in proteine
4.416 (Helix π): rar intalnit in proteine la capatul
C-terminal.
2.27 (Ribbon): nu a fost observat in natura
-helix: nu a fost observat in natura
Tipuri de helix:

-helix
• -helix 3.613 (Linus Pauling, 1951)
• Intalnit in majoritatea proteinelor
• Segment de catena polipeptidica rasucit
•
!!!
Punte de hidrogen
2 4
5
8
9
10
7
6
3
12
11
1
13
Bucla = Tur de spira = 13 atomi = 3.6 aa = 0.54 nm (5.4 Å)
spre dreapta, ca in jurul unui cilindru
imaginar, cu gruparea R orientata spre
exterior
Este stabilizat prin punti de H, paralele cu
axa structurii, formate intre oxigenul
carbonilic al restului de aminoacid i si H
iminic al restului de aminoacid i+4, care
inchide o bucla (tur de spira) de 13 atomi
(in medie 3.6 resturi de aa).
Punte de hidrogen
i i+1 i+2 i+3 i+4 i+5
• Aminoacizi
formatori de
-helix: MALE
Aminoacizi mediu
formatori de
-helix: KFIQWV
Aminoacizi care
dezorganizeaza
-helixul: G, P
•
•
* *
Reprezentare
ribbon
*
*
*
*

• Parametrii -helixului 3.613:
p = pasul spirei, inaltimea unei ture complete de spira (5.4 Å)
n = nr de resturi de aa per tur de spira (3.6 aa)
d = p/n = 5.4 Å / 3.6 aa = 1.5 Å = distanta axiala per aa
Φ = -470;Ψ = -570 (in medie)
Identificat intr-o varietate de proteine globulare si fibrilare
Continutul proteinelor in -helix variaza de la 0 la 100 %.
•
•
In realitate, atomii din
centrul helixului se
afla in contact
Reprezentare
schematica a
centrului helixului
-helix
Reprezentare
schematica tip
ribbon

Proteinele intracitoplasmatice
- Radicalii hidrofili (polari) ai -helixului se afla la
exteriorul moleculei proteice
- Radicalii hidrofobi (nepolari) ai -helixului se afla
la interiorul moleculei proteice.
-helix
Proteinele transmembranare si receptorii
- Radicalii hidrofobi (nepolari) ai -helixului
se afla la exteriorul moleculei proteice

Seminar
Care este lungimea (in milimetri) a unui lant polipeptidic format din 100 de
aminoacizi, care formeaza o structura de tip -helix 3.613?

Segment repetitiv
6.5 Å
7 Å
-structura pliata (-pleated sheet)
•
•
•
•
•
•
•
•
1951, Pauling & Corey
Structura stabilizata de punti de hidrogen
perpendiculare pe axa structurii, intre oxigenul
carbonilic al unui aminoacid si H iminic al unui
aminoacid localizat pe un segment adiacent al
catenei polipeptidice
Poate implica 2 sau mai multe segmente de
catena polipeptidica
Segmentele de catena  au in medie 6 resturi de
aa
Segmentele de catena  pot fi in acelasi plan sau
usor rasucite una fata de cealalta
Lantul polipeptidic se prezinta ca paginile unei
hartii indoite in evantai
• Radicalii R sunt orientati spre exterior, de-o parte
si de alta a lantului polipeptidic.
d = distanta axiala per aa este ~3.5 Å
Aminoacizi care prefera conformatia beta:
aromatici: WYF
cu legare prin C: IVT
!!!

segment de catena  -strand)
-structura pliata (-pleated sheet) - Clasificare
NH2 NH2
COOH COOH
-structura
Reprezentata schematic
forma de sageta, cu
sub
varful
orientat in directia C-terminala.
pliata paralel
-structura
pliata antiparalel
!!!
NH2 COOH
COOH NH2
-strand:
catena polipeptidica
de 3-10 aa, in care
atomii se afla intr-o
conformatie extinsa,
favorabila formarii
unei structuri -pliate.

-structura pliata (-pleated sheet) - Clasificare
-structura pliata paralel -structura pliata antiparalel
• Catenele polipeptidice au legaturile
peptidice orientate in directii opuse
• Puntile de H sunt paralele intre ele
• Catenele polipeptidice au legaturile
peptidice orientate in aceeasi directie
• Puntile de hidrogen sunt “concurente”
• Prezinta de regula mai mult de 5 segmente
de catena polipeptidica
•
• Proteine fibrilare: fibroina, proteina produsa
de viermele de matase, are 100% structura
-pliata antiparalel
80% din proteinele globulare au acest tip de
structura
• Segment repetitiv: 6.5 Å
• Mai putin stabila
• Segment repetitiv: 7 Å
• Mai stabila
!!!

Seminar
Care sunt diferentele intre -structura pliata si -helix?

