Biochimia Prod Alim Lungu
October 2, 2017 | Author: johnnyinlove21 | Category: N/A
Short Description
Download Biochimia Prod Alim Lungu...
Description
CORNELIA LUNGU
BIOCHIMIA PRODUSELOR ALIMENTARE
Cuprins
CUPRINS 1. Proteine ......................................................................................... 4 1.1. Aspecte generale. Clasificare................................................. 4 1.2. Aminoacizi ............................................................................. 6 1.2.1. Clasificare .................................................................. 6 1.2.2. Proprietăţile generale ale aminoacizilor ..................... 10 1.2.2.1. Proprietăţi fizice ........................................... 10 1.2.2.2. Proprietăţi acido – bazice ............................ 11 1.2.2.3. Proprietăţi chimice ....................................... 11 1.3. Peptide ................................................................................. 17 1.3.1. Definiţie, clasificare, nomenclatură. .............................. 17 1.3.2. Proprietăţile peptidelor ................................................. 18 1.3.3. Peptide naturale ........................................................... 19 1.4. Protide (Proteine) ................................................................. 20 1.4.1. Aspecte generale ......................................................... 20 1.4.2. Structura proteinelor .................................................... 21 1.4.2.1. Structura primară ........................................... 22 1.4.2.2. Organizarea spaţială a moleculelor proteice .. 22 1.4.3. Proprietăţile generale ale proteinelor ........................... 27 1.4.3.1. Proprietăţi electrochimice ................................ 27 1.4.3.2. Solubilitatea proteinelor .................................. 27 1.4.3.3. Caracterul coloidal al proteinelor .................... 28 1.4.3.4. Denaturarea proteinelor ................................. 29 1.4.3.5. Proprietăţi biochimice. Reacţia antigen-anticorp ..................................................................................... 30 1.4.4. Clasificarea proteinelor ................................................ 31 1.4.4.1. Holoproteide globulare ................................... 31 1.4.4.3. Holoproteide fibrilare ...................................... 32 1.4.4.4. Heteroproteide (proteine conjugate)................ 33 2. Acizi nucleici ............................................................................... 43 2.1. Componente structurale ale acizilor nucleici ........................ 43 2.1.1. Acidul fosforic ............................................................... 43 2.1.2. Pentozele (riboza şi dezoxiriboza) ............................... 44 2.1.3. Bazele azotate ............................................................. 44 2.2. Nucleozide ........................................................................... 45 2.3. Nucleotide ............................................................................ 47 2.4. Acizii dezoxiribonucleici ....................................................... 50 2.4.1. Structura primară a AND .............................................. 51 2.4.2. Structura secundară ..................................................... 52 2.4.3. Denaturarea şi renaturarea ADN .................................. 54 2.5. Acizii ribonucleici .................................................................. 55 2.5.1. Tipuri de ARN .............................................................. 55 3. Lipide ........................................................................................... 58 3.1. Aspecte generale. Clasificare. Rol. ....................................... 58 3.2. Acizii graşi din constituţia lipidelor ........................................ 60 3.3. Lipide simple ........................................................................ 63 Biochimia produselor alimentare
2
Cuprins
3.3.1. Acilgliceroli (gliceride sau grăsimi neutre) .................... 63 3.3.1.1. Proprietăţile fizice ale acilglicerolilor ............... 64 3.3.1.2. Proprietăţile chimice ale triacilglicerolilor ........ 65 3.3.2. Ceride .......................................................................... 68 3.3.3.Steride .......................................................................... 69 3.4. Lipide complexe ................................................................... 72 3.4.1. Fosfolipide (fosfatide) ................................................... 72 3.4.1.1. Fosfoglicerolipide (glicerofosfolipide) ............. 73 3.4.1.2. Inozitfosfolipide (fosfatidilinozitele) ................. 74 3.4.1.3. Sfingofosfolipide (fosfosfingozine) .................. 75 3.4.2. Glicolipide .................................................................... 76 3.4.2.1. Cerebrozidele ................................................. 76 3.4.2.2. Gangliozidele ................................................. 76 4. Glucide ........................................................................................ 77 4.1. Clasificarea glucidelor .......................................................... 77 4.1.1. Oze (monoglucide) ....................................................... 78 4.1.1.1. Proprietăţi structurale ..................................... 78 4.1.1.2. Izomeria monozaharidelor .............................. 78 4.1.1.3. Proprietăţile fizice şi chimice ale monozaharidelor ..................................................................................... 82 4.1.1.4. Monozaharide mai importante ........................ 84 4.1.1.5. Derivaţi ai monozaharidelor ............................ 88 4.1.2. Oligozaharide ............................................................... 89 4.1.2.1. Dizaharide ...................................................... 89 4.1.2.2. Trizaharidele .................................................. 92 4.1.2.3. Tetrazaharidele .............................................. 92 4.1.3. Polizaharide ................................................................. 93 4.1.3.1. Glicani ( poliglucide fără aminozaharuri) ........ 94 4.1.3.2. Glicozaminoglicani (poliglucide cu aminozaharuri) ..................................................................................... 96 4.1.4. Heteropolizaharidele .................................................... 98 5. Vitamine ..................................................................................... 101 5.1. Clasificarea vitaminelor ....................................................... 101 5.1.1. Vitamine liposolubile ................................................... 102 5.1.2. Vitamine hidrosolubile ................................................. 108 Bibliografie...................................................................................... 118
Biochimia produselor alimentare
3
Proteine
1. Proteine
1.1. Aspecte generale. Clasificare Proteinele sunt componenţi de o deosebită importanţă fiind universal şi obligatoriu răspândiţi în materia vie. Sunt o clasă de compuşi care au ca unităţi de bază aminoacizii ce pot fi eliberaţi prin reacţii de hidroliză acidă, alcalină, enzimatică. Proteinele constituie categoria structurală fundamentală a celulei vii. În regnul animal proteinele celulare reprezintă 50-70% din substanţa uscată, şi în regnul vegetal, 2-35%. În organismul animal (inclusiv uman) proteinele îndeplinesc diferite roluri (funcţii): -
structural
sau
plastic,
reprezentând
principalii
constituenţi
ai
citoplasmei şi organitelor celulare, a umorilor şi lichidelor biologice; -
catalitic, intervenind în calitate de enzime şi hormoni în realizarea reacţiilor biochimice şi metabolice specifice vieţii, în coordonarea şi reglarea acestora în condiţii compatibile cu viaţa;
-
imunologic (de apărare);
-
de transport a unor substanţe importante pentru viaţă;
-
contractil şi de rezistenţă mecanică;
-
de protecţie şi de detoxifiere;
-
fizico-chimic: intervenţie în reglarea schimburilor de apă şi electroliţi în interiorul şi în afara celulei;
-
aprovizionarea cu substanţe pentru biosinteza unor compuşi necesari organismului: aminoacizii rezultaţi din catabolismul proteinelor, plasmatici şi musculari, care nu mai au specificitate de origine, sunt precursorii porfirinelor, acizilor nucleici, diferiţi hormoni, creatină, creatinină, carnozină, anserină, glutation, baze purinice şi pirimidinice.
Biochimia produselor alimentare
4
Proteine
Ţinând cont de natura chimică, substanţele proteice pot fi clasificate în : Peptide care pot fi oligo şi polipeptide:
Oligopeptidele includ: dipeptide, tripeptide, pentapeptide,
octopeptide, nanopeptide şi decapeptide. 100
Polipeptidele au cel puţin 10 resturi aminoacidice şi maximum
resturi
aminoacidice.
Majoritatea
polipeptidelor
au
acţiune
hormonală, neurotransmiţătoare şi enzimatică. Mai importante sunt: insulina,
glucagonul,
hormonul
adrenocorticotrop,
calcitonina
şi
parathormonul, colecistokinina, endorfinele, polipeptid-enzimele. Protide (proteinele) sunt macromolecule care conţin minimum 100
resturi aminoacide, prezintă o organizare structurală determinată genetic şi clasificate în două mari grupe: haloproteide şi heteroproteide.
Haloproteide (proteine simple) care conţin numai aminoacizi în
structura lor. la rândul lor pot fi: homoproteide globulare şi homoproteide fibrilare.
Heteroproteide (proteine conjugate) care sunt formate dintr-o
componentă prostetică de natură neproteică şi co componenetă proteidică cu structură macromoleculară, formată dinaminoacizi. La rândul lor se clasifică în : glicoproteide, lipoproteide, metalproteide, fosfoproteide, cromoproteide, nucleoproteide. După funcţia biologică proteidele se clasifică în: -
proteine structurale: reticulină, glicoproteide, mucoproteide, fibrină, sclerotină;
-
proteine contractile: miozina şi actina;
-
proteine de rezervă: proteinele albuşului de ou (ovoalbumina), cazeinele din lapte, gliadina din grâu, zeina din porumb;
-
proteine de stocare: feritina;
-
proteine de transport: mioglobina,
hemoglobina, homocianina,
lipidoproteidele, ceruloplasmina; -
proteine de protecţie: imunoglobulinele;
-
enzime din toate clasele (oxidoreductaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze, sintetaze);
Biochimia produselor alimentare
5
Proteine
hormoni – proteine strict specializate cu rol în reglarea organismului
-
animal; toxine – proteine secretate de bacterii: toxina botulinică, veninul unor
-
animale (şerpi), existente în unele seminţe (ricina din ricin); proteine cu alte funcţii, cum ar fi funcţia anticoagulare existentă la
-
unele specii de peşti care trăiesc în apele polare, fibroina secretată de viermii de mătase sau păianjeni. Din punct de vedere nutriţional proteinele se clasifică în: proteine din clasa I, care conţin toţi aminoacizii esenţiali în proporţii
-
apropiate de cele necesare omului, cu o mare eficienţă în promovarea creşterii, pe care o pot întreţine chiar când aportul este mai redus (proteine din carne, peşte, ou, lapte); proteine din clas a-II-a, care conţin toţi aminoacizii esenţiali, dar nu în
-
proporţii corespunzătoare, 1-3 aminoacizi găsindu-se în proporţii mai reduse, care limitează utilizarea celorlalţi. Pentru întreţinerea creşterii, aceste proteine sunt necesare în cantităţi aproape de două ori mai mari decât cele din clasa I, adaosul ponderal la organismul în creştere fiind mai mic, însă la adult pot menţine bilanţul azotat în echilibru (proteinele din soia, cereale, leguminoase); proteine din clas a-III-a, care au absenţi 1-2 aminoacizii esenţiali,
-
(triptofan, lizină) şi un dezechilibru pronunţat în balanţa aminoacidică. Proteinele din această clasă, oricare ar fi aportul lor în dietă, nu pot întreţine creşterea şi nici echilibrul azotat (colagenul, zeina din porumb).
1.2. Aminoacizi Aminoacizii sunt combinaţii organice cu funcţii mixte care conţin cel puţin câte o grupare carboxil şi amino legate pe acelaşi rest hidrocarbonat.
1.2.1. Clasificare Aminoacizii pot fi clasificaţi după următoarele criterii:
După gradul de participare la sinteza proteinelor, în care caz
aminoacizii sunt clasificaţi în: Biochimia produselor alimentare
6
Proteine
aminoacizi proteinogenici, adică participanţi la structura primară a unei
proteine;
aminoacizi neproteinogenici, care nu apar în mod normal în structura
primară a proteinei, în această categorie intrând: -
aminoacizi latirogeni care au acţiune neurotoxică;
-
aminoacizi care conţin seleniu care sunt toxici;
-
compuşi cu structură apropiată aminoacizilor.
După polaritatea catenei laterale:
aminoacizi cu catena laterală nepolară sau hidrofobică: alanină,
izoleucină, metionină, fenilalanină, prolină, triptofan, valină;
aminoacizi cu catena laterală polară având gruparea polară neîncărcată
electric (hidrofilică): serină, treonină, tirozină, asparagină, glutamină, cisteină;
aminoacizi cu catena laterală polară având gruparea polară încărcată
electric pozitiv: lizină, arginină, histidină;
aminoacizi cu catena laterală polară având gruparea polară încărcată
electric negativ: acid aspartic şi acid glutamic.
După numărul de grupări amino şi carboxilice care intră în structura
lor:
aminoacizi monoamino-monocarboxilici alifatici;
aminoacizi monoamino-monocarboxilici alifatici;
aminoacizi monoamino-monocarboxilici care conţin sulf;
aminoacizi monoamino-dicarboxilic;
aminoacizi diamino-monocarboxilici;
Există şi un aminoacid diamino-dicarboxilic şi anume cistina care este format din două molecule de cisteină.
După importanţa lor în biosinteza proteinelor în organismul uman:
aminoacizi esenţiali: fenilalanină, histidină, izoleucină, leucină, lizină,
metionină, treonină, triptofan, valină;
aminoacizi neesenţiali: alanină, arginină, asparagină, acid aspartic, acid
glutamic, cisteină, glicină, glutamină, prolină, serină, tirozină.
Biochimia produselor alimentare
7
Proteine
De remarcat că în hidrolizatele proteice, de origine animală sau vegetală, aminoacizii se găsesc sub forma izomerilor L. Izomerii D ai unor aminoacizi se găsesc în pereţii celulari ai unor microorganisme şi în polipeptide care au o acţiune antibiotică.
Aminoacizi proteici Prin hidroliza completă a proteinelor se obţin aproximativ 20 de ∝-aminoacizi (cu excepţia prolinei şi hidroxiprolinei care sunt ∝-iminoacizi) şi care reprezintă unităţile structurale ale proteinelor. Luând în considerare clasificarea cea mai raţională, respectiv după polaritatea radicalilor aminoacizilor, aceştia se pot subîmpărţi în:
Aminoacizi cu radicali nepolari. Această grupă cuprinde patru aminoacizi
alifatici (alanina, valina, leucina şi izoleucina), doi
aminoacizi aromatici (fenilalanina, triptofanul), un aminoacid cu sulf (metionina)
şi
caracterizează
un
iminoacid
printr-o
(prolina).
solubilitate
în
Aceşti
apă
mai
aminoacizi mică
se
decât
a
aminoacizilor polari. +H N CH COO3 CH3
+H N CH COO3 CH H3C
+H N CH COO3 CH2 CH
CH3
H3C
Alanina (Ala) +H N CH 3
COO-
Valina (Val) +H N CH COO3
CH2
CH2
CH3
Leucina (Leu) +H N 3
CH
COO-
(CH2)2
+H N CH COO3 CH H3C
C2H5
Izoleucina (Ile) H2C H2C
S CH3
CH2 NH + 2
COO-
NH
Fenilalanina (Phe)
Triptofanul (Trp)
Metionina (Met)
Prolina (Pro)
Aminoacizi cu radicali polari neîncărcaţi. Din această grupă fac parte: un aminoacid alifatic (glicina, glicocolul), doi hidroxiaminoacizi (serina şi treonina), un aminoacid cu sulf (cisteina),un aminoacid aromatic (tirozina) şi două amide (asparagina şi glutamina).
