COMPOZITIA PROTEINELOR

Se numesc proteine produsii naturali cu structura macromoleculara care se transforma prin hidroliza în a-amino-acizi.
Se disting pe baza de solubilitate doua clase de proteine, proteine insolubile si proteine solubile. Cele dintâi, numite proteine fibroase (scleroproteine), se gasesc în organismul animal în stare solida si au functiunea de a conferi tesuturilor rezistenta mecanica (proteine de schelet) sau protectie împotriva agentilor exteriori. Vom mentiona keratina din par, unghii, copite, epiderma, colagenul din piele, oase si tendoane, miosina din muschi si fibrolina din matase. Proteinele fibroase se dizolva numai în acizi si baze concentrate.
Proteinele solubile sau globulare apar în celule în stare dizolvata sau sub forma de geluri hidratate. Albuminele sunt solubile în apa si în solutii diluate de electroliti (acizi, baze si saruri); globulinele sunt solubile numai în solutii de electroliti. Din categoria aceasta fac parte toate proteinele cu proprietati fiziologice specifice: proteinele din serul sanguin, enzimele, hormonii proteici, anticorpii si toxinele.
O categorie importanta de proteine sunt proteidele sau proteinele conjugate, combinatii ale unei proteine cu o componenta neproteica.
Proteinele insolubile pot fi usor separate de compusii care le însotesc în organismele animale, asa ca izolarea lor nu prezinta dificultati.
Proteinele solubile sufera usor la încalzire, sau sub actiunea acizilor, a bazelor si a altor compusi chimici, o transformare numita denaturare, prin care se pierde de obicei activitatea biologica specifica.
Proteina se extrage, de obicei din materialele biologice în care se gaseste, cu o solutie salina, mai rar cu dizolvanti organici cum ar fi glicerina sau acetona, diluate cu apa. Solutiile acestea contin si substante neproteice; îndepartarea acestora se face cu ajutorul dializei.
S-a dovedit, prin metoda electroforezei, ca unele proteine (de exemplu albumina din ou, albumina din ser, toxina din semintele de ricin), desi formeaza cristale unitare, sunt amestecuri de doua sau mai multe proteine mult asemanatoare.
Toate proteinele contin elementele: C, H, O, N, si S; în unele proteine se mai gasesc, în cantitati mici: P, Fe, Cu, I, Cl si Br. Continutul procentual al elementelor principale este: C 50-52% , H 6.8-7.7% , S 0.5-2.0% si N 15-18%.
Prin hidroliza, proteinele se transforma în amino-acizi. Hidroliza proteinelor se poate efectua cu acizi, cu baze sau cu enzime.
Hidroliza acida se efectueaza prin fierbere îndelungata (12-48 ore) cu acid clorhidric de 20% sau cu acid formic continând HCl. Hidroliza cu hidroxizi alcani sau cu hidroxid de bariu are loc într-un timp mai scurt.
Prin hidroliza se obtine un amestec care poate sa contina pâna la circa 20 a-amino-acizi. Se formeaza de asemenea amoniac prin hidroliza grupelor CONH2 ale asparaginei si glutaminei.
Cel mai vechi procedeu de separare cantitativa a amino-acizilor, dupa Emil Fischer (1901), consta în esterificarea amino-acizilor cu metanol si distilarea fractionata a esterilor. În cel mai bun caz, amino-acizii dozati nu însumeaza decât 60-70% din azotul total continut în proteina.
Examinând rezultatele analitice (vezi tabelul de mai jos) se constata ca proteinele se deosebesc de alti compusi macromoleculari naturali, de exemplu de celuloza sau amidon, prin marele numar de unitati diferite ce intra în compozitia macromoleculelor (20 de amino-acizii, fata de o singura monozaharida, glucoza). Afara de aceasta proteinele contin diferiti amino-acizii în proportii diferite. Unele proteine contin proportii mari din anumiti amino-acizii, de exemplu colagenul este bogat în glicocol, prolina si hidroxiprolina, keratina în cisteina si hidroxiacizi.