Turns
Turns:
•
•
•
bucle scurte: 1-6 aa (buclele de 1 si 2 aa putin probabil sa existe dpdv steric)
inguste: distanta dintre atomii de C dintr-o bucla de tip turns este < 7 Å
permit catenei polipeptidice sa isi schimbe brusc directia
Turns Nr. aminoacizi
-turn 5
-turn (-bend sau reverse turn) 4
-turn 3
-turn 2
-turn 6
Hairpin (ac de par) 1-6
Bucla care conecteaza elemente de structura
secundara ce interactioneaza intre ele

Bucla scurta care permite catenei polipeptidice sa isi schimbe brusc directia
Leaga adesea secvente succesive cu structura -antiparalela
Frecvent intalnit la suprafata proteinelor
Frecvent intalnit in proteinele globulare
Aminoacizi formatori de -turn: G, P
Contin 4 resturi de aminoacid
•
•
•
•
•
•
•
-turn
-turn = -bend = Reverse turn
Oxigenul carbonilic al primului rest de aminoacid formeaza o punte de hidrogen cu
hidrogenul iminic al celui de-al patrulea rest de aminoacid
Exista 2 tipuri mai frecvente de -turn, care difera prin unghiurile diedrale Φ si Ψ de la
nivelul catenei polipeptidice
- tipul I: cel mai frecvent si contine adesea in pozitia 2 Pro
- tipul II: contine adesea in pozitia 3 Gly
•
Structura Φ Ψ
Tip I
aa 2 -600 -300
aa3 -900 00
Tip II
aa2 -600 +1200
aa3 +800 00
Proline
!!!

-turn
•
•
•
Bucla alcatuita din 3 resturi de aminoacizi
Puntea de hidrogen se formeaza la nivelul aa 1 si aa 3.
Rar intalnit in proteine

•
•
este un tip special de “turn”, alcatuit din 1-6 resturi de aminoacizi
conecteaza elemente de structura secundara ce interactioneaza intre ele:
Ex.
-Hairpin  -turns, care conecteaza elemente de tip -structura pliata antiparal
(poate contine bucle de tip -turns)
Hairpin
-Hairpin  -turns care conecteaza -structura pliata antiparalel

Loops
• Contin aproximativ 6-16 resturi de aminoacizi, a caror lungime totala este mai mica de 10 Å
si fac legatura intre 2 elemente de structura secundara.
Frecvent intalnite la suprafata moleculei proteice, pentru a participa la interactia dintre
proteine si alte molecule
La nivelul acestor regiuni se gasesc uneori situsurile de legare a ionilor metalici si centrele
catalitic active ale enzimelor
•
•
Loop = Ω loop
!!!

•
•
Elemente fara o structura secundara organizata
Pot fi reprezentate de secvente cu radical R ionizat la pH fiziologic (ex. resturi de aa cu
caracter acid, uneori repetitive)
Localizate de regula la capetele N- sau C- terminale, dar se pot gasi si in interiorul
lantului polipeptidic
Au o flexibilitate mare in solutie
Rol:
•
•
•
•
•
•
Random coil
Random coil
asigura miscarea unor regiuni adiacente
poate trece, in anumite conditii, de la forma dezorganizata la o forma organizata,
pentru a exercita o anumita functie biologica
in anumite conditii pot lega o molecula specifica, avand o forma dezorganizata in
absenta ligandului si o forma organizata in prezenta acestuia
Random coil
!!!

Seminar
Precizati care sunt diferentele intre structurile secundare de tip:
-turn, loop si random coil.

•
2’ Elemente de SUPERstructura secundara a proteinelor (Motive structurale)
Combinatii (clustere) de elemente de structura secundara, care apar in structura proteinelor
2’.1.1.1. bHLH
2’.1.1.2. EF-hand
2’.1.5. Motivul -corner
2’.2.1. Motivul Hairpin 
2’.2.2. Motivul -corner
2’.3. Superstructuri secundare mixte
2’.3.1. Motivul 
o
l
d
)
!!!

Elemente de superstructura secundara a proteinelor (Motive)
2’.1.1.1. bHLH
2’.1.1.2. EF-hand
2’.1.5. Motivul -corner
2’.2.2. Motivul -corner
2’.3.1. Motivul 
o
l
d
)

Motivul Helix-Loop-Helix (HLH)
N
Doua segmente -helix sunt conectate printr-un element de tip “loop” de lungime variabila
In afara de motivul clasic HLH exista 2 variante particulare ale acestui motiv:
C
•
•
(a) Motiv HLH intalnit la proteine care leaga ADN
(bHLH)
•
•
•
•
•
• din aceasta categorie face parte familia factorilor de
transcriptie cu motiv Helix-Loop-Helix cu aminoacizi
bazici (basic Helix-Loop-Helix = bHLH)
un helix are rol de stabilizare a structurii si interactie
cu alt helix
celalalt helix este de regula format din aminoacizi
bazici (+) si are rol in legarea la ADN (-)
de regula proteinele cu motiv bHLH se leaga la
regiuni consensus din stuctura ADN numite E-box
in general, factorii de transcriptie cu motiv bHLH
functioneaza ca dimeri
Ex: c-myc, Ngn2 etc.

(b) Motiv HLH intalnit la proteinele care leaga Ca2+
(EF-Hand)
• Evidentiat pentru prima data in structura
parvalbuminei.
• Acest motiv este numit si EF hand dupa helixurile E
si F din structura parvalbuminei care formeaza un
astfel de motiv.
• Configuratia acestui motiv aminteste de mana
dreapta: Helix E (degetul aratator), Loop (degetul
mijlociu indoit), Helix F (degetul mare).
• care
Regiunea “loop” contine aminoacizi
coordineaza ionul de Ca2+
Ex: parvalbumina, calmodulina, troponina C
•
Motivul Helix-Loop-Helix (HLH)
Parvalbumina