Biochimia produselor alimentare
8
Proteine +H N CH COO3
+H N CH COO3 CH2OH
+H N CH COO3 2
CH OH
+H N 3
CH
COO-
CH2 SH
CH3
Serina (Ser)
Glicina (Gly) +H N CH COO3 CH2
Treonina (Thr)
Cisteina (Cys)
+H N CH COO3
+H N CH COO3
CH2
CH2 CH2
CO NH2
CO NH2
OH
Glutamina (Gln)
Asparagina (Asn)
Tirozina (Tyr)
Datorită grupărilor lor polare care pot forma legături de hidrogen cu moleculele de apă, aceşti aminoacizi sunt mai solubili în apă decât aminoacizii cu radicali nepolari.
Aminoacizi cu radicali polari încărcaţi negativ (acezi). Din această grupă fac parte doi aminoacizi dicarboxilici (aspartic şi glutamic). +H N CH COO3 CH2
+H N CH COO3 CH2 COO-
CH2 COO-
Acidul aspartic (Asp)
Acidul glutamic (Glu)
Datorită grupării carboxilice β-, respectiv γ-, aceşti aminoacizi prezintă la pH=7, o sarcină totală negativă.
Aminoacizi cu radicali polari încărcaţi pozitiv (bazici). Din această grupă fac parte: doi aminoacizi bazici (lizina şi arginina), şi un aminoacid slab bazic (histidina). +H N CH COO3 CH2 CH2 CH2 + CH2 NH3
Lizina (Lys)
+H N CH COO3 (CH2) 3 NH + C NH2 NH2
Arginina (Arg)
+H N CH COO3 CH2 + HN
NH
Histidina (His)
Datorită grupării ε- amino alizinei, grupării quanil a argininei şi ciclului imidazolic al histidinei, aceşti aminoacizi prezintă, la pH=7, o sarcină totală pozitivă. Biochimia produselor alimentare
9
Proteine
Aminoacizi rari în proteine În această grupă se găsesc cca. 100 de aminoacizi identificaţi în hidrolizate proteice. Aceşti aminoacizi se deosebesc de cei neproteici prin aceea că apar numai în anumite proteine. Spre exemplu, în compoziţia colagenului şi gelatinei intră în aminoacizii hidroxilizină şi hidroxiprolină iar în elastină, aminoacidul desnozină. Un alt exemplu îl constituie aminoacidul tiroxină care intră în compoziţia tireoglobulinei. Aceşti aminoacizi provin din transformări enzimatice ulterioare translaţiei aminoacizilor standard în lanţul proteic.
Aminoacizi neproteici În natură sunt prezenţi, în formă liberă sau ca derivaţi, dar nu apar în proteine, peste 200 de aminoacizi dintre aceştia se pot menţiona:
Sarcozina
- este un derivat metilat al glicinei, fiind un produs
intermediar de metabolism a compuşilor cu un singur atom de carbon.
Betaina – este derivatul trimetilat al glicinei, fiind un produs intermediar al metabolismului lipidelor.
Homoserina - este un produs intermediar de metabolism.
Ornitina şi citrulina – sunt produşi intermediari importanţi ai biosintezei ureei.
Acidul γ-aminobutiric – participă în calitate de agent chimic la transmiterea impulsurilor nervoase.
β-alanina – se găseşte în peptidele naturale carnozină şi anserină şi intră în compoziţia acidului pantotenic şi a derivatului său coenzima A.
1.2.2. Proprietăţile generale ale aminoacizilor 1.2.2.1. Proprietăţi fizice Toţi aminoacizii sunt substanţe solide, cristaline, nevolatile cu temperatură de topire ridicată. Sunt insolubili în solvenţi nepolari, solubili în solvenţi polari şi cu solubilitate diferită în apă. Au conductibilitate electrică diferenţiată în raport cu pH-ul soluţiei apoase. Grupele ionice prezintă hidrofilie, iar catenele
Biochimia produselor alimentare
10
Proteine
hidrocarbonate, hidrofibie. După natura radicalului R se poate aprecia hidrofilia sau hidrofibia aminoacizilor.
1.2.2.2. Proprietăţi acido – bazice Aminoacizii au un caracter amfoter datorită prezenţei concomitente în moleculă a unei grupări funcţionale acide (-COOH) şi a unei grupări funcţionale bazice (-NH3). Moleculele aminoacizilor au structura unor amfioni bipolari de formă: NH3+ R C
COO-
H
Amfionul bipolar poate funcţiona ca acid sau ca bază în prezenţa acizilor sau a bazelor. +H N CH COO3
+ OH-
R
bază H+
+ +H3N CH COOR
acid
-H2O
H2N CH COOR
anion +H N CH COOH 3 R
cation
Deoarece în soluţie acidă aminoacizii se găsesc sub formă de cationi; ei vor migra în cursul electrolizei spre catod, iar în soluţie bazică spre anod. Amfionul bipolar fiind atras în mod egal de anod şi catod, nu migrează în soluţie şi nu contribuie deci la transportul curentului. În strânsă legătură cu caracterul amfoter al aminoacizilor, de o deosebită importanţă apare noţiunea de pH izolelectric (pHi) sau punct izoelectric, adică pH-ul la care soluţia apoasă a unui aminoacid conţine anioni şi cationi, ai aminoacidului, în proporţie egală. La pH-ul izoelectric solubilitatea aminoacizilor este minimă, iar mobilitatea în câmp electric devine nulă.
1.2.2.3. Proprietăţi chimice Aminoacizii fiind combinaţii organice cu funcţiuni mixte, vor prezenta reacţiile grupărilor carboxil respectiv a grupărilor amino, reacţiile catenelor laterale,
Biochimia produselor alimentare
11
Proteine
reacţii dictate de prezenţa simultană a funcţiilor –COOH şi -NH2 şi reacţii specifice anumitor aminoacizi.
1. Reacţiile grupei carboxil Decarboxilarea aminoacizilor monocarboxilici conduce la monoamine şi a celor diaminaţi la diamine.
R CH2
CH COOH
- CO2
R CH2 CH2 NH2
NH2 Procesul se poate realiza chimic sau enzimatic. Aminele care rezultă pe cale enzimatică au funcţii biologice şi organoleptice dintre cele mai semnificative şi se numesc amine biogene. Ele sunt componente ale alimentelor neprelucrate (de exemplu: citrice, banane, leguminoase, cereale, etc.) şi a celor prelucrate dirijat în prezenţa microorganismelor (lactate şi brânzeturi, produse din carne, murături, vin, bere, etc.). Multe amine biogene sunt toxice şi de aceea nivelul concentraţiilor este strict urmărit analitic.
Amine biogene mai importante:
Histamina – rezultă prin decarboxilarea histidinei. Este o amină biogenă cu importante funcţii fiziologice (în primul rând reglează secreţia gastrică, este hipotensiv, reglează tonusul fibrelor musculare netede) dar şi cu un important potenţial toxic şi alergen.
N
CH2 CH2 NH2 NH
Histamina
Triptamina
–
rezultă
prin
decarboxilarea
triptofanului
şi
este
hipertensiv. Serotonina este un derivat al triptaminei cu rol importnat în funcţionarea sistemului nervos central.
CH2 CH2 NH2 NH
Triptamina
Tiramina - rezultă prin decarboxilarea tirozinei şi este hipertensiv.
Biochimia produselor alimentare
12
Proteine
CH2 CH2 NH2
OH
Tiramina
β-alanina – provine prin decarboxilarea acidului aspartic. Este componentă a acidului pantotenic şi a unor peptide libere în alimente.
HOOC CH2 CH2 NH2
β-alanina
Cisteamina – rezultă prin decarboxilarea cisteinei şi intră în structura coenzimei A.
HS CH2 CH2 NH2
Cisteamina
Putresceina şi cadaverina – sunt amine biogene toxice. Prima rezultă prin decarboxilarea ornitinei iar a doua se formează din lizină.
H2N (CH2) NH2 4
H2N (CH2) NH2 5
Putresceina
Cadaverina
Esterificarea Prin barbotarea cu HCl gazos a aminoacizilor suspendaţi în alcool absolut se obţin esteri.
R CH COOH
+ R' OH
NH2
aminoacid
HCl -H2O
alcool
R CH COOR' ClI + NH3
ester
Formarea amidelor. În prezenţă de amoniac, sau prin alte procedee, gruparea acidă se transformă în amidă:
R CH COOR'
+ NH3
NH2
aminoacid
R CH CONH2 + R' OH I NH2
amidã
Exemple de amide naturale sunt asparagina şi glutamina. 2. Reacţiile grupelor amino Biochimia produselor alimentare
13
Proteine
- sub acţiunea acidului azotos, aminoacizii pot fi transformaţi în hidroxiacizi:
R CH COOH
+
R CH COOH I OH
HNO2
NH2
+
N2K
+
H2O
oxiacid
aminoacid
Reacţia fiind cantitativă, se foloseşte la dozarea aminoacizilor prin metoda Van Slyke.
aminoacizii reacţionează cu agenţii de metilare (sulfat de metil, iodură de
metil, etc.) formând betaine, derivaţi cu azot cuaternar: În reacţiile metabolice apar şi derivaţi monometilaţi, de
CH3 CH3 CH3
+
R CH N -
COO
exemplu, de la glicocol – metilglicocol [HOOC – CH2 – NH(CH3)] sau sarcozina.
Betaina
Gruparea aminică reacţionează cu aldehidele (exemplu,
formaldehidă) dând derivaţi metilenici, în care gruparea –NH2 este blocată şi rămâne funcţia
–COO- care poate fi titrată cu baze (metoda Sőrensen).
R CH
NH2 COOH
aminoacid
+
O CH H
-H2O
R
CH
N
CH2
COOH
aldehida formicã
Reacţia cu ninhidrina este o reacţie de oxido-reducere de mare
importanţă. Aminoacizii se descompun la aldehidă, CO2 şi NH3 iar ninhidrina se reduce la hidridantină; aceasta cu NH3 format şi cu o nouă moleculă de ninhidrină formează un complex colorat. Culoarea formată sau determinarea monometrică a CO2 servesc pentru dozarea aminoacizilor (proteinelor).
Compuşii aminici pot intra în reacţie cu zaharurile reducătoare conducând
la îmbrumarea neenzimatică şi neoxidativă a alimentelor care se numeşte reacţia Maillard. Produşii reacţiei Maillard sunt, în principal, melanoidinele (compuşi de culoare închisă, brună). Intermediarii reacţiei Maillard sunt foarte numeroşi. Reacţia Maillard se produce în mai multe etape: mai întâi are loc o adiţie a aminoacidului la zahărul reducător, după care compusul de adiţie pierzând apă se transformă într-o bază Schiff. Aceasta se ciclează, se transformă în Biochimia produselor alimentare
14
Proteine
N-glicozil-amină, compus ce suferă o transpoziţie (Amadori) trecând într-o cetozamină. Cetozaminele se descompun rezultând compuşi carbonilici cu lanţ scurt (prin sciziune) furfurol şi hidroximetilfurfurol (prin pierderea a trei molecule de apă) care reacţionează uşor cu aminoacizii formând produşi de culoare brună – melanoidine - prin condensare şi polimerizare succesivă. Prin deshidratare (pierderea a două molecule de apă) se mai formează reductone, respectiv dehidroreductone, care reacţionează cu aminoacizii (reacţia Streeker) rezultând amine, aldehide şi CO2. Câteva din consecinţele directe ale reacţiei Maillard sunt: -
formarea produşilor coloraţi: unii dintre ei sunt necesari, cum ar fi îmbrumarea cafelei prăjite şi închiderea culorii pâinii în timpul coacerii; alţii nedoriţi, cum ar fi îmbrumarea sucurilor;
-
producerea substanţelor de gust, aromă, normale sau neplăcute;
-
formarea substanţelor antioxidante, fie ca reductone, fie ca agenţi de chelatinizare a ionilor metalelor grele cu funcţii prooxidante;
-
reducerea valorii nutriţionale prin distrugerea unor vitamine (acid ascorbic, tiamina şi riboflavina), micşorarea conţinutului de lizină (aminoacid esenţial)şi reticularea proteinelor cu efecte asupra biodisponibilităţii lor;
-
apariţia unor substanţe toxice; formarea melanoidinelor cu efect carcinogenic, mutagenic şi antimutagenic.
3. Reacţiile condiţionate de prezenţa concomitentă a celor două grupări funcţionale
Reacţia dintre doi sau mai mulţi aminoacizi, cu eliminarea intermoleculară
de apă, dă naştere la di – sau poli – peptide caracterizate prin legătură peptidică ( – CO – NH - ). H HOOC CH N R1
H
HO
+
H C CH N
O
R2
+
H
HO C CH NH2 O R3
HOOC CH N H CO CH NH CO CH NH2 R1 R3 R2
-2H2O
Tripeptidã
legãturi peptidice Biochimia produselor alimentare
15
Proteine
Formarea legăturilor peptidice stă la baza sintezei proteinelor.
Aminoacizii formează cu cupru şi cu unele metalele grele săruri complexe
interne (chelaţi) greu solubile şi stabile. 2 R CH COOH + Cu
R CH NH2 H2N CH R
NH2
Cu O C
aminoacid
O
O
C
O
complex colorat
4. Reacţii radicalilor R
Radicalii aminoacizilor polari conţin ca fracţiuni –OH alcoolic sau –OH
fenolic, care se pot esterifica şi eterifica similar alcoolilor şi fenolilor corespunzători. Spre exemplu, esterul fosforic al serinei are importanţă fiziologică. El intră în structura unor proteine (cazeina) sau enzime. CH2 O P CH NH2 COOH
OH O OH
Fosforilserina
Radicalii cu grupare tiol (-SH) prezintă un număr mare de reacţii specifice
importante. Cea mai importantă reacţie a grupărilor tiol o reprezintă echilibrul redox tiol-disulfură. 2
Cis SH
-2H +2H
Cis S S Cis
Cisteinã
Cistinã
Oxidarea cu oxidanţi puternici (hidroperoxizi, peracezi) conduce la acid cisteic şi în final la taurină. Metionina se oxidează uşor la catena laterală cu formare de sulfoxizi şi sulfone.
