III.4.3. Proprietățile fizice și chimice ale proteinelor.
III.4.3.1. Proprietățile fizice ale proteinelor.
Proteinele sunt substanțe solide, macromoleculare, solubile în general în apă și insolubile în solvenți organici nepolari. Unele proteine sunt solubile în apă, dar insolubile în alcool, altele sunt solubile în soluții apoase de electroliți, acizi organici.
Datorită gradului diferit de solubilitate în diferiți solvenți, proteinele se pot izola, identifica și separa.
Solubilitatea lor depinde foarte mult de legăturile care se stabilesc între grupările libere de la suprafața macromoleculelor și moleculele solventului :
-
La suprafața macromoleculelor proteice se găsesc grupări libere de tip polar, -COOH, -NH2, -OH, -SH, -NH, grupări cu caracter hidrofil, care favorizează dizolvarea proteinelor în apă. În marea lor majoritate predomină grupările polare, determinante pentru caracterul hidrofil.
-
Mai există și grupări de tip apolar, hidrofobe, de regulă radicali de hidrocarburi : -CH3, -C6H5, -C2H5, care favorizează dizolvarea proteinelor în alcool.
🔦 Observație
În contact cu apa, proteinele greu solubile manifestă fenomenul de gonflare, datorită tendinței de hidratare datorată grupărilor polare. Gelatina de exemplu se îmbibă foarte puternic cu apa dând naștere prin răcire la geluri.
👀 Experiment: Soluțiile coloidale ale proteinelor și efectul Tyndall
🔥 Atenție! Nu îndrepta fasciculul laser spre ochi!
Materiale necesare:
Două pahare transparente, apă colorată, lapte, laser.
Descrierea experimentului:
- Într-un pahar pune apă, în alt pahar pune apă cu câteva picături de lapte și în al treilea pune o soluție de proteină.
- Îndreaptă fasciculul laser spre cele trei lichide, într-o încăpere întunecată.
- Ce observi ?
Cursul fasciculului laser nu este aproape deloc vizibil prin apă.
Cursul fasciculului laser prin apa cu lapte și prin soluția proteică este sub forma unui con strălucitor.
Concluzia experimentului:
La dizolvarea proteinelor în apă se formează coloizi hidrofili, deoarece proteinele sunt nanoparticule, având dimensiuni de la 1 nm până la 100 nm. Din acest motiv soluțiile coloidale ale proteinelor prezintă efectul Tyndall.
Efectul Tyndall este fenomenul prin care devine palpabilă existența particulelor coloidale în soluții sau gaze, datorită faptului că sunt capabile să reflecte și să refracte lumina și astfel devin vizibile, acționând ca centre care emit lumină.
Acest lucru nu se întâmplă cu gazele sau soluțiile obișnuite, deoarece moleculele lor sunt prea mici ca să poată împrăștia lumina incidentă.
Efectul Tyndall a fost descris pentru prima dată de savantul irlandez John Tyndall, în 1869.
Efectul Tyndall este fenomenul de dispersie a luminii incidente de către particule care au dimensiuni comparabile cu lungimea de undă a luminii, adică de ordinul nanometrilor.
Pentru ca un amestec să fie un coloid, particulele trebuie să fie în intervalul de 1-1000 nanometri în diametru.
Exemple de coloizi:
- Soluțiile coloidale ale proteinelor (soluție de albumină etc.)
- Aerosolii (fum, ceață, praf în aer), care constau dintr-un solid sau lichid dispersat într-un gaz.
- Emulsii, în care un lichid este dispersat în altul (laptele, unde grăsimea din lapte este dispersată în apă).
III.4.3.2. Proprietățile chimice ale proteinelor
1. Hidroliza proteinelor
Principala proprietate chimică a proteinelor este hidroliza, în urma căreia rezultă amestecuri de α-aminoacizi. Hidroliza proteinelor poate avea loc în mediu acid, bazic sau enzimatic.
Acestă proprietate este fundamentală pentru alimentația și dezvoltarea organismelor animale.
Organismul omenesc nu folosește proteinele din alimente ca atare, deoarece au o dimensiune prea mare pentru a fi procesate.
În procesul digestiei are loc hidroliza proteinelor, catalizată de anumite enzime, obținându-se aminoacizi.
Digestia gastrică este efectuată de enzimele sucului gastric (proteaze), în prezența HCl din stomac, care activează o altă enzimă (pepsina) ce transformă proteinele în polipeptide (are loc o hidroliză parțială).
Chimul gastric din stomac ajunge în intestinul subțire, unde este diluat, până la consistenţa unei supe, cu ajutorul a trei sucuri: bila, sucul pancreatic şi sucul intestinal.
Sucul pancreatic conţine enzime digestive proteolitice (tripsină, chemotripsină, elastază carboxipeptidază, colagenază) care hidrolizează, fiecare în felul ei, proteinele până la grupuri de 2-4 aminoacizi (oligopeptide) sau chiar la aminoacizi. Ele sunt secretate în stare inactivă şi sunt activate în intestin.