•
•
Contine 2 segmente de -helix unite printr-o bucla de tip “turn”
Intalnita frecvent la proteine care se leaga la ADN regland expresia genica (ex. 
represor
Cro)
•
•
Unul din helixuri are rol in recunoasterea ADN (proteina se leaga in mod specific la ADN)
Celalalt helix stabilizeaza interactia dintre proteina si ADN
Motivul Helix-Turn-Helix (HTH)

represor Cro

Motivul Helix-Hairpin-Helix (HHH)
•
•
Doua segmente -helix sunt legate de o bucla de tip “hairpin”
Motiv intalnit la proteine care leaga ADN (Interactiile stabilite cu catena ADN sunt
nespecifice: punti de H formate intre N de pe catena polipeptidica si P din catena
ADN
Intalnit la unele enzime (ex 5’ exonucleaze)
•

Motivul “Zinc finger”
•
•
•
Alcatuit dintr-un segment de -helix legat de o regiune “loop” printr-un atom de Zn.
Atomul de Zn este legat coordinativ cu 2 Cys (din loop) si 2 His (din helix)
Intra in structura proteinelor care leaga ADN, ARN sau alte proteine

Motivul  corner 
• Doua -helixuri aproape perpendiculare unul pe celalalt conectate printr-o bucla scurta
• Intalnit in structura  keratinei

Motive transmembranare: “Four helical bundle”
• Se gaseste in structura receptorilor de suprafata celulara, a canalelor ionice si a
transportorilor
• 4 -helixuri conectate in 2 variante:

Motivul “Coiled coil” (-helixuri superincolacite)
•
•
23 -helixuri incolacite unul in jurul celuilalt, formand o structura stabila (superhelix)
Aceste structuri se formeaza atunci cand aminoacizii cu resturi hidrofobe ai unui helix se
afla pe o parte interactionand cu aminoacizii cu resturi hidrofobe ai celuilalt helix
Resturile hidrofobe se afla la interiorul structurii
Ex: -keratina, miozina, colagenul
•
•
Superhelix

Motivul “Leucine zipper”
•
•
Proteinele cu acest motiv formeaza homodimeri si heterodimeri
Doua -helixuri cu urmatoarea structura:
•
• la un capat cele doua -helixuri formeaza o structura de tip
“coiled-coil” datorita interactiei dintre Leu care se extind pe
fiecare parte a celor doua helixuri
la celalalt capat cele doua helixuri sunt despartite pentru a
acomoda intre ele ADN
• Ex: proteine care leaga ADN (AP1), fibrinogen

Elemente de superstructura secundara a proteinelor (Motive)
2’.1.1.1. bHLH
2’.1.1.2. EF-hand
2’.1.5. Motivul - corner
2’.2.2. Motivul - corner
2’.3.1. Motivul 
o
l
d
)

Motivul hairpin  ribbon sau unitate 



• Prezinta doua catene cu structura , legate printr-o bucla de tip “hairpin” de lungime
variabla (2-5 aa).
Pot fi:
•
•
•
Antiparalele - varianta (a)
Paralele - varianta (b): de dreapta, deasupra planului, atomii din hairpin se rotesc in
sens invers acelor de ceasornic, frecvent intalnita
- varianta (c): de stanga, dedesuptul planului, atomii din hairpin se rotesc in
sensul acelor de ceasornic, rar intalnita
• Varianta (a) este intalnita la inhibitorul natural al tripsinei (proteina mica sintetizata in
pancreas, cu rol de a mentine precursorul tripsinei in stare inactiva; activarea prematura a
acestui precursor determina aparitia pancreatitei; tripsina este o enzima proteolitica care
digera proteinele pancreasului)

Motivul  corner
• Elementele  se rotesc spre dreapta, fiecare in parte, astfel incat -structura formata
este curbata spre stanga

• Constituit din segmente -antiparalele (2-mai multe), conectate prin elemente
“hairpin”, astfel incat motivul este comun structurilor -pliate antiparalel.
• Motiv intalnit in structuri mai complicate numite “-barrels” si “-propellers”
Motivul  meander

Motive transmembranare:  barrel
•
•
Structuri -pliate antiparalel rotite sub forma de cilindru
Ex: in membrana externa a bacteriilor gram negative, porine

•
•
Constituit din 4 segmente -antiparalele adiacente, aranjate
ca o unitate repetitiva ce aminteste de vechile ornamente
utilizate in Grecia antica.
Aranjamentul poate fi descris ca 3 elemente , conectate intre
ele prin elemente “hairpin”, in timp ce primul si al patrulea
element sunt conectate printr-un element de tip “loop” mai
lung.
• Motiv regasit in structura nucleazei de la Staphylococcus, o
enzima care degradeaza ADN.
Motivul Greek key

• Motiv structural format prin asocierea unor elemente  dispuse paralel, sub forma
de helix (de dreapta sau stanga), cu 2 sau 3 fete
Ex. carbonic anhidraza
•
Motivul  helix

•
•
•
Constituit din 2 segmente paralele de tip -strand conectate prin “loops” de un -helix.
De regula prima bucla este formata dintr-o secventa de aa conservata dpdv evolutiv.
Motiv :
•
•
De dreapta: -helix deasupra planului format de cele 2 segmente -strand
De stanga: -helix dedesuptul planului format de cele 2 segmente -strand
Motivul 

Motivul  Rossmann f
o
l
d

•
•
Motiv 2xβαβ, in care segmentul  din mijloc este impartit de 2 unitati 

Leaga nucleotide

TIM barrel
8 -helixuri care alterneaza cu 8 elemente  paralele
• Prezent in structura enzimei
triozofosfat izomeraza (enzima cu rol
important in glicoliza, ce catalizeaza
conversia gliceraldehid 3 fosfat la
dihidrixiacetonfosfat).
•