Acidul aspartic şi glutamic datorită celei de a doua grupări carboxil (-
COOH) pot fi neutralizaţi cu baze formând săruri. Spre exemplu: glutamatul monosodic, utilizat în industria alimentară ca potenţiator de aromă şi gust. HOOC CH CH2 CH2 NH2
COONa
Glutamat monosodic Biochimia produselor alimentare
(GMS) 16
Proteine
Prezenţa radicalului aromatic benzil şi a grupei –OH fenolice, fac din
tirozină un aminoacid cu reactivitate deosebită. Astfel, în prezenţa unei enzime specifice, tirozina este oxidată la 3,4-dioxifenilalanină (DOPA) care apoi ca urmare a unor reacţii spontane, neenzimatice se formează melanine – compuşi de culoare neagră sau brună, care pigmentează părul, pielea, ochii. CH2 CH COOH NH2
CH2 CH COOH NH2 + 1/2 O2
+ O2 Melanine
HO
OH
Tirozinã
Catecolamine
OH
DOPA
1.3. Peptide 1.3.1. Definiţie, clasificare, nomenclatură. Peptidele sunt combinaţii de tip amidic rezultate prin condensarea a două sau mai multe molecule de aminoacizi. H2N
CH COOH
+ H2N
CH COOH
R1
R2
aminoacid
aminoacid
-H2O
H2N
CH CONH CH COOH R1
R2
dipeptid
În cadrul peptidelor se păstrează denumirea de dipeptide pentru cele alcătuite din 2 aminoacizi, oligopeptide, pentru cele cu 3-8 resturi de aminoacizi şi polipeptide pentru cele care au cel puţin 10 resturi aminoacidice şi maximum 100 resturi aminoacidice. Cele alcătuite exclusiv din aminoacizi şi numesc homomere, iar cele care conţin şi alte tipuri de molecule, heteromere. După forma catenelor, peptidele se pot clasifica în peptide liniare (cele mai răspândite în natură şi implicit în alimente), peptide monociclice (ex. gramicidina), policiclice (ex. ribonucleaza). Legătura care se formează în reacţia dintre doi aminoacizi cu eliminare de apă se numeşte legătură peptidică.
Biochimia produselor alimentare
17
Proteine
Capetele unui peptid sunt diferite, unul are gruparea aminică liberă, capăt Nterminal, iar celălalt are gruparea carboxil neangajată, capătul C-terminal. Resturile de aminoacizi de la capetele moleculei sunt denumite resturi Nterminale şi, respectiv, C-terminale. Începutul unui peptid este capătul Nterminal. Nomenclatura raţională a peptidelor derivă de la denumirea aminoacizilor care le alcătuiesc şi primesc terminaţia „il”, în ordinea care se găsesc în moleculă. Numele aminoacidului terminal (care are gruparea carboxil liberă) rămâne neschimbată. De exemplu, tetrapeptidul valil – glicil – seril – alanină: CH(CH3)2
CH2OH
CH3
H2N CH CO NH CH2 CO NH CH CO NH CH COOH
De asemenea, pentru redarea structurii unui peptid, Mai mic sau mai mare, se folosesc prescurtări de trei litere sau de o singură literă pentru aminoacizi. Deci, tetrapeptidul de mai sus este redat: Val-Gly-Ser-Ala sau VCSA. De cele mai multe ori peptidele cu un număr mic de aminoacizi au şi alte denumiri uzuale: cernozină, anserină, glutation, vasopresina, ocitocina, etc. Datorită posibilităţii de legare a aceloraşi aminoacizi în secvenţe diferite, peptidele pot prezenta fenomenul de izomerie, de poziţie. De exemplu, din aminoacizi distincţi pot da naştere la două dipeptide izomere şi aşa mai departe.
1.3.2. Proprietăţile peptidelor Majoritatea peptidelor, în special cele cu masă moleculară mică, sunt solubile în apă şi insolubile în alcool absolut. Oligopeptidele formează soluţii adevărate, iar polipeptidele, dispersii coloidale. Au caracter amfoter ca şi aminoacizii, dând săruri solubile cu acizii şi bazele. Peptidele prezintă proprietăţile chimice generale ale aminoacizilor cu deosebirea că, în plus, apar reacţiile catenei peptidice. Peptidele cu mai mult de trei sau patru aminoacizi în moleculă dau reacţia biuretului, iar cele cu molecule mai mari dau şi alte reacţii caracteristice pentru proteine.
Biochimia produselor alimentare
18
Proteine
Prin hidroliză totală dau naştere la aminoacizii din care sunt alcătuite, în cazul heteropeptidelor obţinându-se pe lângă aminoacizi şi o componentă prostetică.
1.3.3. Peptide naturale în organismele vii se întâlnesc numeroase peptide (oligopeptide sau peptide mai mari) cu funcţii particulare. Carnozina şi anserina sunt cele mai simple peptide (dipeptide) cunoscute de mult timp. Carnozina izolată din muşchii mamiferelor este alcătuită din histidină şi β-alanină iar anserina, din muşchii păsărilor, conţine în loc de histidină, metil-histidina.
HN
N
CH2 CH COOH NH CO CH2 CH2 NH2
CH2 CH COOH N NH CO CH2 CH2 NH2
H3C N
Carnozina (β-alanilhistidina)
Anserina (β-alanilmetilhistidina)
Glutationul este cea mai importantă tripeptidă neproteică
COOH CH NH2 COOH CH2
CH2
CH2
CONH
CO NH CH CH2 SH Glutation
prezentă în toate ţesuturile animale şi vegetale. Este formată din resturi de glicină, cisteină şi acid glutamic. Sub aspect biologic, funcţiile glutationului sunt multiple şi complexe.
Una
din
proprietăţile
fundamentale
ale
glutationului constă în participarea sa la reacţiile de oxido-
reducere prin sistemul: 2-SH ↔ -S-SG SH + HS G (redus)
- 2H+ G S S G + 2H+ (oxidat)
În celulă şi alimentele neprelucrate termic, oxidarea glutationului decurge enzimatic în prezenţa glutationului dehidrogenazei. Glutationul este localizat în cantităţi mari în germeni şi stratul aleuronic al bobului de grâu. Glutationul participă la procesele de oxido-reducere ale organismului, este un activator al unor enzime-SH-dependente şi acţionează ca un antioxidant
Biochimia produselor alimentare
19
Proteine
intervenind în protejarea unor substanţe împotriva oxidării (acidul ascorbic, hemoglobina, Fe2+). Ocitocina şi vasopresina sunt octopeptide, primul compus având rol în stimularea contracţiei netede şi de activare a lactaţiei, cel de al doilea având rol în contracţia vaselor sanguine; favorizează reabsorbţia renală a apei, creşterea presiunii sanguine. Prezintă şi acţiune antidiuretică. Bradikinina este o nonapeptidă care are rol în reducerea contractibilităţii muşchilor netezi, inhibarea secreţiei gastrice şi a mobilităţii intestinale. Angiotensina I şi II sunt decapeptide şi au acţiune hipertensivă.
1.4. Protide (Proteine) 1.4.1. Aspecte generale Protidele sunt macromolecule care conţin minimum 100 resturi aminoacidice şi prezintă o organizare arhitecturală determinată genetic. Proteinele, alături de acizii nucleici, există într-o varietate foarte mare. Fiecare tip de celulă, fiecare individ, fiecare specie posedă un set distinct de proteine. Ele îndeplinesc funcţii vitale de construcţie, transport, intermediari biocatalitici şi contractili, sursă de energie primară. În privinţa tipurilor de legături care asigură structura proteinelor în structura primară sunt implicate grupările ∝-NH2 şi ∝-COOH, care se leagă sub forma unei „coloane vertebrale”, fiecare aminoacid contribuind, în aceeaşi măsură, respectiv cu aceeaşi lungime în structura lanţului polipeptidic. Resturile din molecula fiecărui aminoacid, care sunt angajate în legătura –CH – CO – NH – CH -, pot să-şi păstreze şi să manifeste proprietăţi chimice caracteristice. Pe baza acestui potenţial de reactivitate sunt posibile cel puţin patru tipuri principale de interacţiuni: legături de hidrogen interpeptidice, legături de hidrogen între resturile laterale, legături apolare (hidrofobe) şi legături ionice, care reprezintă forţele ce asigură organizarea superioară a proteinelor. Legăturile de hidrogen sunt destul de slabe şi se stabilesc între doi atomi electronegativi (O, N) prin intermediul unui H, datorită deficitului electronic al H legat de un atom puternic electronegativ; atomul de H va fi atras de perechea de electroni neparticipanţi ai atomului electronegativ dintr-o altă grupare şi astfel se produce scurtarea distanţei de atomi. În afară de Biochimia produselor alimentare
20
Proteine
legăturile de hidrogen formate de către atomii implicaţi în legătura peptidică, astfel de legături pot să apară şi între resturile laterale ale aminoacizilor, de exemplu, H din –OH al serinei, treoninei, tirozinei; sau între gruparea amino încărcată pozitiv şi gruparea carboxilică, etc. Interacţiunile prin punţi de hidrogen au rol esenţial pentru că sunt cele mai numeroase. Aminoacizii polari localizaţi la suprafaţa globulelor sau fibrelor, pot forma legături de hidrogen cu molecule de apă contribuind la solubilizare. Legăturile apolare (interacţiuni Van der Waals) se manifestă între toţi atomii moleculelor proteice. Natura interacţiilor (atracţii sau repulsii) depind de distanţă. Slaba atracţie apare numai când grupele ce se întâlnesc se găsesc suficient de aproape una de alta. Astfel de legături se pot întâlni între grupele metil ale alaninei, resturile fenilalaninei şi triptofanului. Legăturile electrostatice implică forţe de atracţie ce se stabilesc între atomii sau grupările încărcate cu sarcini de semn contrar. Asemenea sarcini apar în resturile laterale polare ale aminoacizilor şi la nivelul aminoacizilor terminali. Ele pot atrage nu numai grupările de semn contrar din molecula proteică ci şi diferiţi ioni sau molecule din soluţie. Legăturile disulfurice, -S – S -, sunt legături covalente puternice ce asigură anumite conformaţii ale lanţurilor polipeptidice de care depinde activitatea lor biologică.
1.4.2. Structura proteinelor Complexitatea proteinelor a făcut necesară introducerea mai multor trepte de organizare structurală denumite: structură primară, secundară, terţiară şi structură cuaternară. Proprietăţile fizico-chimice şi biologice caracteristice sunt condiţionate de anumite nivele de organizare şi de aceea alterarea lor are drept consecinţă pierderea acestor proprietăţi, de exemplu, activitatea enzimatică, antigenică, hormonală, etc.
Biochimia produselor alimentare
21
Proteine
1.4.2.1. Structura primară Structura primară precizează numărul şi secvenţa resturilor aminoacidice din moleculă, ea redă totalitatea legăturilor covalente din moleculă şi mai este denumită şi structură covalentă. Aminoacizii sunt legaţi între ei prin legături peptidice formate între gruparea funcţională carboxil a unui aminoacid şi gruparea funcţională amino din poziţia ∝ a celuilalt aminoacid.
R1 R3 R5 H O O H CH N α C CH N α C CH N α C CH N α C CH N α C O H H R2 O R4 H O Fragment din structura primară a unei proteine Caracterul parţial de dublă legătură între atomii de carbon şi azot ai legăturilor peptidice face ca libera rotaţie dintre cei doi atomi să fie împiedicată şi deci atomii interesaţi în legătura peptidică să fie coplanari. Este creată astfel posibilitatea apariţiei izomeriei geometrice cis- trans. În peptidele naturale apare însă numai izomerul trans. Resturile aminoacizilor (R1, R2, R3…) sunt aşezate alternativ deasupra şi dedesubtul planurilor legăturilor peptidice. Varietatea lanţurilor este asigurată de radicalii R legaţi la C2. Cu ajutorul celor 20 radicali diferiţi se pot obţine combinaţii multiple, deosebite prin numărul şi secvenţa resturilor aminoacidice.
1.4.2.2. Organizarea spaţială a moleculelor proteice Organizarea spaţială a lanţurilor polipeptidice are loc prin interacţiuni necovalente (legături de hidrogen, atracţii polare şi ionice, interacţiuni hidrofobe) la care participă atât grupările
⁄C = O şi NH din catena
polipeptidică, cât şi diversele grupări cuprinse în catenele laterale ale lanţului. Fiecare specie proteică este unicat în ceea ce priveşte structura primară şi conformaţia. La proteinele cu lanţuri lungi şi un număr foarte mare de atomi sunt posibile numeroase conformaţii (aranjamente spaţiale rezultate prin rotaţia liberă a atomilor sau grupurilor de atomi în jurul legăturilor simple) şi este necesară ierarhizarea nivelelor de organizare spaţială. Biochimia produselor alimentare
22
Proteine
Structura secundară se referă exclusiv la orientarea spaţială a lanţurilor peptidice, de-a lungul axei longitudinale a acestora, datorită legăturilor de hidrogen formate între grupările – CO – şi
- NH – aparţinând diferitelor
legături peptidice din catenele polipeptidice sau din aceeaşi catenă. Plecând de la principiul că aranjamentul cel mai stabil este acela în care se realizează cel mai mare număr de punţi de hidrogen, Pauling şi Corey (1951) au postulat două structuri secundare pentru lanţurile polipeptidice: ∝-helix şi structură β. Structura ∝-helix rezultă prin spiralarea catenei polipeptidice în jurul unui cilindru imaginar. În funcţie de orientarea sa, elicea poate să apară sub două forme: una care are sensul unui şurub cu pasul spre dreapta numită elice ∝-dreapta şi una care are sensul unui şurub cu pasul spre stânga, numită elice ∝-stânga. Predominantă este orientarea spre dreapta care este mai stabilă. ∝Conformaţie „α-helix” Helixul este stabilizat prin legături de hidrogen între grupările - NH – şi – CO – din legăturile peptidice principale, în aşa fel încât gruparea – CO – a fiecărui aminoacid este legată de gruparea – NH – a aminoacidului situat la o distanţă de patru resturi, în secvenţa liniară. Fiecare rest de aminoacid se află la o distanţă de 1,47Å de-a lungul helixului, pasul elicei fiind de 5,21 şi cuprinde 3,6 resturi aminoacide. Radicalii R ai tuturor aminoacizilor sunt orientaţi spre exteriorul elicei. Modelul elicei ∝ se repetă în mod identic în acelaşi punct al spiralei după un interval care cuprinde 18 resturi de aminoacizi, deci după 5 spire. Structura ∝-elicoidală a lanţurilor polipeptidice a fost găsită, în proporţie mai mare sau mai mică, în diverse proteine, de exemplu, mioglobină 70%, insulină 38%, pepsină 31%, ribonuclează 16%. Structura secundară ∝ se întâlneşte în diverse proporţii atât în proteinele fibrilare cât şi la proteinele globulare. O proteină fibrilară cu structură secundară ∝ în proporţie de aproape 100% este keratina (păr, piele, unghii). Este alcătuită din lanţuri polipeptidice lungi, cu structură ∝-elice, asociate Biochimia produselor alimentare
23
Proteine
câte două şi superîncolăcite. Prin asocierea acestor dimeri se realizează fibrile şi fibre rezistente. În aceste fibrile, grupările R pot interacţiona prin valenţe secundare. În plus, structura
superelicoidală
este
stabilizată
şi
prin
punţi
disulfurice
intercatenare, keratina având un conţinut ridicat în cisteină. Cele mai multe proteine au în organizarea lor structurală regiuni helicoidale de lungimi variabile, între care sunt intercalate regiuni cu torsionări întâmplătoare (neorganizate) ale lanţurilor peptidice. Structura β- foaie pliată corespunde conformaţiei orientate în zigzag, mult mai cutată decât ∝-helixul. În acest caz, punţile de hidrogen sunt intercatenare, lanţurile polipeptidice se aşează în foi. Orientarea reciprocă a lanţurilor poate fi paralelă sau antiparalelă, ultima este cea mai stabilă şi de aceea apare frecvent în proteine.