Sucul intestinal conţine enzime care acţionează la suprafaţa mucoasei intestinale, și-anume oligopeptidazele care hidrolizează oligopeptidele până la aminoacizi.
Digestia intestinală reprezintă ultima etapă de digestie în care se continuă procesul de scindare enzimatică începută în cavitatea bucală și stomac.
Aminoacizii rezultați în urma digestiei sunt utilizați de organism pentru a-și forma propriile proteine necesare pentru creșterea și refacerea țesuturilor, pentru sinteza enzimelor și hormonilor etc.
Aminoacizii în exces sunt dezaminați, iar restul organic este transformat în glucide sau lipide, care servesc la producerea energiei pentru corp.
👀 Experiment: Hidroliza proteinelor
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!
🔥 Atenție! Acetatul de plumb este toxic și periculos pentru mediu acvatic.
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este caustic și îți poate produce arsuri în contact cu pielea!
Materiale necesare:
Albuș de ou (albumină), sursă de încălzire, eprubetă, clește de lemn, apă, 3mL sol. NaOH, 2mL sol. 10% de (CH3COO)2Pb.
Descrierea experimentului:
- Pentru a obține soluția de proteină, amestecă un albuș de ou crud cu 50 ml apă și apoi filtrează amestecul printr-o bucată de pânză.
- Toarnă în eprubetă 3-4 ml de soluție de proteină și adaugă 3 ml de sol. NaOH.
- Încălzește amestecul până la fierbere, câteva minute, până când precipitatul proteinei denaturate s-a dizolvat. Vei observa și degajarea amoniacului, cu miros specific.
- Adaugă acestei soluții 2mL sol. 10% de (CH3COO)2Pb.
- Ce observi ?
Se formează un precipitat negru specific sulfurii de plumb, PbS.
Concluzia experimentului:
Albumina din albușul de ou conține sulf, care cu NaOH formează Na2S.
Sulfura de sodiu cu acetatul de plumb formează sulfură de plumb, neagră.
Na2S + (CH3COO)2Pb → 2CH3COONa + PbS ↓
2. Denaturarea proteinelor
Sub acţiunea unor agenţi fizici, chimici sau biochimici (căldură, ultrasunete, raze X, acizi concentraţi, baze tari, săruri ale unor metale grele, enzime etc.) proteinele suferă fenomenul de denaturare.
Denaturarea proteinelor constă în ruperea ireversibilă a lanțurilor macromoleculare, fenomen care conduce la schimbarea proprietăților fizice, chimice și biologice ale proteinelor.
Prin denaturare se distruge structura secundară, terțiară și cuaternară a proteinei. Structura primară a proteinelor (dată de secvența aminoacizilor legați prin legături peptidice) nu se modifică prin denaturare.
În urma denaturării proteinelor, acestea își pierd activitatea biologică și le scade solubilitatea.
👀 Experiment: Identificarea proteinelor prin reacția biuretului
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Piatra vânătă este toxică. Nu o atinge și nu o gusta!
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu, denumit și sodă caustică, poate produce arsuri grave în contact cu pielea!
Materiale necesare:
Soluție de proteină, eprubetă, 2-3mL hidroxid de sodiu 20% (soluție de sodă caustică), 1-2 picături soluție diluată de sulfat de cupru 1%.
Descrierea experimentului:
- Pune într-o eprubetă 2-3mL soluție de albumină adaugă același volum de hidroxid de sodiu și apoi 1-2 picături de soluție diluată de sulfat de cupru 1%.
- Ce constați?
Apare o colorație violetă.
Concluzia experimentului:
Proteinele cu hidroxidul de sodiu și sulfat de cupru se identifică prin apariția unei colorații caracteristice violete.
Colorația violetă se datorează formării unei combinații complexe între aminoacizii din albumină și ionii de Cu+2.
👀 Experiment: Identificarea proteinelor prin reacția xantoproteică
🔥 Atenție! Experiment demonstrativ efectuat numai de către profesor!
🔥 Atenție! Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!
🔥 Atenție! Acizii sunt caustici și îți pot produce arsuri în contact cu pielea!
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu, denumit și sodă caustică, poate produce arsuri grave în contact cu pielea!
Materiale necesare:
Soluție de proteină, eprubetă, acid azotic concentrat, 2-3mL hidroxid de sodiu 20% (soluție de sodă caustică), spirtieră, clește de lemn.
Descrierea experimentului:
- Pune într-o eprubetă 1mL soluție de albumină și adaugă câteva picături de acid azotic concentrat. Se formează o tulbureală alb-gălbuie.
- Încălzește amestecul până la fierbere până precipită și se colorează în galben viu.
- Lasă să se răcească și adaugă soluție de hidroxid de sodiu până obții o colorație oranj viu.
- Ce constați?
Apare o colorație oranj.
Concluzia experimentului:
Proteinele cu acid azotic și hidroxid de sodiu se identifică prin apariția unei colorații caracteristice oranj viu, datorată formării unor nitroderivați.