3 Structura tertiara a proteinelor
Structura tertiara:
Aranjament spatial tridimensional, rezultat in urma interactiilor dintre atomii de pe catena
laterala (radicalii R) a lantului polipeptidic, care determina plierea elementelor de structura
secundara din catena polipeptidica in domenii
Domeniul
•
•
•
•
•
•
•
•
unitatea structurala si functionala a proteinei
asociat cu o functie specifica
poate functiona izolat sau in tandem cu alte domenii proteice
adopta de obicei o conformatie spatiala globulara, compacta, stabila
se impacheteaza independent
alcatuit de regula din mai multe elemente de superstructura secundara (motive)
contine cca 50-200 aminoacizi
codificat de regula de un exon al unei gene de la EK
Domeniu
Motiv (ex. HLH)
Element de structura secundara (ex. -helix)
!!!

Structura uni-domeniu Structura multi-domeniu
•
•
Proteinele pot avea unul sau mai multe domenii
Domeniile sunt legate intre ele prin segmente flexibile de tip “loop” sau random
coil
Structura tertiara a proteinelor
!!!

a Covalente:
Punti disulfurice
•
• 2 resturi de Cys de pe aceeasi catena sau de pe catene polipeptidice
diferite aflate fata in fata se oxideaza, conducand la formarea puntilor
disulfurice
• proteinele cu punti disulfurice confera stabilitate si rigiditate moleculara
• proteinele cu punti disulfurice sunt mai rezistente la actiunea enzimelor
proteolitice
proteinele fara punti disulfurice sunt mai flexibile si isi pot schimba
conformatia ca raspuns la modificarea unui factor din mediu
• HbA – nu are punti disulfurice
• ABS – are 14 punti disulfurice
• Structura tertiara se formeaza in urma interactiilor dintre gruparile R care
substituie atomii de carbon  din lanturile de aminoacizi ai unei catene
polipeptidice
Conformatia rezultata are stabilitate maxima (conformatia nativa a proteinelor)
Intre radicalii R se pot stabili interactii:
•
•
Cys
-CH2-SH
Cys
HS-CH2- -CH2-S-S-CH2-
!!!

b Necovalente
Interactii ionice (cu formare de punti saline)
Se stabilesc intre grupari R ionizate cu sarcina opusa (Lys-Asp, Arg-Glu)
Lys+ Asp-
-(CH2)4-NH3
+ . . . -OOC-(CH2)-
Punti de hidrogen
Se stabilesc intre o grupare donor slab acida (D-H) si un atom acceptor (A) care are o
pereche de electroni neparticipnti (Ser-Asn, Ser-Gln, Gln-Cys)
Ser Asn
-(CH2)4-OH . . . O=C-(CH2)-
NH2
Interactii hidrofobe
Se stabilesc intre gruparile R hidrofobe care au tendinta de a se asocia in solutii
apoase (Ala, Val, Leu, Ile). Sunt orientate spre interiorul structurii.
Ala Ala
-CH3 CH3-
Interactii van der Waals
Intre aminoacizi alifatici (Ala, Val)
Interactii cu schimb de electroni π (Phe-Phe)
!!!

• Adesea domeniile sunt asociate cu diverse functii
• Ex. Receptorii hormonilor lipofili prezinta 4 domenii cu functie clara in cadrul
mecanismului lor de actiune:
• domeniu reglator
• domeniu de legare la ADN
• domeniu de recunoastere a unei tinte nucleare
• domeniu de recunoastere a hormonului lipofil
• La interfata intre domenii se pot afla:
•
•
centrele catalitic active ale enzimelor
situsurile de legare a unor molecule mici (ex. NAD+)
• Dpdv al conformatiei spatiale proteinele pot fi:
• globulare
• fibrilare
Domeniu
reglator
Domeniu de
legare la ADN
Domeniu
targeting nuclear
Domeniu de recunoastere
a hormonului lipofil
C
N
!!!

Exemple de domenii proteice:
HOX
SH2
SH3
PH
TH
DH
GAP
EF
bZIP
LIM
PTB
PDZ
ZnF
RAB
ANK
DEP
UBA
RING
...

Proteine monomerice: Proteine multimerice:
Mai multe catene polipeptidice
identice sau diferite
O catena polipeptidica
Hemoglobina:
• 4 subunitati globulare proteice
(globina) cuplate cu cate o grupare
prostetica (hem).
Globina este constituita din:
2 lanturi polipeptidice  si 2 
4 Structura cuaternara
• Reprezinta modul in care mai multe catene
polipeptidice identice sau diferite (subunitati), se
asambleaza prin interactii necovalente pentru a
•
forma un edificiu supermolecular cu functie
biologica
Fiecare catena polipeptidica (subunitate) are o
•
conformatie proprie
Pentru exercitatea functiei biologice subunitatile
pot actiona:
•
•
•
independent
cooperativ
•
•
Monomerul (o subunitate) nu este functional
Nu este tipica tuturor proteinelor
!!!