Conformaţie în „foaie pliată” Radicalii R ai aminoacizilor se află repartizaţi alternativ, deasupra şi dedesubtul planurilor în „zigzag” ale catenelor polipeptidice. Structura secundară β în foaie pliată este întâlnită în proporţie de aproape 100% în proteina din mătase, fibroina. Această structură conferă fibroinei rezistenţă la întindere şi flexibilitate. Structurile β sunt întâlnite frecvent în proteinele globulare. Biochimia produselor alimentare
24
Proteine
Structura terţiară a proteinelor reprezintă o organizare tridimensională care este stabilizată de legături de hidrogen între grupările peptidice din ∝-helix sau structură β-pliată, legăturile de hidrogen între catenele laterale R ale aminoacizilor, interacţiuni hidrofobe între radicalii R nepolari, legături ionice (între grupările încărcate electric) şi legăturile –S – S - foarte puternice (covalente). Lanţurile
polipeptidice
proteine
prezintă
zone
din cu
structură bine determinată (∝helix,
β-pliată),
structură
alternând cu regiuni nedefinite conformaţional. Acest mod de structurare clasificarea proteine
a
condus
proteinelor fibroase
la în: sau
scleroproteine şi proteine globulare sau sferoproteine. În proteinele fibroase pot apărea atât structuri secundare ∝-helix în keratină, sau triplă în colagen cât şi structuri foaie β-pliată în fibroină. În proteinele globulare elementele de structură regulată sunt amestecate cu cele dezorganizate. Prima proteină a cărei structură tridimensională a fost stabilită este mioglobina. În prezent sunt cunoscute structurile terţiare ale multor proteine. Structura cuaternară reprezintă o asociere a lanţurilor polipeptidice, definite ca subunităţi care pot fi sau nu identice, aranjamentul acestor „subunităţi” în structura cuaternară putând să nu fie simetrică. Structura cuaternară este stabilizată de acelaşi tip de legături ca şi în cazul structurii terţiare cu excepţia legăturilor –S – S- .
Biochimia produselor alimentare
25
Proteine
Structură cuaternară a proteinelor Lanţurile individuale sunt denumite protomeri sau subunităţi. La aceste proteine pe lângă structurile primară, secundară şi terţiară ale fiecărui protomer, apare un nivel superior de organizare – structura cuaternară. Aceasta defineşte natura, numărul şi modul de asociere al protomerilor. Un exemplu de structură cuaternară îl reprezintă miozina componentă a miofibrilelor celulei musculare. Miozina are şase subunităţi care contribuie la structura sa cuaternară şi anume: două subunităţi care sunt reprezentate de lanţuri polipeptidice cu masă moleculară de 200 000 daltoni, patru subunităţi reprezentate de lanţuri peptidice din care unul cu masă moleculară 20 700 daltoni, două subunităţi peptidice cu masă moleculară 19 050 daltoni şi unul cu masă moleculară
de 16 500 daltoni. Lanţurile polipeptidice cu masă
moleculară mare posedă regiuni cu structură ∝-helix şi au un capăt globular voluminos. La aceste capete globulare se asociază celelalte patru lanţuri polipeptidice cu masă moleculară mică.
Biochimia produselor alimentare
26
Proteine
1.4.3. Proprietăţile generale ale proteinelor 1.4.3.1. Proprietăţi electrochimice Proteinele au caracter amfoter datorită prezenţei în molecula lor a grupărilor acide (-COOH) şi bazice (-NH2) libere ale resturilor aminoacizilor dicarboxilici sau diaminici care intră în constituţia moleculei proteice sau datorită grupărilor terminale de la extremităţile catenelor polipeptidice. Caracterul amfoter al proteinelor este influenţat şi de celelalte grupări ionizabile din resturile unor aminoacizi, de exemplu, de gruparea – OH fenolică a tirozinei sau de resturile bazice ale histidinei şi argininei. La pH-ul fiziologic toate aceste funcţii acide sau bazice sunt ionizate complet iar proteina apare ca un poliamfolit. Proprietăţile electrochimice ale proteinelor sunt concretizate prin pH-ul izoelectric (pHi), pH-ul soluţiei în care proteina apare cu o sarcină electrică nulă, numărul grupărilor pozitive fiind egal cu acela al grupărilor negative. Valoarea pi a unei proteine depinde de compoziţia sa aminoacidică, de predominenţa resturilor acide, a acelor bazice. La pH-uri depărtate de pi o proteină are o încărcare netă pozitivă sau negativă.
P
NH3
+
+
+H
P
NH3
+
COOH
COO-
Proteina la pH pHi
Proteina la pH pHi
-
+HO P - H2O
La
NH2
punctul
solubilitatea -
COO
Proteina la pH pHi
minimă,
proteinelor
adesea
precipitate izoelectrică),
izoelectric este
rezultând (precipitare
iar
mobilitatea
proteinei în câmpuri electrice este, de asemenea minimă. Sub formă de anioni sau cationi, proteinele migrează în câmpuri electrice, proprietate care stă la baza metodelor electroforetice de separare a proteinelor din amestecuri.
1.4.3.2. Solubilitatea proteinelor Solubilitatea proteinelor în apă este extrem de diferită: proteinele fibrilare sunt insolubile în apă, pe când cele globulare prezintă grade diferite de solubilitate. Această însuşire este datorată repartizării pe suprafaţa moleculelor a resturilor aminoacide cu sarcini electrice şi a acelora care cuprind grupări polare. Apa se fixează la nivelul legăturilor peptidice prin Biochimia produselor alimentare
27
Proteine
atracţii dipolare sau punţi de hidrogen, iar în catena laterală prin interacţii cu toate grupele ionizate, polare şi chiar cu cele nepolare prin forţe de solvatare. Solubilitatea în apă a proteinelor este influenţată de: pH, tărie ionică, natura solventului şi temperatură. Influenţa pH-ului La pH-ul izoelectric solubilitatea proteinelor este minimă, deoarece moleculele proteinelor sunt neutre, nu mai leagă moleculele polare în jurul lor. În afara pH-ului izoelectric, solubilitatea creşte. Influenţa tăriei ionice Diverse săruri ale metalelor uşoare (NaCl, MgCl2, Na2SO4, (NH4)2SO4) influenţează considerabil solubilitatea proteinelor. Sa observat că ionii sărurilor neutre, cu molaritate 0,25 – 1,0M, pot creşte solubilitatea proteinelor prin efecte de dizolvare salină. La molarităţi mai mari de 1,0M, solubilitatea în apă scade până la precipitarea lor din soluţie (salifiere). Albuminele şi globulinele se deosebesc după uşurinţa cu care sunt precipitate de către sulfatul de amoniu. Prin precipitarea fracţionată a proteinelor din soluţie cu sulfat de amoniu şi sodiu, cu acetonă sau alţi deshidratanţi se pot separa proteinele din medii biologice complexe. Influenţa temperaturii Solubilitatea proteinelor creşte odată cu creşterea temperaturii în intervalul 0-40°C. La temperaturi mai mari, solubilitatea se reduce, în primul rând, datorită distrugerii structurii cuaternare şi a celei terţiare.
1.4.3.3. Caracterul coloidal al proteinelor Proteinele prin dizolvare dau soluţii molecular disperse în care diametrul particulelor variază între 1-100 nm. Starea coloidală a proteinelor în soluţie le conferă acestora capacitatea de a dispersa razele luminoase (fenomenul Tyndall) şi incapacitatea de a trece prin porii membranelor de natură vegetală şi animală. Pe această proprietate se bazează separarea proteinelor de sărurile eventual prezente în soluţie, ai căror ioni trec prin membranele de dializă. Soluţiile de proteină, în condiţii determinate de concentraţii şi temperatură, pot da geluri, în care proteina şi solventul formează o masă aparent Biochimia produselor alimentare
28
Proteine
omogenă, care prezintă unele particularităţi specifice substanţelor solide. Deci, gelurile apar ca sisteme de reţele tridimensionale în ochiurile cărora este reţinut lichidul. Gelurile uscate introduse ulterior în apă, absorb cantităţi foarte mari de apă, fenomen cunoscut sub denumirea de îmbibarea gelului. Acest fenomen, care este însoţit de creşterea considerabilă a volumului, are importanţă în industria alimentară, de exemplu, îmbibarea proteinelor din făină la prepararea aluatului, formarea gelului la adăugarea gelatinei în diferite produse zaharoase, etc. Opus îmbibării sunt sinereza şi exudaţia. Sinereza corespunde eliminării spontane de apă din gel, iar exudaţia apare ca proces similar dar lent, în timp.
1.4.3.4. Denaturarea proteinelor Modificarea conformaţiei native a unei proteine (structură secundară, terţiară şi cuaternară) poartă denumirea de denaturare şi agenţii care o provoacă sunt agenţi denaturanţi. În cursul denaturării unei proteine nu sunt rupte legăturile peptidice, nu se eliberează aminoacizi. Agenţii denaturanţi pot fi grupaţi în: -
agenţi fizici (temperatură, radiaţii ultraviolete, razele X, ultrasunetele, agitare mecanică puternică, etc.);
-
agenţi chimici (pH-urile extreme, acide sau bazice, sărurile metalelor grele, alcoolul, acetona, ureea şi guanidina, diferiţi detergenţi, etc.).
În funcţie de intensitatea agenţilor denaturanţi, denaturarea poate fi reversibilă sau ireversibilă (modificări în structura superficială sau profundă). Temperatura este unul dintre cei mai importanţi factori denaturanţi. Temperatura de 50 – 60°C denaturează cele mai multe proteine globulare; puţine proteine, de exemplu ribonucleaza, suportă pentru scurt timp temperaturi de 100°C fără a se denatura. La o temperatură dată, denaturarea proteinelor depinde de natura acesteia, de concentraţie, pH, tărie ionică şi natura ionilor. Modificarea pH-ului la valori extreme, 0-2 şi 12 -14, denaturează majoritatea proteinelor datorită repulsiei electrostatice dintre sarcinile identice pe lanţ. Prin corectarea pH-ului, denaturarea poate deveni ireversibilă. Biochimia produselor alimentare
29
Proteine
Ureea şi guanidina, în concentraţii mari, denaturează, reversibil, majoritatea proteinelor. Denaturarea se produce datorită distrugerii legăturilor de hidrogen. Denaturarea proteinelor sub acţiunea agenţilor tensioactivi sau a solvenţilor organici se datorează alterării interacţiunilor hidrofobe ce intervin în realizarea conformaţiei native a proteinei. Eficienţa relativă a diferiţilor agenţi denaturanţi exprimă, în esenţă, efectul lor asupra „constantei de echilibru” în transformarea formei native în cea denaturată; agentul denaturant poate acţiona prin „destabilizarea” stării native, prin „stabilizarea” formei denaturate sau prin ambele. Consecinţele denaturării pot fi concretizate prin: 9 modificarea solubilităţii ca urmare a schimbării hidrofobicităţii şi mai ales a raportului hidrofil/hidrofos: 9 scăderea capacităţii proteinelor de a lega apa; 9 modificări privind capacitatea de cristalizare, vâscozitatea, presiunea osmotică, activitatea optică şi gradul de hidroliză de către enzimele proteolitice; 9 creşterea
susceptibilităţii
la
atacul
proteazelor
ca
urmare
a
disponibilizării legăturilor peptidice; 9 pierderea activităţii biologice (enzimele, unii hormoni de natură proteică, proteinele contractile, etc.). În fenomenele vitale, denaturarea ireversibilă joacă un rol foarte important ( de exemplu, îmbătrânirea organismului). În industria alimentară, denaturarea intervine în diferite procese tehnologice (sterilizarea termică, uscare, prăjire, frigere, coacere, etc).
1.4.3.5. Proprietăţi biochimice. Reacţia antigen-anticorp La pătrunderea în organism a unui microorganism sau a unui compus macromolecular străin, organismul sintetizează anticorpi (imunoglobuline), proteine cu rol de apărare. Sinteza de anticorpi este declanşată, deci de agenţi străini denumiţi antigene (imunogeni). În urma combinaţiei dintre anticorp şi antigenul specific se formează un complex antigen-anticorp, complex imun, care blochează antigenul şi iniţiază procese care distrug agentul patogen (răspuns imun). Biochimia produselor alimentare
30
Proteine
1.4.4. Clasificarea proteinelor Proteinele pot fi clasificate în:
proteine globulare, uşor solubile, în general proteine intracelulare;
proteine fibrilare, insolubile, de regulă proteine extracelulare, cu rol de susţinere.
În funcţie de prezenţa sau absenţa în moleculă a unei grupări chimice distincte de lanţul polipeptidic (grupare prostetică) proteinele se clasifică în:
proteine simple (alcătuite numai din aminoacizi );
proteine conjugate (alcătuite dintr-o proteină şi o grupare prostetică).