CONTINUTUL PROTEINELOR ÎN AMINO-ACIZI
(moli de amino-acizi la 105 grame proteina)


Albumina
ser (bou)
b-Lactoglo-bulina
g-Globulina
ser (om)
Miosina
Aldolaza
Insulina
a-Caseina
Hemoglo-bina (cal)
Zeina
Colagen
Keratina (lâna)
Fibroina (matase)
Glicocol
24
19
56
25
75
61
38
75
-
350
76
584
Alanina
70
80
-
73
96
33
42
83
118
106
46
297
Valina
50
48
83
22
63
84
54
70
30
29
41
37
Prolina
41
45
70
16
50
25
71
34
91
132
59
9
Fenilalanina
40
23
28
26
14
48
28
48
36
25
23
9
Serina
40
38
109
37
63
55
60
54
67
33
98
147
Acid asparagic
82
87
66
67
73
50
64
80
35
47
48
-
Acid glutamic
104
120
80
150
78
137
153
56
182
77
96
-
Hidroxiprolina
0
-
-
-
-
-
-
-
-
107
-
-
Amoniac
62
77
79
85
65
126
-
66
211
47
81
-
NH2 liber
148
114
100
121
121
72
105
135
18
87
81
6
COOH liber
124
130
67
132
86
61
116
70
6
77
64
0
Moleculele proteinelor sunt construite din catene polipeptidice lungi, în care resturile de a-amino-acizi sunt unite între ele prin legaturi amidice, CO-NH.

H2N – CH – CO – NH – CH – CO ………NH – CH – COOH
÷ ÷ ÷
R R˘ R˘˘

Catenele polipeptidice sunt deci construite din unitati CH–CO–NH, legate cap la cap si se deosebesc numai prin catenele laterale, R, de exemplu:

H3C CH3 H2N – C = NH
ď
CH NH
ď ď
CH2 CH2SH (CH2)3
ď ď ď
H2N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH
ď ď ď
CH2 CH2 (CH2)4
ď ď
CH2 NH2
ď
OH COOH
leucina tirosina cisteina acid glutamic arginina lisina

Ca si amino-acizii, proteinele pot neutraliza atât acizi cât si baze. Ele contribuie la mentinerea unui pH constant în lichidele din organism. În mediu acid proteinele se dizolva sub forma de cationi, iar în mediu bazic sub forma de anioni. Acestea explica migrarea proteinei spre catod, în solutie acida si spre anod, în solutie bazica, în cursul electroforezei.
Din cauza caracterului lor puternic polar, proteinele sunt insolubile în dizolvantii organici. În apa, solubilitatea este minima la punctul izoelectric si ea creste atât în regiunea acida cât si în cea bazica. Cantitati minime de electroliti neutri maresc de asemenea solubilitatea proteinelor. Solubilitatea în apa a proteinelor se datoreaza solvatarii grupelor cu sarcina ionica, COO- si NH3+. Solvatarea (hidratarea) grupelor polare explica marile cantitati de apa (30 – 60% din greutatea lor) continute în proteinele pure, chiar cristalizate. Proteinele fibrilare, cum este gelatina, sufera o puternica imbibitie înainte de dizolvare si formeaza la racire geluri elastice tipice (piftii).
Precipitarea reversibila a proteinelor din solutie, cu solutii concentrate de electroliti, salifierea, se datoreaza tendintei puternice a ionilor electrolitului de a se hidrata, apa necesara pentru aceasta fiind cedata de proteina.
Cercetarea proteinelor cristalizate, cu raze X, a contribuit foarte mult la cunoasterea structurii moleculelor lor. Se disting patru grade structurale sau niveluri de organizare, deosebindu-se prin complexitatea lor. Acestea au fost numite structuri primare, secundare, tertiare si cuaternare.
Structura primara a unei proteine este determinata prin numarul si succesiunea specifica a amino-acizilor din catena polipeptidica.
Structurile secundare ale unei proteine sunt stabilite de aranjarea în spatiu a catenei polipeptidice si de legaturile care se stabilesc între catene.
În principiu sunt posibile patru feluri de legaturi între grupe R apartinând aceleiasi catene polipeptidice prin care se poate realiza o structura tertiara.
La adoptarea si mentinerea unei anumite conformatii tertiare contribuie uneori ioni metalici sau, în proteide, grupe prostetice.
Mai multe asemenea structuri tertiare sunt adesea asociate între ele formând agregate mai complicate, numite structuri cuaternare.