Avantaje:
• Flexibilitate mai mare
• Structura cuaternara a aparut mai tarziu in evolutie, pentru a raspunde functional la
modificarile conditiilor de mediu.
• Economie de material genetic (1 aa – 1 codon = 3 nucleotide):
• Homotetramer cu structura cuaternara avand 4 subunitati identice T de 100 aa:
T este codificat de o gena t formata din 300 nt (100 aa x 3 nt)
• Monomer fara structura cuaternara, cu o singura catena polipeptidica, avand 400
aa (100 aa x 4): necesita un material genetic format din1200 nt (400 aa x 3 nt)
• Heterotetramer cu structura cuaternara avand 2 subunitati A (150 aa) si 2
subunitati B (50 aa); A este codificat de gena a formata din 450 nt (150 aa x 3 nt) si
B este codificat de gena b formata din 150 nt (50 aa x 3 nt). Total: 600 nt.
Monomer fara structura cuaternara, cu o singura catena polipeptidica, avand 400
aa (150 aa x 2) + (50 aa x 2): necesita un material genetic format din 1200 nt (400
aa x 3 nt)
•
• Adaptare contra mutatiilor
• Structura cuaternara necesita mai putin material genetic si implicit probabilitatea ca
materialul genetic sa sufere mutatii este mai redusa.
Structura cuaternara a proteinelor
T
T
T T
A B
B A
!!!

Structura cuaternara a proteinelor
• Mai multe tipuri de interactii intre subunitatile adiacente
simetrie ciclica (rotationala)
• molecule plate molecule poliedrice
Monomer: o subunitate
Oligomer: 2-cateva subuntati
Multimer: mai multe subunitati
Protomer: unitate repetitiva in proteine multimerice (alcatuita dintr-o subunitate sau un
grup de subunitati)
Ex. Hemoglobina este un heterotetramer sau un dimer format din protomeri 
Simetria subunitatilor si tipurile de interactii dintre ele
• Un singur tip de interactie intre subunitatile adiacente
simetrie liniara simetrie helicala
Virusul
mozaicului
tutunului

Seminar
Un homotrimer cu structura cuaternara are 60 aa.
De cate nucleotide este codificat acest homotrimer?
Daca homotrimerul ar fi fost monomer fara structura cuaternara, din cati
aminoacizi ar fi fost alcatuit si cate nucleotide ar fi fost necesare pentru
codificarea acestuia?

Simplitate  Complexitate Proteica
Resturi de aminoacizi
Elemente de structura secundara
Motive structurale
Structura proteica
Complexe
-
-
-
proteina-proteina
proteina-ADN
proteina-ARN
COMPLEXITATE
SIMPLITATE

Familie de proteine: proteine care prezinta similaritate mare de secventa primara
si/sau de structura (motive, domenii) si functie.
Superfamilie de proteine: proteine care au similaritate mica de secventa primara,
dar au similaritate ridicata de structura (motive, domenii) si functie.

Sinteza peptidelor si proteinelor
Reactie de (poli)condensare a aminoacizilor
Legatura peptidica
Dipeptida (Peptide, Proteine)
In vitro, reactia de formare a
peptidelor sau proteinelor nu este
favorabila dpdv termodinamic
deoarece gruparea COOH trebuie
activata pentru a elibera mai usor
radicalul OH.
1
2
In vivo, gruparea COOH este activata prin legarea la molecula de ARN de transfer
(ARNt) in timpul procesului de translatie.
In vitro, gruparea COOH este activata prin legarea la diferiti reactivi in timpul
procesului de sinteza chimica a peptidelor.
!!!

U
U
U
U
Sinteza peptidelor si proteinelor
Dogma centrala in
Biochimie si Biologia Moleculara:
•
•
•
•
Fiecare proteina este codificata de o gena
specifica.
ADN contine informatia genetica necesara
pentru a sintetiza proteine in celule.
In urma procesului de transcriptie, ARNm
copiaza informatia genetica continuta in
ADN.
Ulterior, ARNm este translatat in proteine
cu ajutorul ribozomilor.
Conformatie specifica
Modificari post-translationale
(Proteina)
P
ADN ARNm PROTEINE
Transcriptie Translatie
Biosinteza proteinelor (Translatia)
!!!

Proteine – Proprietati fizico-chimice
1 Masa moleculara
2 Caracterul acido-bazic
3 Solubilitatea
4 Denaturarea si renaturarea

1 Masa moleculara
•
•
Este exacta, determinata genetic
Variaza intre aprox. 104 – 106 Dalton (Da)
•
•
1 Da = 1 unitate atomica de masa (u) ~ 1.67 x 10-27 kg
Ex. 6 kD = 6000 D = 6000 x 1.67 x 10-27 kg
• Metode de determinare exacta a masei moleculare a unui proteine:
• Spectrometrie de masa
• Degradare Edman
!!!

•
•
•
•
•
2 Caracterul acido-bazic
Proteinele sunt molecule amfoterice, ele putand avea o incarcare pozitiva, negativa, sau
nula, in functie de pH-ul mediului in care se afla.
La valori de pH mici (concentratii mari de H+), gruparile acidului carboxilic au tendinta sa fie
neincarcate electric (COOH), iar gruparile NH2 sa fie total incarcate electric (NH3
+), dand
proteinei o incarcare neta pozitiva. Proteina va migra in camp electric catre polul (-)
La valori de pH mari (concentratii mici de H+), gruparile carboxil sunt incarcate negativ
(COO-), iar gruparile bazice tind sa fie neincarcate (NH2), conferind proteinei o incarcare
totala negativa. Proteina va migra in camp electric catre polul (+).
La pI proteina nu are incarcare electrica (exista o balanta intre gruparile negative si pozitive)
si de aceea nu migreaza in camp electric.
Fiecare proteina este caracterizata printr-un pI propriu.