1.4.4.1. Holoproteide globulare 9 Protaminele sunt cele mai simple proteine, cu o masă moleculară mică. Au caracter bazic conferit de acizii diaminomonocarboxilici (arginina, lizina, histidina) care predomină în structura lor (80%). Reprezentanţii mai importanţi sunt: clupeina (heringi), salmina (somn) şi sturina (nisetru). Protaminele se găsesc numai în organismele animale. Datorită caracterului puternic bazic apar de obicei legate salin cu ADN-ul din nucleii celulari ai spermei unor peşti. 9 Histonele sunt proteine bazice conţinând 20 – 30 % aminoacizi diaminomonocarboxilici. Histonele se găsesc în leucocite, sperma peştilor şi pot fi combinate cu acizi nucleici sub formă de nucleoproteide. 9 Albuminele sunt formate în principal din aminoacizi monoaminomonocarboxilici. Ele sunt răspândite îndeosebi, în regnul animal; au caracter slab acid sau neutru; sunt solubile în apă. Se caracterizează prin proprietatea de a fi precipitate cu soluţie saturată de sulfat de amoniu. Prin fierbere, albuminele precipită. Sunt reprezentate de: serumalbumina din sânge, mioalbumina din citoplasma fibrelor musculare, lactalbumina din plasma laptelui, ovoalbumina din albuşul de ou, legumina din mazăre, leucozina din cereale, ricina din seminţele de ricin. 9 Globulinele se găsesc atât în regnul vegetal cât şi cel animal. Conţin acid aspartic şi glutamic ceea ce le conferă un caracter acid. Ele sunt Biochimia produselor alimentare
31
Proteine
insolubile sau greu solubile în apă, dar se dizolvă uşor în soluţii diluate de săruri. Precipită cu o soluţie de sulfat de amoniu 50%. Sunt reprezentate de: serumglobulina din plasma sângelui, fibrinogenul din plasma sângelui, transferina din sânge, ceruloplasmina din sânge, lactoglobulina din plasma laptelui, ovoglobulina din albuşul de ouă, legumina din mazăre, linte, fasole, miozina din fibrele musculare, fascolina din fasolea albă, amandina din migdale, arachina din alunele americane, excelsina din nuca de cocos, imunoglobulinele (IgA, IgG, IgM, IgD şi IgE) care reprezintă anticorpi ai organismului. 9 Prolaminele (gliadinele) sunt prezente, în special, în cereale. Sunt bogate în prolină şi acid glutamic, dar sărace în lizină şi triptofan. Prolaminele au caracter acid, sunt insolubile în apă şi în alcool etilic absolut, dar solubile în soluţii alcaline diluate şi în soluţii alcoolice 70 – 80%. Sunt reprezentate de gliadina din grâu, zeina din porumb, cafirina din sorg. 9 Glutelinele se găsesc, în special, în cereale. Conţin cantităţi importante de acid glutamic şi au caracter acid; sunt insolubile în apă, alcool şi soluţii saline, dar se dizolvă în alcalii diluate, din care precipită prin acidulare. Mai răspândite sunt gluteina din grâu şi orizeina din orez. Raportul prolamine/gluteine defineşte valoarea nutritivă a cerealelor. Prin combinarea gliadinei cu gluteina (în principal) se formează glutenul care conferă aluatului de pâine caracteristici
speciale:
vâscozitate,
elasticitate,
extensibilitate,
capacitate de reţinere a gazelor (CO2).
1.4.4.3. Holoproteide fibrilare Au rol în susţinere şi protecţie în organismul animal. Holoproteinele solubile sunt reprezentate de miozina L (light) dinstructura filamentelor groase; actina F care se formează din actina G. Holoproteinele fibrilare insolubile sunt reprezentate de colagen, elastină, keratină, reticulină. Se caracterizează printr-un conţinut procentual de azot mai mic decât a celorlalte proteine, precum şi prin conţinut ridicat de sulf. Sunt stabile faţă de acţiunea enzimelor proteolitice.
Biochimia produselor alimentare
32
Proteine
Elastinele – sunt componente ale ţesuturilor elastice, prezente în artere şi tendoanme. Au un conţinut ridicat de glicocol, alanină şi prolină, la fel ca şi colagenul, dar spre deosebire de acesta, sunt mai sărace în hidroxiprolină, monoaminodiacizi şi diaminomonoacizi şi lipsită de metionină şi histidină. Sunt mult mai rezistente la acţiunea acizilor şi enzimelor proteolitice obişnuite, dar sunt degradate de o enzimă specifică, elastaza, din extractele pancreatice. Se mai deosebesc de colagen prin incapacitatea de a fi convertite în gelatină. Colagenul – intră în constituţia ţesuturilor conjunctive participând la structura tendoanelor, ligamentelor, oaselor, cartilagiilor, pielii. În cantităţi mai mici se găsesc în muşchi, plămân, rinichi, ficat, splină (sub 6% din azotul proteic). Are un conţinut ridicat de glicocol, prolină şi hidroxiprolină. Este rezistent la acţiunea enzimelor proteolitice (cu excepţia colagenazei), la acţiunea agenţilor chimici (acizi, baze), dar prin fierbere se transformă ireversibil în gelatină. Gelatina rezultată este hidrolizată de pepsină şi tripsină, se dizolvă în apă la uşoară încălzire formând soluţii vâscoase care prin răcire formează geluri rapide. Keratinele – sunt o grupă de scleroproteine răspândite în lână, păr, coarne, unghii, pene, solzi, caracterizate prin conţinutul ridicat de cisteină. Keratinele sunt complet insolubile şi au o mare rezistenţă mecanică şi chimică, neputând fi hidrolizate de agenţii chimici obişnuiţi şi de enzime. Atacul enzimatic are loc rapid pe keratinele a căror legături –S–S- au fost în prealabil alterate prin oxidare sau reducere, ele devenind solubile şi hidrolizabile.
1.4.4.4. Heteroproteide (proteine conjugate) Sunt formate dintr-o componentă prostetică de natură neproteică şi o componentă proteică cu structură macromoleculară, formată din aminoacizi. Heteroproteidele la rândul lor se clasifică în: •
Glicoproteidele au ca grupare prostetică un compus de natură
glucidică, caracterul chimic predominant fiind imprimat însă de componenta proteică din moleculă. Moleculele de glucid implicate în glicoproteine sunt foarte variabile. Dintre oze apar: D-xiloza, mai frecvent manoza şi galactoza, rar glucoza şi foarte rar fructoza, ramnoza şi fucoza; dintre derivaţii aminaţi ai Biochimia produselor alimentare
33
Proteine
ozelor apar frecvent glucozamina şi galactozamina, mai ales sub formă acetilată; dintre acizii uronici, în speciala acidul D-glucuronic. Pe lângă aceste componente au fost identificate şi alte substanţe, de exemplu, acidul neuraminic şi derivatul acetilat al acestuia, acidul sialic. În raport cu natura grupei glucidice, glicoproteidele sunt acide şi neutre. Glicoproteinele
acide
au
gruparea
prostetică
reprezentată
de
mucopolizaharide acide: acidul hialuronic, acidul condroitin sulfuric. Ele predomină în ţesutul conjunctiv şi se caracterizează printr-o viscozitate mare şi precipitare cu acizi sau la cald. Glicoproteinele neutre sunt răspândite în organism (plasma sanguină, tractul gastrointestinal, urină), distingându-se cele care dau specificitate de grupă sanguină. Dintre glicoproteinele reprezentative amintim: glicoproteinele din sânge (hepatoglobulinele, macroglobulinele α2, transferinele, ceroloplasmina); glicoproteinele cu acţiune hormonală (hormonii lipofiziari cum ar fi cel tiroido stimulent – STH - , foliculo – stimulent – SFH-, hormonul luteinizant – LH - , hormonal de stimulare a celulelor intestinale – ICSH - , hormoni coriogonadotropi); glicoproteine din ou (ovomucoidul şi avidina); glicoproteine din plante (fitohemaglutenine sau lectine din leguminoase şi seminţe de ricin). •
Lipoproteide – au drept grupare prostetică colesterolul, trigliceride,
fosfolipide sau acizi graşi. Se consideră că în structura lor, pe lângă forţele de coeziune (Van der Waals) apar şi legături ionice între grupările carboxilice libere ale aminoacizilor din lanţul polipeptidic şi grupările pozitive ale fosfolipidelor precum şi între acidul fosforic din fosfatide şi grupările aminice libere din proteine; forţele de coeziune ar avea rolul principal în legarea cu proteinele a gliceridelor şi sterolilor. Complexele lipoproteice au caracter macromolecular şi intră în constituţia unor structuri subcelulare (membrane celulare, mitocondrii) şi a unor lipide circulante. Complexele pe care proteinele le formează cu lipidele, aşa numitele cenapse lipoproteice au un rol deosebit de important în solubilizarea Biochimia produselor alimentare
34
Proteine
şi transportul lipidelor, precum şi aminoacizi altor substanţe liposolubile (sterolii, carotenoidele şi unii hormoni). Lipoproteidele mai importante sunt: chilomicronii, lipoproteide cu densitate foarte mică (VLDL); lipoproteide cu densitate mare (HDL), lipoproteide cu densitate mică (LDL) precum β-lipovitelina şi livetina din albuşul de ou. Lipoproteidele plasmatice au următoarele roluri: -
transportă trigliceridele, colesterolul exogen şi cel sintetizat în ficat spre ţesuturile extrahepatice şi invers;
-
reglează procese metabolice celulare;
-
vehiculează alţi compuşi lipidici, spre exemplu vitamine liposolubile;
-
participă la păstrarea compoziţiei lipidice a membranelor.
•
Metalproteidele au ca grupare prostetică un ion metalic legat
covalent sau coordinativ de componenta proteică. Metalproteidele au rolul de a depozita sau de a transporta ionii metalici, mulţi dintre aceştia având rol esenţial. Metalele care au fost puse în evidenţă frecvent, în structura metalproteinelor sunt: Fe, Cu, Zn, Mn. Dintre metalproteidele cu fier de o deosebită importanţă este feritina, izolată din ficat şi splină, care reprezintă rezerva de fier atât pentru hemoglobine cât şi pentru hemenzime. În plasma sângelui se găseşte siderofilina (transferina) care îndeplineşte acelaşi rol. Din albuşul de ou şi din lapte au fost izolate ovotransferina şi lactotransferina. Dintre numeroasele
enzime,care
colindehidrogenaza,
conţin
fier:
ferodoxina,
α-glicerofosfat-dehidrogenaza,
xantinoxidaza,
succindehidrogenaza,
catalaza sunt câteva exemple. Dintre proteinele cu, cupru cele mai importante sunt: ceruloplasmina care asigură transportul de cupru în sânge, tirozinaza, monoaminooxidaza, uricaza, ascorbicoxidaza, citocromoxidaza, enzime de mare importanţă pentru procesele biochimice. Zincul apare în structura unor enzime: carboxipeptidaza, fosfataza alcalină, dehidrogenaza, precum şi în structura unor hormoni (insulina).
Biochimia produselor alimentare
35
Proteine
Există şi metalprotide cu alte metale: amilaze care au Ca2+, aldolază care are Mg2+, xantioxidază care are Fe, Mo. •
Fosfoproteidele au ca grupare prostetică radicalul fosforic esterificat
la o catenă proteinică (resturi de serină, treonină şi hidroxilizină). Principalele fosfoproteide sunt cazeina din lapte şi vitelina din gălbenuşul de ou. ⇒ Cazeinele există sub formă de fosfocazeinat de calciu, ca micele cu 30 – 300 nm dispersate în plasma laptelui care conţine proteine serice. Cazeina este formată dintr-un amestec de fracţiuni: αS1-
,
αS2- , β- şi k-
cazeine, fracţiuni cu masă moleculară diferită. αS1 – cazeina formează cu αS2 - cazeina fracţiunile sensibile la calciu. β – cazeina este solubilă în prezenţa calciului (0,03 M), la temperatură scăzută (4°C). Ea conţine mai puţin fosfor decât αS1- cazeina. K-cazeina joacă rol de coloid protector având faţă de celelalte fracţiuni putere stabilizatoare; ea împiedică precipitarea αS – cazeinei până la un raport k/α1 =1/10. Calciul contribuie la formarea micelelor când este prezent în proporţii reduse, de exemplu ca în lapte (0,03M). La o concentraţie de 10 ori mai mare el provoacă disocierea complexului (Ca – αS – β – k) şi precipitarea cazeinelor sensibile la calciu. Cazeinele nu coagulează prin fierberea laptelui. Ele sunt însă, coagulate şi parţial hidrolizate de unele enzime proteolitice ca chimozina (din stomacul animalelor tinere) şi pepsina. Agregarea sau flocularea cazeinei este datorată în parte forţelor de atracţie Van der Waals, însă aceste efect este considerat insuficient. Prezenţa Ca2+ este necesară datorită faptului că aceşti ioni reduc respingerea electrostatică şi pot realiza legături saline între locurile negative din micelele de paracazeină. În concluzie micela de cazeină intactă în prezenţa enzimei trece în micele de cazeină cu stratul k-cazeină îndepărtat total iar în prezenţa ionilor de calciu se formează coagul enzimatic (paracazeinatul de calciu). Degradarea cazeinei de către chimozină prezintă un interes deosebit atât sub aspect fiziologic, în metabolismul proteinei în stomacul animalelor, cât şi tehnologic, pentru procesul de maturare a brânzeturilor. Spre deosebire de proteinele din zer precum şi de alte proteine native în general, cazeina prezintă o insolubilitate marcantă la punctul său izoelectric Biochimia produselor alimentare
36
Proteine
(pH=4,6). În condiţiile creşterii concentraţiei ionilor de hidrogen, calciul din fosfocazeinat trece progresiv în soluţie astfel încât cazeina izoelectrică este complet lipsită de calciu. această demineralizare este caracteristica chimică principală a cazeinei precipitată cu acizi spre deosebire de cazeina obţinută cu ajutorul cheagului. Efectele acidifierii şi încălzirii asupra cazeinei se acumulează astfel încât precipitarea acesteia are loc la un pH cu atât mai ridicat cu cât temperatura este mai înaltă. ⇒ Ovovitelinele sunt fosfoproteide asociate, de regulă, cu lecitinele ce se găsesc în gălbenuşul de ou, având rolul de a furniza fosforul şi aminoacizii necesari dezvoltării embrionului şi animalelor tinere. ⇒ Fosfovitelinele conţin mai mult fosfor decât ovovitelinele şi se găsesc, de asemenea, în gălbenuşul de ou. •
Cromoproteide care au ca grupare prostetică o grupare colorată.
Cromoproteidele pot fi: -
porfirinice
cu
funcţie
respiratorie
(hemoglobina,
citocromii,
hidroxiperoxidazele, mioglobina); -
porfirinice fără funcţie respiratorie (cloroglobulinele, cloroplastinele , care au ca grupare prostetică clorofila);
-
neporfirinice
cu
funcţie
respiratorie
(hemertina,
hemocianina,
flavoproteidele); -
neporfirinice fără funcţie respiratorie (carotenoproteidele).