PROTEINE EXISTENTE ÎN PRODUSELE
ALIMENTARE
Carnea si produsele din carne sunt principalele surse de proteine de calitate superioara.
Continutul de proteine variaza invers proportional cu continutul de grasime, în carnurile slabe cantitatea de substante proteice fiind maxima (17…22%) comparativ cu carnurile grase. Proteinele intracelulare care formeaza marea majoritate a carnii macre au o structura amino-acidica echilibrata, adecvata necesarului organismului uman.
Proteinele extracelulare din tendoane, cartilagii, fascii, sunt reprezentate mai ales prin colagen si elastina, lipsite de triptofan si sarace în ceilalti aminoacizi esentiali. Colagenul si elastina scad valoarea nutritiva a tesuturilor care le contin.























COMPOZITIA CHIMICA A CARNII ÎN
FUNCTIE DE SPECIE SI ZONA ANATOMICA
Regiunea anatomica
Apa
%
Proteine
%
Lipide
%
Kcal/100
g
Bovine
Fleica
Antricot
Pulpa

61
57
69

19.0
16.7
19.5

18
25
11

247
293
182
Vitel
Cotlet
Pulpa

70
68

19.0
19.1

5
12

141
186
Porcine
Pulpa
Spata

53
58

15.2
16.4

31
25

344
296
Ovine
Piept
Pulpa

48
64

12.8
18.0

37
18

384
235


Laptele si produsele lactate contin proteine de calitate superioara, în medie 3.5% la laptele de vaca, cantitati ce se concentreaza de 3.5…8 ori în brânzeturi.


COMPOZITIA MEDIE A LAPTELUI DE VACA
(la 100 cm3)
Componente
Lapte de vaca
Apa
87.0 g
Proteine totale
3.4 g
Lipide
3.4 g
Acizi grasi esentiali
0.1 g
Glucide
4.8 g
Substante minerale
0.8 – 0.9 g
Calciu
120 mg
Fosfor
90 mg
Magneziu
12 mg
Sodiu
50
Potasiu
150
Fier
0.05
Cupru
0.02
Vitamina A
80 – 220 UI
Vitamina D
3 – 4 UI
Vitamina B1
0.040 mg
Vitamina B2
0.2
Vitamina B6
0.07 – 0.2 mg
Vitamina C
0.5 – 2 mg








Oul este singurul aliment care contine proteine si lipide în cantitati proportionale (13% si respectiv 11% pentru oul de gaina).
Amestecul proteinelor albusului si galbenusului realizeaza cea mai valoroasa proteina din punct de vedere nutritiv, cu continutul amino-acidic cel mai echilibrat, considerata proteina etalon pentru aprecierea valorii nutritive a altor surse alimentare de proteine.

COMPOZITIA CHIMICA MEDIE A OULUI (%)
Componente
Ou întreg
Albus
Galbenus
Apa
72.8
86.8
49.9
Proteine (N 6.25)
14.0
12.0
17.0
Lipide
12.0
-
32.0
Glucide
0.3
0.6
-
Substante minerale
0.9
0.6
1.1

Produsele cerealiere si leguminoase contribuie si la acoperirea necesarului de proteine. Continutul în aceste componente variaza între 7…12% în produsele cerealiere si ajunge la 20…34% la leguminoase. Proteinele componente sunt însa proteine de clasa a II-a cele din cereale având ca aminoacid limitat lizina si cantitati relativ mici din alti aminoacizi esentiali.
Din punctul de vedere al valorii nutritive a proteinelor furnizate, soia ocupa cel mai bun loc, cu o pozitie intermediara între cereale si produsele de origine animala, iar porumbul contine cea mai deficitara proteina (zeina). Proteinele sunt inegal distribuite între formatiunile anatomice ale boabelor, fiind concentrate mai ales în embrion si stratul aleuronic.

Continutul în substante nutritive si energie a unor produse
cerealiere si leguminoase (%)
Produsul
Proteine
Lipide
Glucide
Material fibros
Kcal
Pâine alba
7.5
0.4
54
0.5
235
Pâine neagra
8.0
1.2
48
2.5
230
Faina alba
10.0
0.9
74
1.0
354
Malai
9.4
1.7
72
-
351