• Efectul sarurilor asupra solubilitatii proteinelor:
Creste
concentratia
de
sare
Salting-in
Salting-out
Creste solubilitatea si STABILITATEA proteinei
Scade solubilitatea si PRECIPITA proteina
Punct de solubilitate maxima a proteinei
3 Solubilitatea
• Efectul pH-ului asupra solubilitatii proteinelor
• La punctul izoelectric (pI) solubilitatea unei proteine este minima, deoarece
repulsiile electrostatice dintre moleculele de solut (proteina) sunt minime.
• La pH mai mici sau mai mari fata de valoarea pI, solubilitatea proteinei creste,
deoarece repulsiile electrostatice dintre ioni sunt mai mari.

Denaturarea • alterarea conformatiei proteinei (structura secundara, tertiara,
cuaternara) datorita unor factori fizici sau chimici, care conduce la
deplierea catenei polipeptidice si adoptarea unei structuri random coil.
tratarea unei proteine in conditii stringente (ex. HCl 6M, 1100C, 24h)
determina si alterarea structurii ei primare (proteina se scindeaza in
aminoacizii componenti).
•
4 Denaturarea si renaturarea
Proteina •
denaturata •
•
isi pierde conformatia nativa
isi pierde functia biochimica specifica
isi modifica proprietatile fizice specifice: vascozitatea, absorbanta in UV,
rotatia optica.
!!!

Denaturarea proteinelor
Factori care determina denaturarea proteinelor
Factor denaturant Efecte care produc denaturarea proteinelor prin distrugerea legaturilor
necovalente (legaturi de H, saline, hidrofobe, v. d. Waals)
Incalzirea peste 500C Ruperea urmatoarelor tipuri de legaturi din proteina: hidrofobe, de
hidrogen si van der Waals
Variatii mari de pH fata de cel fiziologic Modificari la nivelul legaturilor ionice realizate de aa de pe catena laterala
Detergentii (Dodecil sulfat de sodiu – SDS) Ruperea interactiilor hidrofobe din proteina
Substante organice miscibile cu apa Deshidrateaza proteina
Unele saruri (Guanidina hidroclorica – GuCl
5-10M, GuSCN, KSCN, LiBr)
Distrug interactiile hidrofobe din proteina
Uree 5-10M Interactioneaza cu resturile de aa polari si catena polipeptidica,
stabilizand conformatii non-native in proteina
Factor denaturant Efecte care produc denaturarea proteinelor prin distrugerea legaturilor
covalente (puntile disulfurice)
Beta-mercaptoetanol (ME) Rup puntile disulfurice inter- si intracatenare din proteine, conform
ecuatiei de mai jos
Ditiotreitol (DTT) Rup puntile disulfurice inter- si intracatenare din proteine, conform
ecuatiei de mai jos
Catena A-S-S-Catena B + ME (DTT)  Catena A-SH + Catena B-SH
!!!

Denaturare prin incalzire la peste 500C:
vezi explicatie fenomen si animatie la:
https://highered.mheducation.com/sites
/9834092339/student_view0/chapter3/p
rotein_denaturation.html

• Ex. Sarurile de guanidina, la concentratii molare ridicate (5-10M)
In functie de anionul cu care este asociat, efectul cationului de Guanidina este diferit:
Anioni
Cationi
NH4 > Cs > K > Na > Li > Mg > Ca > Ba
+ + + + + 2+ 2+ 2+
efect de stabilizare efect de denaturare
SO4 > H2PO4 > CH3COO > Cl > Br > I > ClO4 > SCN
2- - - - - - - -
efect de denaturare
efect de stabilizare
• Agent denaturant (caotrop) al catenelor polipeptidice:
•
•
guanidina hidroclorica (GuCl)
guanidin tiocianat (GuSCN)
• Agent stabilizator al catenelor polipeptidice:
• guanidin sulfat (Gu2SO4)
Guanidina
Agent caotrop - compus chimic care denatureaza proteina
• Ureea la concentratii molare ridicate (5-10M)
• Saruri:
Unele saruri au efect de stabilizare a proteinelor, altele au efect de denaturare a proteinelor.
Efectul ionilor asupra stabilitatii proteinelor – Seriile Hofmeister
!!!
Uree

Reducerea si denaturarea ribonucleazei
C. Anfinsen, 1956
Exemple de protocol de denaturare a unei proteine:
1. Proteina + uree 8M + ME
2. Proteina + SDS + ME (DTT) + incalzire la 950C
Denaturarea proteinelor este uneori un proces
reversibil.
Renaturarea proteinelor – replierea catenelor
polipeptidice intr-o forma similara cu cea nativa sau in
forma nativa, care se soldeaza cu recapatarea functiei
biologice a proteinei respective.
Reducerea si denaturarea ribonucleazei
C. Anfinsen, 1956
1. Ribonucleaza nativa + uree 8M + ME 
Ribonucleaza denaturata (structura neorganizata de
tip random coil, cu punti disulfurice reduse la
grupari tiol SH si care nu mai prezinta activitate
enzimatica)
2. Ribonucleaza denaturata redusa este dializata
pentru indepartarea ureei si ME  Ribonucleaza
renaturata (cu punti disulfurice corect formate,
pliata in forma nativa, enzima activa dpdv catalitic)
!!!