Aceste proteide joacă rol însemnat în transportul de oxigen în respiraţie (hemoglobina la vertebrate şi hemocianina la crustacee), în transferul de electroni de la substratul organic la oxigen (proteinele cu fier-sulf, cum sunt feredoxina, adrenodoxina şi citocromii, proteine feroporfirinice din celulele aerobe), în numeroase sisteme enzimatice (catalaze, peroxidaze, etc.), conferă culoare florilor şi ţesuturilor iau parte la fenomene de fotosinteză (cloroglobina din cloroplastele plantelor verzi), etc. Toate proteidele din această clasă sunt componente obişnuite ale alimentelor. Prin conţinutul major de ioni metalici afectează stabilitatea şi conservabilitatea alimentelor respective.
Biochimia produselor alimentare
37
Proteine
⇒ Hemoglobina este o cromoproteidă porfirinică, componentă a hematiilor din sângele vertebratelor. Componenta proteică a hemoglobinei este reprezentată de globine, proteine cu caracter bazic, iar componenta prostetică colorată este hemul. Globina diferă de la o hemoglobină la alta, imprimând hemoglobinelor specificitatea, pe când hemul este acelaşi la toate hemoglobinele. Oricare formă de hem este un derivat substituit şi complexat cu fier al heterociclului numit porfirină, formată la rândul său, din patru nuclee pirolice legate prin patru punţi metinice. Derivaţii porfirinei care au câte un substituent la fiecare dintre carbonii 1-8 se numesc porfirine.
1
2 I N H
8
3
IV N H N N 7
II 4
III 6
5
Porfină
H3C
CH
CH2
N
H3C N
CH3
Fe2+N
N
CH CH2
CH2 CH2 COOH CH2 CH2
CH3
COOH Structura hemului
Biochimia produselor alimentare
38
Proteine
Globinele sunt proteine cu caracter bazic din grupa histonelor, formate din patru catene polipepetidice, două câte două identice. Unirea hemului cu globina se realizează prin legături coordinative între fierul hemului şi histidina globinei. Legat de rolul pe care-l joacă în organism, cea mai importantă proprietate a hemoglobinei este capacitatea acesteia de a se combina în mod reversibil cu oxigenul, formând oxihemoglobină, transportând, astfel, oxigenul molecular de la plămâni la ţesuturi.
N
N
N 2+
globina
N 2+
globina
Fe
N
N
N
Hemoglobina (Hb)
Fe
O2 N
Oxihemoglobina (HbO2)
Fixarea reversibilă a oxigenului are loc prin intermediul atomului de fier, de care oxigenul se leagă coordinativ fără ca fierul să se oxideze. Tot
reversibil
hemoglobina
reacţionează
şi
cu
CO2
formând
carbhemoglobina, compus foarte important în transportul CO2 de la ţesuturi la plămâni. Legarea CO2 se realizează prin intermediul unei grupări amino libere a globinei. Hb-NH2 + CO2 ↔ Hb-NH-COO- + H+ (hemoglobina) (carbhemoglobina) •
Carboxihemoglobina (HbCO) se formează prin legarea coordinativă a CO la fierul hemului. Reacţia este
N globina
N 2+
Fe
reversibilă, dar afinitatea hemoglobinei faţă de CO este cu mult mai mare decât
CO
pentru ligandul fiziologic O2, ceea ce determină o dereglare a aportului de
N
N
Carboxihemoglobina (HbCO)
oxigen de la plămâni la ţesuturi. Problema este de mare interes pentru sanogeneză şi trebuie privită în raport
cu doi parametri majori. Concentraţia de CO din aerul inspirat şi timpul de Biochimia produselor alimentare
39
Proteine
expunere care, împreună, determină gradul de saturare al hemoglobinei din organism cu oxid de carbon. Carboxihemoglobina este un compus toxic, care blochează funcţia respiratorie a hemoglobinei producând, în funcţie de concentraţie, cefalee, confuzii mintale, greaţă, vomă, accelerarea pulsului, convulsii, hiperreflexie, insuficienţă respiratorie şi moarte. Sub acţiunea oxidanţilor, Fe2+ din hemoglobină trece în Fe3+, cu formarea methemoglobinei (Met-Hb), lipsită de capacitatea de transport reversibil al O2. Methemoglobina se formează în mod continuu şi fiziologic în eritrocite dar este rapid redusă astfel încât echilibrul Hb ↔ Met – Hb este puternic deplasat spre stânga şi nu permite, normal, acumularea methemoglobinei peste 0,4 – 1% din totalul compuşilor cu hem. Reducerea este efectuată de methemoglobinreductaze.
În
organismul
uman
cantităţi
mărite
de
methemoglobină pot să apară ca urmare a insuficientei activităţi enzimatice a acestor enzime sau datorită unor modificări genetice în secvenţa aminoacizilor. De asemenea, cantităţi mari de methemoglobină în sânge se pot datora unor agenţi oxidanţi puternici, intoxicaţiilor cu pesticide, cu compuşi chimici oxidanţi, etc. ⇒ Mioglobina reprezintă pigmentul ţesutului muscular şi este similară hemoglobinei ca structură şi rol. Este o cromoproteidă cu un singur hem, identic cu cel al hemoglobinei, globina fiind însă alcătuită dintr-un singur lanţ polipeptidic. Mioglobina are o afinitate mult mai mare pentru oxigen decât hemoglobina, reprezentând pentru muşchi o rezervă importantă de oxigen. ⇒ Citocromii constituie componente importante a tuturor organismelor. Grupa citocromilor cuprinde toate homoproteidele intracelulare, legate de particulele subcelulare (mitocondrii, microzomi), cu rol de catalizatori redox în lanţul respirator, în conservarea energiei, fotosinteză, în diferitele oxidări ale substanţelor endogene şi exogene şi în procesele metabolice ale unor bacterii anaerobe. Partea prostetică a citocromilor este reprezentată de diferite fier-porfirine. Rolul transportor al electronilor se manifestă prin schimbarea reversibilă a fierului.
Biochimia produselor alimentare
40
Proteine
⇒ Peroxidazele şi catalazele sunt heminenzime (cu Fe3+) cu rol important în descompunerea apei oxigenate, toxică pentru celule (şi a unor hidroperoxizi organici). ⇒ Cloroplastinele sunt cromoproteide a căror componentă prostetică este clorofila, componenta proteică fiind reprezentată de plastină. Sub denumirea uzuală de clorofilă se înţelege un complex de pigmenţi de culoare verde. Cei mai importanţi sunt clorofila a şi b, care au structuri similare şi cu protoporfirina din Mb şi Hb, de care diferă prin prezenţa Mg2+ (în loc de Fe), printr-un ciclu suplimentar şi prezenţa unui alcool superior fitolul. Prin îndepărtarea magneziului se obţin feofitinele; prin eliminarea alcoolului, clorofilidele, hidrosolubile şu prin eliminarea ambelor apar feoforbidele. Clorofila a este prezentată în toate plantele autotrofe (lipseşte din bacterii); clorofila b o însoţeşte în cloroplastele celor mai multe plante. Structura celor două clorofile este extrem de asemănătoare, clorofila b deosebindu-se de clorofila a numai prin prezenţa unei grupări formil, în ciclul pirolic II, în locul grupării metil. Gruparea carboxil a restului acidului propionic legat de inelul pirolic IV este esterificată cu un alcool nesaturat numit fitol (derivat al izoprenului) care îi conferă clorofilei proprietăţi lipofile, manifestate prin solubilitatea în grăsimi şi solvenţi ai acestora. H3C I N
H3C H2C H2C
CH
CH3
IV N Mg N N
CH H39C20OOC C OC OCH3 O
CH2
II
III
CH2 CH3
CH3
Clorofila a CH3 CH (CH2)3 CH (CH2)3 CH (CH2)3 C CH CH2 OH CH3 CH3 CH3 CH3
Fitolul Biochimia produselor alimentare
41
Proteine
Clorofilele au un rol fundamental în procesul de fotosinteză, funcţionând ca un catalizator în etapa fotochimică (fotoliza apei) a acestui proces. În organele verzi ale plantelor clorofila este localizată sub formă de cloroplastină în formaţiunile din citosol denumite cloroplaste. •
Nucleoproteide au drept grupare prostetică acizii nucleici care
aparţin, fie acizilor dezoxiribonucleici (ADN) fie acizilor ribonucleici (ARN), de unde derivă cele două clase principale de nucleoproteide: ribonucleoproteide şi dezoxiribonucleoproteide. La majoritatea organismelor proteina din constituţia nucleoproteidelor este o histonă sau o prolamină. Nucleoproteidele sunt cele mai complexe şi mai importante proteide din natură. Nucleoproteidele se diferenţiază în funcţie de natura proteinei şi structura acidului nucleic. Ribonucleotidele se găsesc în cantitate mare în ribozomi, în cloroplasmă şi mai puţin în nuclee. Dezoxiribonucleotidele formează nuclee celulare, fiind constituenţi principali ai cromozomilor. În cantitate mult mai mică apar în mitocondrii, cloroplaste şi citoplasmă. Nucleoproteidele sunt componente ale organismelor vii cu răspândire generală şi de importanţă biologică fundamentală. Ele sunt constituente ale tuturor celulelor, localizate cu precădere în zonele organismului care reprezintă sediul de multiplicare a celulelor, de sinteză a proteinelor. Ribonucleotidele joacă un rol determinant în biosinteza proteinelor iar dezoxiribonucleotidele în formarea şi funcţionarea aparatului cromozomal al celulei. În aceste procese o importanţă deosebită o au acizii nucleici.
Biochimia produselor alimentare
42
Acizi nucleici
2. Acizi nucleici
Acizii nucleici sunt compuşi macromoleculari cu caracter acid. Din punct de vedere chimic, sunt produşi de policondensare a nucleotidelor. Importanţa deosebită a acizilor nucleici constă în rolul lor esenţial de înmagazinare a informaţiei genetice şi a transcrierii sale în biosinteza tuturor proteinelor din organism. Se cunosc două clase de acizi nucleici : acizi dezoxiribonucleici (ADN) care conţin dezoxiriboză şi acizi ribonucleici (ARN), în compoziţia cărora intră riboza.
2.1. Componente structurale ale acizilor nucleici Hidroliza acizilor nucleici arată că aceştia conţin trei categorii de componenţi, comuni sau cu diferenţe structurale:
acidul fosforic (P), comun;
baze purinice: adenina (A) şi guanina (G), comune, baze pirimidinice, comune: citozina (C) şi diferite: uracilul (U) în ARN, timina (T) în ADN;
pentoze, diferite: riboza în ARN şi dezoxiriboza în ADN.
2.1.1. Acidul fosforic esterifică componenta glucidică imprimând caracter acid mononucleotidelor respectiv acizilor nucleici. Esterificarea poate avea loc în poziţia 5’, 3’ sau 2’ din molecula ribozei sau în poziţia 5’ şi 3’ din molecula dezoxiribozei. La pH fiziologic, grupările – OH din resturile fosfat sunt ionizate, astfel că, lanţul polinucleotidic devine un polianion care leagă electrostatic ioni de Na+, Ca2+, Mg2+ sau grupe amoniu din proteinele bazice şi poliaminele biogene. Biochimia produselor alimentare
43
Acizi nucleici
2.1.2. Pentozele (riboza şi dezoxiriboza) apar numai în structură furanozică. HO H2C
5'
OH
O
4'
H
3'
H
H
2'
OH
OH
5'
4'
1'
H
H
HO H2C
OH
O H
H 3'
2'
H
H
OH
D- ribofuranoza
1'
D-2'-dezoxiribofuranoza
Pentozele participă la formarea punţilor fosfat dintre unităţile nucleotidice prin grupele –OH de la C-5’ şi C-3’.
2.1.3. Bazele azotate care intră în structura acizilor nucleici derivă de la două structuri heterociclice: purina şi pirimidina. 6
6 5
1N 2
4
N 3
1N
N7 N H9
8
2
5
N
4
3
purina
pirimidina
Bazele purinice din structura acizilor nucleici sunt:
adenina (6 amino-purina);
guanina (2 amino – 6- hidroxipurina).
Bazele pirimidinice sunt reprezentate de:
uracil (2,6 - pirimidina);
citozina (2,6 amino – pirimidina);
timina (2,6 - 5metil - pirimidina). NH2
O
N
N N
N H
adenina (6 amino - purina)
Biochimia produselor alimentare
HN
N
H2N
N N guanina (2 amino - 6 - hidroxipurina)
44
Acizi nucleici
NH2
O
O
N
HN
HN
CH3
O N O N N H H H timina uracil citozina (2,6 dioxipirimidina) (2 oxi-6-amino-pirimidina) (2,6-dioxi-5metil-pirimidina) O
Atât ADN cât şi ARN conţin şi baze „minore” ce reprezintă forme metilate, tiolate sau glicozilate ale bazelor majore.
2.2. Nucleozide Nucleozidele sunt produşi de condensare ai bazelor purinice şi pirimidinice cu pentoza. Între hidroxilul semiacetalic (de la C 1’) al pentozei şi atomul de azot din poziţia 9 a unei baze purinice sau din poziţia 1 a unei baze pirimidinice se stabileşte o legătură N-glicozidică. Ribonucleozidele purinice sunt adenozina şi guanozina iar cele pirimidinice: citozina şi uridina. NH2
O
N N
N O
HO H2C H
N
H
H
H
OH OH adenozina (9-β-D-ribofuranozil-adenina)
Biochimia produselor alimentare
HN H2N HO H2C H
N N
N O H
H
H
OH OH guanozina (9-β-D-ribofuranozil-guanina)
45
Acizi nucleici
NH2
O
N O O
HO H2C H
H
HN N
H
O O
HO H2C H
H
H
N H
H
OH OH uridina (3-β-D-ribofuranozil-uracil)
OH OH citidina (3-β-D-ribofuranozil-citozina)
Prin adăugarea prefixului dezoxi la numele ribonucleozidului se defineşte dezoxiribonucleozidul
corespunzător.