Precipitarea
proteinelor
1. Prin denaturarea proteinelor:
acetona, alcooli, acid tricloracetic, detergenti (SDS), uree, guanidina
hidroclorica, alte saruri din seria Hofmeister cu efect denaturant etc.
Aplicatii:
Experimente care necesita deplierea proteinei (electroforeza SDS-PAGE)
Concentrarea proteinei si plasarea acesteia intr-o alta solutie tampon
(proteina aflata intr-un volum mare de solutie tampon este incubata cu un
agent denaturant care o precipita, iar ulterior precipitatul este
resolubilizat intr-un volum mai mic de solutie tampon de interes)
2. Fara a denatura proteinele:
unele saruri (sulfat de amoniu), polietilen glicol
Aplicatii:
Separarea proteinelor unele de altele dintr-un amestec
Precipitarea proteinelor

Proteine – Rol
1 Cataliza enzimatica
•
• Majoritatea reactiilor chimice din sistemele biologice sunt catalizate de enzime,
care cresc viteza acestor reactii.
Enzimele sunt proteine!
2 Transport
• Proteine care transporta ioni, molecule mici, alti compusi: transferina (transporta
Fe), hemoglobina (transporta O2), mioglobina (transporta O2), albuminele serice
(transporta acizii grasi)
• Proteine transmembranare care transporta ioni, glucoza, aminoacizi, etc.
3 Rezerva
•
•
Proteine care stocheaza diferiti ioni (feritina stocheaza Fe)
Proteine care constituie rezerve de aminoacizi pentru organism si au rol nutritiv:
ovalbumina (ou), lactalbumina si cazeina (lapte), gliadina (grau), zeina (porumb)
4 Mobilitate
• Proteine care confera celulelor si organelor capacitatea de a se contracta, misca
sau de a-si modifica forma: actina si miozina (contractia musculara), dineina
(miscarea cililor si flagelilor la nevertebrate)
!!!

Proteine – Rol
5 Structural
• proteine ce intra in structura membranelor biologice, a tesuturilor si organelor:
proteine membranare (membrane biologice), colagenul (cartilaje, tendoane,
piele, oase), elastina (ligamente), keratina (derma, par, pene), fibroina (matasea
produsa de Bombix mori), sclerotina (exoscheletul insectelor).
6
Aparare
• proteine implicate in diferite procese fiziologice de protectie si aparare a
organismului fata de anumiti factori externi: trombina si fibrinogenul (procesul
coagularii sanguine), imunoglobulinele sau anticorpii (proteine capabile sa
formeze complecsi anticorp-antigen cu proteinele straine organismului)
7 Reglare
• Hormonii (care regleaza activitatea celulelor tinta), factorii de transcriptie
(proteine care leaga ADN, regland expresia genica)
!!!

Proteine – Clasificare – Elemente componente
Proteine
•
•
•
•
contin doar -helix
contin doar -structura
contin atat -helix, cat si -structura
contin structuri organizate (de tip -helix, -structura, sau mixte), care alterneaza cu
structuri neorganizate (random coil)
Random coil
Random coil

Proteine – Clasificare – Elemente componente
Proteine
•
•
cu o catena polipeptidica
cu mai multe catene polipeptidice
Proteina Nr catenelor polipeptidice
Albumina serica 1
Insulina 2
Hemoglobina 4
Glutamat dehidrogenaza 40
Proteina virusului mozaicului tutunului 2130
Proteine
•
•
monomerice, ex. albumina serica
multimerice (cu mai multe subunitati, au structura cuaternara), ex. hemoglobina,
proteina virusului mozaicului tutunului etc.
•
• constituite din subunitati de acelasi tip (homodimerice, homotrimerice,
homotetrmerice etc.)
constituite din subunitati diferite (heterodimerice, heterotrimerice,
heterotetramerice, etc.)

Proteine – Clasificare – Parteneri de interactie
Proteinele pot interactiona cu alte molecule formand complexe:
• ioni metalici (ex: Fe2+, Ca2+, Zn2+)
• molecule mici (ex. NAD+)
• acizi nucleici (ADN - deoxiribonucleoproteine, ARN - ribonucleoproteine)
• alte proteine:
• de acelasi tip (homodimeri, homotrimeri, homotetrameri, etc.)
• de tipuri diferite (heterodimeri, heterotrimeri, heterotetrameri, etc.)
Feritina Histone H2A/H2B/H3/H4 Subunitatea 50S ribozomala
!!!

Proteine – Clasificare – Parteneri de interactie
• O molecula (ion metalic, molecula mica, alta proteina) care se leaga revesibil de o
proteina se numeste ligand
Ligandul se leaga la proteina intr-un loc numit situs de legare, care este
complementar dpdv al marimii, formei, incarcarii electrice, caracterului hidrofob sau
hidrofil cu ligandul
•
• Interactia proteina-ligand e specifica
• O proteina poate avea situsuri de legare separate pentru diferiti liganzi
• Uneori o proteina trebuie sa-si modifice conformatia pentru a putea lega un ligand
Intr-o proteina cu mai multe subunitati, o modificare conformationala intr-o
subunitate afecteaza si conformatia celorlalte subunitati.
•
•
•
•
Caz particular al proteinelor : enzimele
Molecula care interactioneaza specific cu o enzima se numeste substrat (nu ligand)
Substratul se leaga la enzima intr-un loc numit centru catalitic activ (nu situs de
legare)
!!!