Trebuie
precizat
că
dezoxiribonucleozidul timinei, care se găseşte cu precădere în ADN, se numeşte timidină şi nu dezoxitimidină. Ribonucleozidele
conţin
ca
pentoză
β-D-ribofuranoză,
în
timp
ce
dezoxiribonucleozidele conţin β-2-dezoxi-D-ribofuranoza. Nucleozidele pirimidinice sunt mai rezistente la acizi decât cele pirinice. Toate sunt, însă, hidrolizate de nucleozidaze. Acidul adenilic poate lega la restul său de fosfat încă una sau două resturi de acid fosforic cu formarea adenozindifosfatului (ADP) sau adenozintrifosfatului (ATP). În molecula de adenozintrifosfat, trei resturi de acid fosforic se leagă succesiv una de alta, în structura prezentată mai jos. Se observă că ADP şi ATP sunt compuşi ce conţin legături macroergice, adică posedă o cantitate mare de energie pe care o eliberează la descompunerea lor hidrolitică. Prin hidroliza unei legături esterice obişnuite se formează aproape 2-3 kcal, iar prin hidroliza unei legături macroergice din ATP, aproximativ 7 kcal. Această eliberare de energie are loc prin defosforilarea ATP-ului cu formare de ADP sau AMP iar energia produsă este utilizată în celule pentru diferite procese de sinteză sau alte scopuri. La rândul său, ADP se fosforilează în ATP pe seama energiei care se eliberează prin oxidarea compuşilor organici. În celulele organismelor are loc permanent procesul de fosforilare a ATP şi de fosforilare a ADP sau AMP. Reacţia ATP ↔ ADP + Pi reprezintă baza bioenergeticii şi reflectă dinamica fluxului
de energie în cadrul celulei; prin această
Biochimia produselor alimentare
reacţie se asigură 46
Acizi nucleici
transferul energiei chimice utilizată în metabolismul celular al tuturor organismelor.
2.3. Nucleotide Nucleotidele sunt esteri fosforici au nucleozidelor la gruparea –OH de la C-5’ sau C-3’ al pentozei. Ele pot fi ribonucleotide sau dezoxiribonucleotide. Datorită radicalilor fosfat, nucleotidele au caracter acid. Nucleotidele care intră în constituţia acizilor nucleici sunt: acidul adenilic (AMP), acidul guanilic (GMP), acidul citidilic (CMP), acidul uridilic (UMP), acidul timidilic (d TMP), acidul dezoxiadenilic (d AMP), acidul dezoxiguanilic (dGMP), acidul dezoxicitidilic (d CMP). O NH2
HN
N O
N
N
HO P O CH2 OH H
N
N
O H
H
O
H2N
HO P O CH2 OH H
H
OH OH acidul 5'-adenilic (adenozin-5'-monofosfat-5'-AMP)
N
N O H
H
OH OH acidul guanilic (guanozin-5'-monofosfat-5'-GMP)
O
NH2
HN O HO P O CH2 OH H
H
O O
N N
H
H
O HO P O CH2 OH
H
OH OH acidul uridilic (uridin-5'-monofosfat-5'-UMP)
Biochimia produselor alimentare
H
H
O O
N H
H
OH OH acidul citidilic (citidin-5'-monofosfat-5'-CMP)
47
Acizi nucleici O
NH2 N
HN
N
O
O HO P O CH2 OH
H2N
HO P O CH2
O H
H
H
H
N
N
OH
H
H
H
N
N O
N
H
OH H acidul dezoxiguanilic (dezoxiguanozin-5'-monofosfat-5'-dGMP)
H OH acidul 5'-dezoxiadenilic (dezoxiadenozin-5'-monofosfat-5'-dAMP)
NH2
O CH3
HN
N O
O HO P O CH2 OH H
O O
N
OH
H
H
O O
HO P O CH2 H
H
H
N H
H
OH
H acidul dezoxicitilidic (dezoxicitidin-5'-monofosfat-5'-dCMP)
OH
H acidul timidilic (timidin-5'-monofosfat-5'-dTMP)
Dacă restul ortofosfat de la C-5’ se leagă în continuare cu al doilea şi al treilea rest fosforic rezultă nucleoziddifosfaţii şi respectiv nucleozidtrifosfaţii corespunzători ribofuranozei şi dezoxiribofuranozei. De exemplu, în cazul adeninei se obţin adenozindifosfatul (ADP) şi adenozintrifoafatul (ATP). NH2
NH2
N O
N
O
N N HO P ~O P O CH2 O OH OH H H H H OH
N O
O
N
O
N N HO P ~O P ~O P O CH2 O OH OH OH H H H H
OH
OH OH adenozin trifosfat (ATP)
adenozin difosfat (ADP)
ADN are capacitatea de a stoca şi transmite informaţia înscrisă în secvenţa bazelor azotate. Fiecare catenă va servi ca matriţă pentru sinteza unei catene noi, complementară cu catena parentală, rezultând astfel două molecule fiice identice cu ADN parental. Dubla elice şi complementaritatea structurii
bicatenare
constituie
Biochimia produselor alimentare
baza
moleculară
a
fenomenului
de 48
Acizi nucleici
autoduplicare sau autoreplicare a ADN în momentul diviziunii celulare şi explică faptul că ADN, prin structura sa, reprezintă unicul substrat al eredităţii. Celelalte difosfo- şi trifosfonicleotide au structuri asemănătoare; diferă doar baza purinică şi pirimidinică legată β-glicozidic. Denumirea completă şi prescurtarea celor mai importante nucleotide şi derivaţii lor fosforilaţi este următoarea: -
adenozinmonofosfat (acidul adenilic) – AMP;
-
adenozindifosfat
– ADP;
-
adenozintrifosfat
– ATP;
-
guanozinmonofosfat (acidul guanilic) – GMP;
-
guanozindifosfat
– GDP;
-
guanozintrifosfat
– GTP;
-
citidinmonofosfat (acidul citidilic)
– CMP;
-
citidindifosfat
– CDP;
-
citidintrifosfat
– CTP;
-
uridinmonofosfat (acidul uridilic)
– UMP;
-
uridindifosfat
– UDP;
-
uridintrifosfat
– UTP;
-
timidinmonofosfat (acidul timidilic)
– dTMP;
-
timinribonucleozidmonofosfat
– TMP.
Datorită faptului că legăturile dintre primul rest fosforic şi cel de al doilea şi dintre acesta şi cel de al treilea sunt legături bogate în energie, denumite macroergice, se notează cu ~(P). asemenea compuşi sunt deosebit de importanţi pentru celule şi organisme datorită cantităţii mari de energie pe care o posedă şi pe care o eliberează la descompunerea lor hidrolitică. În afara nucleotidelor ce intră în constituţia acizilor nucleici există o serie de nucleotide care îndeplinesc roluri dintre cele mai importante şi variate în ţesuturi. Astfel, adenozin – 3’, 5’- monofosfatul (AMPciclic, AMPc) mediază acţiunea a numeroşi hormoni (mesageri primi) care nu traversează membrana celulară. AMPc ia naştere din ATP sub acţiunea adenilatcidaza din membrana celulară stimulată de primul mesager (hormonul). AMPc (mesagerul secund) amplifică Biochimia produselor alimentare
49
Acizi nucleici
şi transmite în celulă semnalul chimic primit de la hormonii respectivi. Suprimarea acţiunii hormonului se traduce prin hidroliza AMPc sub acţiunea fosfodiesterazei. O
NH2 N
CH2
O
H
H
HN
N N
N O
O H
H2N CH2 H
H
OH O P O OH adenozin-3',5'-monofosfat (AMPc)
H
N N
N O H
H
OH O P O OH guanozin-3',5'-monofosfat (GMPc)
Guanozin– 3’,5’- monofosfatul (GMPc), ca şi AMPc, se comportă ca un important semnal intracelular al unor mesaje extracelulare. Alte nucleotide joacă un rol esenţial în procesele metabolice. Spre exemplu, nicotinamidadenindinucleotidul
(NAD+)
şi
nicotinamidadenindinucleotid
fosfatul (NADP+), flavin mononucleotidul (FMN) şi flavinadenindinucleotidul (FAD) sunt transportori de hidrogen în reacţiile de oxido-reducere; coenzima A (CoA) intervine în metabolismul acizilor graşi. Activarea prealabilă a unor molecule, în vederea efectuării unor reacţii de transfer, se realizează adesea prin cuplarea acestora cu un nucleotid: metionina este activată ca S-adenozil-metionină, glucoza ca uridindifosfatglucoză, etc. Unele nucleotide (ex. guanozin-5’-difosfat-3’difosfatul şi guanozin-5’-trifosfat3’difosfatul) joacă un rol important în reglarea replicării şi transcrierii la unele organisme, altele (diadenozintetrafosfatul) în activarea aminoacizilor şi replicarea ADN.
2.4. Acizii dezoxiribonucleici Acizii dezoxiribonucleici sunt localizaţi în cea mai mare parte în nucleul celulelor,
reprezentând
materialul
genetic
al
cromozomilor.
ADN-ul
extracelular a fost semnalat în cantităţi mici în cloroplaste şi mitocondrii. Biochimia produselor alimentare
50
Acizi nucleici
2.4.1. Structura primară a ADN Acizii dezoxiribonucleici sunt polidezoxiribonucleotide, cu masă moleculară mare, în care gruparea 3’-OH a unui dezoxiribonucleotid este legată de gruparea 5’-OH a dezoxiribonucleotidului adiacent printr-o legătură fosfat diesterică. În felul acesta, lanţul ADN posedă o polaritate: într-o parte, la capătul 3’-OH apare dR (dezoxiriboza) cu 3’-OH liber; în cealaltă parte, 5’OH din dR este esterificat cu un rest de acid fosforic, care nu se mai leagă cu un alt nucleotid şi constituie capătul 5’-(P). partea variabilă a ADN este reprezentată de secvenţa celor patru tipuri de baze: A, G, C, T care se repetă într-un număr foarte mare. O HN
5'
O P
O
CH2 H
O O
N NH2 H
H
CH3
T
H
N
H
O
P
O
CH2 H
N A
H
N
N O H
H
H O
O HN H2N CH2
P O
N G
H
N
N O H
H
H O P O
NH2 N C
H CH2 H
O O
N H
H
H
H
O
P
O
3'
Structura covalentă a ADN Reprezentarea schematică a structurii primare a unui fragment de ADN este următoarea:
Biochimia produselor alimentare
51
Acizi nucleici
5'-(P) P P 5' P 5'
3'
5'-(P) T
T
3'
C
C
3'
G
G
3'-OH
3'-OH
Convenţional,lanţurile şi secvenţa bazelor se scriu în direcţia 5’ → 3’. Spre exemplu, fragmentul de ADN redat anterior poate fi scris astfel: pTpdApdGpdCp, p - reprezentând gruparea fosfat. Esterificarea se face la C5’ când acesta se găseşte la stânga şi la C-3’ când se găseşte la dreapta. Importanţa respectării convenţiei de scriere a direcţiei secvenţei bazelor (nucleotidelor)rezultă din faptul că grupări de trei nucleotide (numite codoni) determină secvenţa unui aminoacid în lanţul peptidic, care se scrie în direcţia: capătul amino liber → carboxil liber. Prin urmare, structura primară a ADN (şi a ARN) indică natura, proporţia şi secvenţa bazelor azotate ale nucleotidelor care constituie macromolecula lor.
2.4.2. Structura secundară La stabilirea structurii secundare a ADN stau următoarele concluzii, desprinse din cercetările întreprinse de Chargaff, Rosalind Franklin şi Wilkins:
în toate tipurile de ADN studiate numărul de reziduuri de adenină este egal cu cel al reziduurilor de timină iar cel al reziduurilor de guanină cu cel de citozină; numărul de baze purinice este egal cu cel de baze pirimidinice (A + G = T + C);
existenţa a două perioade de identitate de-a lungul axei lungi a moleculei: una mare, de 3,4 nm şi una mică de 0,34 nm.
Pe baza acestor date, Watson şi Crick (1953) au elaborat un model tridimensional al macromoleculei de ADN cu următoarele caracteristici: -
două catene polinucleotidice antiparalele elicoidale răsucite spre dreapta în raport cu o axă centrală de simetrie spaţială. Prin răsucire,
Biochimia produselor alimentare
52
Acizi nucleici
grupările fosfat acide sunt orientate spre exterior iar unităţile de baze purinice şi pirimidinice spre interior şi perpendicular pe axa helixului; -
distanţa dintre două baze vecine pe lanţ este de 0,34 nm; perioada de identitate este de 3,4 nm, deci structura se repetă după 10 perechi de baze azotate;
-
legăturile de hidrogen ce se stabilesc între bazele azotate de pe o catenă şi cele complementare de pe cealaltă catenă cât şi interacţiunile hidrofobe dintre bazele azotate asigură stabilitatea dublului helix. La stabilitatea moleculei contribuie legăturile van der Waals, stabilite între bazele azotate suprapuse.
Legăturile de hidrogen se stabilesc între o bază azotată purinică de pe o catenă şi una pirimidinică de pe cealaltă catenă. Astfel, între adenină şi timină se stabilesc două punţi de hidrogen iar între citozină şi guanină trei punţi de hidrogen. H
CH3 O N pentoza
N H
H
N H
H N
N
N
O
N N
N
H N
N
A
N
pentoza O
H
pentoza T
O
N
N
pentoza
H
C
N
G
Cele două catene polinucleotidice nu sunt identice ci complementare, adică, adeninei dintr-o catenă îi corespunde întotdeauna timina de pe cealaltă, iar guaninei – citozina. În figura de mai jos este reprezentat modelul Watson – Crick.