Proteine – Clasificare - Constitutie
1 Proteine simple (Holoproteine)
Constitutiv: Proteine simple, Proteine conjugate
Albumine: solubile in apa si in solutii saline (albumina din serul sangvin, din ou)
a
Globuline: putin solubile in apa, solubile in solutii saline (globuline serice, din seminte)
b
Gluteline: solubile in solutii diluate de acizi sau baze, insolubile in solventi neutri,
(glutelina din grau)
d
Prolamine: solubile in alcool 70-80% si insolubile in apa sau etanol absolut (gliadina
din grau, zeina din porumb)
c
e Scleroproteine: insolubile in solventi aposi (colagen, elastina, keratina)

Proteine – Clasificare - Constitutie
2 Proteine conjugate (Heteroproteine) :
•
•
o parte proteica (apoproteina)
o grupare neproteica (prostetica), permanent atasata de proteina, care
contribuie la functionarea acesteia
Constitutiv: Proteine simple, Proteine conjugate
Nucleoproteine: proteine bazice (histone si protamine) combinate cu acizi nucleici
(se gasesc in nucleu, mitocondrii, microsomi)
a
Mucoproteine: proteine combinate cu cantitati mari de glucide si aminoglucide
(gonadotropine, mucine)
b
Glicoproteine: proteine combinate cu cantitati mici de glucide si
aminoglucide(globuline serice)
Lipoproteine: proteine combinate cu lecitina, colesterol, triacilgliceroli si alte lipide
(se gasesc in creier, tesutul nervos, componente structurale ale celulelor)
d
c
e Cromoproteine: proteine care contin cromofori (mioglobina, hemoglobina)
Metaloproteine: proteine care contin metale (Cu: ceruloplasmina, Fe: feritina, un
numar de enzime)
Fosfoproteine: proteine care contin resturi ale acidului fosforic ce esterifica resturi de
serina si treonina (cazeina din lapte, unele enzime)
f
g

Proteine – Clasificare - Functional
Rol: structural, dinamic
1 Proteine cu rol structural
O serie de proteine (colagenul, elastina, keratinele) formeaza matricea sistemului osos si
reprezinta componentele majore ale tesuturilor conjunctive, conferind structura si forma
organismului uman.
2 Proteine cu rol dinamic
a Enzimele: catalizatorii tuturor reactiilor care au loc intr-un organism viu.
Proteine cu functie de transport:
-
-
-
-
Hemoglobina: transporta oxigenul in sange
Mioglobina: transporta oxigenul in muschi
Transferina: transporta Fe in sange
Proteine care transporta hormoni de la situsurile lor de sinteza spre cele de
actiune, prin sange
Proteine care transporta medicamente si compusi toxici prin sange
-
b

Proteine – Clasificare - Functional
Hormoni:
-
-
-
Insulina
Somatotropina
Hormonul luteinizant
d
Proteine cu functie de aparare:
-
-
Imunoglobulina si interferonul actioneaza asupra infectiilor bacteriene si virale
Fibrina impiedica pierderile de sange din sistemul vascular
c
Proteine cu rol in mecanismul contractiei musculare:
-
-
Actina
Miozina
e
Proteine cu rol in controlul si reglarea transcriptiei si translatiei genelor:
-
-
-
-
Histone
Proteine represor asociate cu ADN ce controleaza expresia genica
Proteine ribozomale
Factori de transcriptie si translatie
f
Receptori membranari:
- Proteine care transmit semnalele extracelulare in interiorul celulei, reglandu-i
activitatea fiziologica
g

Proteine - Clasificare - Forma
1. Fibrilare
•
•
alcatuite din molecule foarte lungi
ex. proteine cu rol structural, de protectie, de sustinere si motilitate
1. Keratina
 -Keratina
2 -Keratina
2. Colagen
3. Elastina
2. Globulare
•
•
alcatuite din molecule sferice, compacte
ex. enzime, proteine transportoare, receptori
1. Mioglobina
2. Hemoglobina

• https://en.wikipedia.org/wiki/Nicolae_Paulescu
• 1921: Descopera un hormon antidiabetic eliberat de pancreas, numit ulterior
insulina.
Nicolae Paulescu
Insulina

Vintila Ciocalteu
Reactivul Folin-Ciocalteu
• https://en.wikipedia.org/wiki/Vintil%C4%83_Cioc%C3%A2lteu
• Alaturi de Otto Folin, Vintila Ciocalteu descopera reactivul care le poarta
numele, ce sta la baza metodei Lowry (Lowry, 1940), una dintre cele mai
utilizate metode de determinare a concentratiei proteice si una dintre cele mai
citate publicatii din literatura stiintifica.
Reactiv Folin-Ciocalteu Metoda Lowry

• https://en.wikipedia.org/wiki/George_Emil_Palade
• 1955: Vizualizeaza pentru prima data la microscopul electronic ribozomii, la nivelul
carora se sintetizeaza proteinele
• 1974: Premiul Nobel pentru Medicina si Fiziologie, impreuna cu Albert Claude si
Christian de Duve pentru inovatii in microscopia electronica si fractionare celulara,
punand astfel bazele Biologiei Celulare moderne
George Palade
Ribozom

curs-introductiv-proteine-2021.pptx

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (15)

Similaire à curs-introductiv-proteine-2021.pptx

Similaire à curs-introductiv-proteine-2021.pptx (7)

curs-introductiv-proteine-2021.pptx