Biochimia produselor alimentare
53
Acizi nucleici
Structura dublu helicoidală a AND
2.4.3. Denaturarea şi renaturarea ADN În ADN nativ, perechile de baze complementare, unite între ele prin legături de hidrogen, sunt orientate, datorită caracterului hidrofob, spre interiorul macromoleculei. La variaţii mari de pH sau de temperatură are loc ruperea legăturilor de hidrogen şi, inevitabil, suprimarea interacţiunilor van der Waals. Acest proces poartă denumirea de denaturare şi este însoţit de o modificare a absorbţiei la 260 nm, maxim de absorbţie caracteristic bazelor azotate libere şi a celor din structura ADN (la pH=7). Când deplierea celor două catene complementare are loc termic la 70-80°C, în condiţii dirijate în soluţii saline, fenomenul de denaturare termică este asociat cu topirea ADN. Se defineşte „temperatura de topire” a ADN ca temperatura la care modificarea absorbantei reprezintă 50% din cea totală, corespunzătoare unei denaturări complete. Denaturarea termică şi cea rezultată prin modificarea pH-ului sunt reversibile, astfel că revenind la condiţiile iniţiale de temperatură şi pH are loc reîmperecherea lanţurilor polinucleotidice. Renaturarea (termică) se produce la temperaturi sub temperatura de topire, prin răcire progresivă. Renaturarea ADN stă la baza hibridării în crearea de noi specii moleculare. Hibridarea reprezintă formarea unui heteroduplex prin combinarea unor monocatene de ADN sau a unor monocatene de ADN cu ARN, în condiţiile unui grad relativ crescut de complementaritate a acestora. Biochimia produselor alimentare
54
Acizi nucleici
2.5. Acizii ribonucleici Acizii ribonucleici sunt produşi macromoleculari care iau naştere prin condensarea ribonucleotidelor. Se găsesc atât în citoplasmă cât şi în nucleu, predominând prima. Majoritatea celulelor conţin 2-8 ori mai mult ARN decât ADN, cantitatea de ARN variind de la o celulă la alta şi chiar în cadrul aceleiaşi celule. Acizii ribonucleici joacă rol esenţial în biosinteza proteinelor. Structura primară a acizilor ribonucleici este similară cu cea a ADN. În ceea ce priveşte legarea mononucleotidelor care se realizează tot prin intermediul legăturii fosfat dieterice între gruparea OH din poziţia 3’ a unui nucleotid şi gruparea OH din poziţia 5’ a nucleotidului succesiv. Legarea s-ar putea realiza şi prin intermediul grupării –OH din poziţia 2’ (pentru că la ARN restul de riboză conţine un hidroxil în plus la C2’) dar aceste legături sunt foarte rare. Caracteristic pentru structura ARN este faptul că în secvenţa mononucleotidelor timina (T) este înlocuită cu uracil (U). Pe lângă bazele azotate „majore”, ARN conţine aşa-zise baze azotate „minore”. Componenta glucidică din ARN este riboza şi nu dezoxiriboza. Structura secundară a ARN este reprezentată de un lanţ polinucleotidic care, pe anumite porţiuni, acolo unde o permite complementaritatea bazelor se organizează în structuri dublu helicoidale. Deoarece în această structură lanţul pereche lipseşte, raporturile bazelor complementare (A/U şi C/G) nu vor mai fi egale cu unitatea ca în cazul ADN. Porţiunile de baze necomplementare sunt expulzate în afara zonelor de dublu helix ca nişte bucle care separă între ele zonele elicoidale.
2.5.1. Tipuri de ARN Celula conţine trei tipuri majore de ARN. 9 ARN mesager (ARNm); 9 ARN de transfer sau solubil (ARNt); 9 ARN ribozomal (ARNr). ARN mesager (ARNm) Acest tip de ARN reprezintă 5-10% din totalul ARN celular, cu rolul general, în toate celulele, de mesager al informaţiei ADN cromozomial şi este
Biochimia produselor alimentare
55
Acizi nucleici
caracterizat printr-o viaţă foarte scurtă şi prin faptul că o moleculă de ARNm determină biosinteza unei singure molecule de proteină. Moleculele de ARNm sunt molecule monocatenare liniare, de lungime variabilă. ARNm este sintetizat în nucleu pe matriţă de ADN. O genă este transcrisă, în sensul complementarităţii bazelor (A corespunde la U iar G la C), obţinânduse o moleculă de ARNm a cărei compoziţie în baze reflectă compoziţia în baze a genei transcrise. ARNm nuclear iese în citoplasmă unde va servi ca matriţă pentru sinteza unui polipeptid cu secvenţă specifică de aminoacizi . fiecare din miile de proteine sintetizate de celulă are codificată secvenţa de lanţ într-un ARNm sau un segment de ARNm specific. ARN de transfer (ARNt) În citoplasmă se găseşte aproximativ 10-15% din ARN total sub formă liberă, solubilă (de unde denumirea de ARN solubil – ARNs) care leagă specific fiecare din cei peste 20 aminoacizi implicaţi în biosinteza proteinelor, reprezentând forma lor de transport (de unde denumirea de ARNt). La capătul 5’ terminal, cei mai mulţi ARNt au restul de acid guanilic iar la capătul 3’ toţi, au secvenţa nucleotidică CCA. În toate tipurile de ARNt apar un număr mare de baze minore. ARNt îndeplineşte două funcţii în procesul de biosinteză a proteinelor:
transportul aminoacizilor activaţi în faza solubilă, la ribozomi, sub formă de complexe aminoacil-ARNt;
adaptarea aminoacidului transportat în dreptul codonului de pe ARNm care-l specifică. Această racordare a aminoacidului este posibilă prin recunoaşterea codon-anticodon.
Biochimia produselor alimentare
56
Acizi nucleici
ARN ribozomal (ARNr) ARN-ribozomal se află în ribozomii din citoplasmă şi reprezintă ~75% din totalul ARN celular. Moleculele de ARNr sunt macromolecule flexibile şi deformabile,
care
conţin
zone
dublu
catenare
întrerupte
de
zone
monocatenare. ARNr îndeplineşte un rol structural; în combinaţie cu proteinele corespunzătoare formează structura ribozomilor. Ribozomii constituie sediul biosintezei proteinelor. Fiecare ribozom prezintă pe suprafaţa sa două situsuri: situsul aminoacid care leagă ARNt purtător al unui aminoacid şi situsul peptid, care leagă ARNt purtător al unui lanţ polipeptidic.
Biochimia produselor alimentare
57
Lipide
3. Lipide
3.1. Aspecte generale. Clasificare. Rol. Lipidele sunt constituenţi esenţiali ai organismelor vii. Reprezintă o clasă de substanţe foarte eterogene şi cuprinde compuşi destul de diferiţi între ei, având un singur element comun acizii graşi. Datorită prezenţei în molecula lipidelor a unor întinse regiuni hidrocarbonate, hidrofobe, acestea sunt insolubile în apă, dar se dezvoltă uşor în solvenţi nepolari (eter, benzen, cloroform, etc.) Clasificarea lipidelor poate fi făcută după următoarele criterii: chimic, localizare, provenienţă şi nutriţional. a) Din punct de vedere chimic lipidele se clasifică în: - lipide simple care pot fi: gliceride (grăsimi neutre); steride care include în structura lor fie zoosteroli (colesterol, caprosterol, colestanol), fie fitosteroli (sigmasterolul, sitosterolul) sau micosteroli (ergosterolul); ceride cum ar fi ceara Carnauba sau ceratatul de miricil (din cânepă, bumbac, trestie de zahăr), ceara de albine (palmitatul de miricil) albul de balenă ce conţine o fracţiune lichidă (spermacetul) şi una solidă (watratul) şi lanolina (din lâna de oaie); - lipide complexe (heterolipide) subdivizate în glicerofosfolipide cu azot (lecitine, cefaline, serinfosfolipide, plasmalogene) şi fără azot (acizi fosfatidici, inozitol fosfatide, cardiolipide) şi sfingolipide cu fosfor (sfingomielina)
şi
fără
fosfor
(ceramide,
cerebrozide.,
sulfatide,
gangliozide, etc.); - lipide derivate (nesaponificabile) care cuprind compuşi rezultaţi din hidroliza lipidelor simple şi complexe ce păstrează caracterul de Biochimia produselor alimentare
58
Lipide
solubilitate în solvenţi organici (acizi graşi, alcooli alifatici superiori, steroizi, carotenoizi, vitamine liposolubile); b) După localizare se disting: lipide structurate sau de constituţie (majoritatea lipidelor complexe) distribuite în membranele celulare sau citoplasma celulelor şi lipide de rezervă localizate mai ales în ţesutul adipos. c) Din punct de vedere nutriţional lipidele alimentare se clasifică după conţinutul în acizi graşi polinesaturaţi în trei clase: cu activitate biologică ridicată, medie şi redusă. În organismele vii, funcţiile lipidelor sunt multiple în raport cu clasa respectivă: Gliceridele (în special trigliceridele) reprezintă forma de depozit a lipidelor în organism şi sunt localizate în ţesutul adipos al animalelor, în seminţele şi fructele multor plante. Din gliceridele de depozit organismul utilizează acizii graşi în vederea obţinerii energiei necesare activităţilor vitale. Trigliceridele de depozit protejează organismul de frig şi şocuri mecanice, asigură elasticitatea dermei şi previne uscarea acesteia; Ceridele joacă rol de protecţie, dar au fost identificate şi în structura hematiilor şi a altor tipuri de celule; Fosfolipidele au rol structural, intrând în structura unor componente celulare şi subcelulare (organite) în asociaţie cu proteinele. Intervin în reglarea permeabilităţii şi transportului prin membrane. Participă direct sau indirect în diferite procese metabolice. Împreună cu proteinele serice formează complexe circulante în sânge. Uşurează şi permit transportul electronilor de-a lungul trunchiului nervos, participând la transmiterea impulsului nervos; Steridele şi în special sterolii (colesterolul) au rol plastic, participând împreună cu fosfolipidele la formarea membranelor. În sistemul nervos participă la formarea tecii mielinice. Pe lângă proprietăţile plastice, colesterolul poate reprezenta şi punctul de plecare pentru biosinteza acizilor biliari, hormonilor corticosteroizi şi gonadici;
Biochimia produselor alimentare
59
Lipide
Lipidele alimentare sunt şi solvenţi ai vitaminelor liposolubile asigurând transportul acestor vitamine în tubul digestiv în organisme. Pe de altă parte, unele grăsimi reprezintă ele însăşi o sursă importantă de vitamine. Este cazul untului, uleiurilor vegetale (în special uleiul de porumb şi grâu) şi uleiului de peşte. 3.2. Acizii graşi din constituţia lipidelor Acizi graşi se găsesc în cantităţi mari în structura lipidelor saponificabile dar în cantităţi reduse, ca atare, în unele ţesuturi. Structural, acizii graşi sunt formaţi dintr-un radical alchil care prezintă o grupare carboxilică acidă (COOH). Lungimea lanţului este cuprinsă între 4 şi 24 atomi de carbon şi chiar mai mult. Atomii de carbon sunt aranjaţi într-un lanţ drept şi foarte rar într-o structură ramificată. Se întâlnesc şi structuri ciclice şi de asemenea, se găsesc şi acizi graşi care pe lângă funcţia carboxilică pot avea şi o funcţie hidroxilică sau una cetonică aşa cum este cazul hidroxiacizilor şi cetoacizilor. În plantele superioare şi animale se găsesc acizi graşi cu 14 – 22 atomi de carbon (în lapte se găsesc acizi graşi cu 4 – 10 atomi de carbon). Principalii acizi graşi care se întâlnesc în produsele alimentare sunt: 9 acizi graşi saturaţi: -
acidul butiric
CH3-(CH2)2-COOH;
-
acidul n-caproic
CH3-(CH2)4-COOH;
-
acidul n-caprilic
CH3-(CH2)6-COOH;
-
acidul n-capric
CH3-(CH2)8-COOH;
-
acidul lauric
CH3-(CH2)10-COOH;
-
acidul miristic
CH3-(CH2)12-COOH;
-
acidul palmitic
CH3-(CH2)14-COOH;
-
acidul stearic
CH3-(CH2)16-COOH;
-
acidul arahic
CH3-(CH2)18-COOH;
-
acidul behenic
CH3-(CH2)20-COOH;
-
acidul lignoceric
CH3-(CH2)22-COOH;
-
acidul cerotic
CH3-(CH2)24-COOH.
9 acizi graşi nesaturaţi: -
acidul palmitoleic
CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-COOH;
-
acidul oleic
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH;
-
acidul linoleic
CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7- COOH;
Biochimia produselor alimentare
60
Lipide
-
acidul linolenic
-
acidul arahidonic
CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH;
CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)3-COOH. 9 Hidroxiacizi: acidul ricinoleic
CH3 (CH2)5 CH CH2 CH CH (CH2)7 COOH OH
acidul cerebronic
CH3 (CH2)21 CH COOH OH
9 Acizi ciclici: CH acidul hidnocarpic
CH
CH (CH2)10 COOH
CH2
CH2 CH
acidul chaulmoogric
CH
CH (CH2)12 COOH
CH2
CH2
Dintre acizii graşi saturaţi cei mai frecvent întâlniţi sunt acidul palmitic şi acidul stearic. Cel mai răspândit acid gras nesaturat este acidul oleic, care se găseşte atât în lipidele de origine vegetală cât şi în cele de origine animală. Principalele proprietăţi ale acizilor graşi sunt următoarele: ⇒ se pot ioniza în prezenţa apei; ⇒ se pot esterifica cu alcooli sau hidroxizii metalelor alcaline; ⇒ se pot izomeriza trecând din forma cis în forma trans; ⇒ se pot hidrogena în prezenţa unui catalizator (cei nesaturaţi); ⇒ dau reacţii de adiţie cu iodul şi bromul; ⇒ formează săruri, săpunuri cu proprietăţi tensioactive; ⇒ formează amide; ⇒ suferă procesul de peroxidare (cei nesaturaţi). Acizi graşi esenţiali Organismul uman (şi al unor animale) are nevoie de unii acizi graşi, pe care nu-i poate sintetiza sau pe care îi produce în cantităţi insuficiente, ceea ce impune aportul lor prin alimentaţie, de unde denumirea de acizi graşi esenţiali. Deoarece lipsa din alimentaţie conduce la stări carenţiale similare avitaminozelor, au fost consideraţi ca vitamina F. Biochimia produselor alimentare
61
Lipide
Acizii graşi esenţiali aduşi prin dietă pot fi utilizaţi în următoarele direcţii: •
producerea de energie;
•
pentru obţinerea de trigliceride de depozit;
•
pentru obţinerea de fosfolipide;
•
pentru obţinerea prostaglandinelor;
•
participă la respiraţia tisulară luând parte şi la alcătuirea unor enzime;
•
intervin în reacţiile de oxidoreducere şi transportul de electroni;
•
intervin în metabolismul vitaminelor din grupul B (piridoxina şi tiamina);
•
măresc capacitatea de eliminare a colesterolului din sânge şi deci sunt
eficace
în
profilaxia
aterosclerozei
deoarece
se
evită
depunerea
colesterolului pe pereţii vaselor sanguine şi se normalizează funcţionarea acestora prin mărirea elasticităţii lor. Lipsa acizilor graşi esenţiali din dietă provoacă tulburări metabolice care se manifestă prin: întârzierea creşterii organismului, dermite, căderea părului, necroze, leziuni la rinichi, acumularea de grăsimi în ficat, tulburarea funcţiei de reproducere, modificarea activităţii unor enzime (citocromoxidaza, succindehidrogenaza), tromboze coronariene. O poziţie specială o ocupă acidul linoleic din dietă care îndeplineşte următoarele funcţii dinamice: 9 contribuie la normalizarea nivelului de β-lipoproteine care au în structura lor cea mai mare cantitate de colesterol şi care sunt implicate în aterosleroză; 9 reduce activitatea sintezei acizilor graşi în ficat şi returnarea colesterolului renal; 9 reduce hipertrigliceridemia indusă de glucide şi nivelul de acid eicosatrienoic (20:3); 9 favorizează lipoliza postheparinică, nivelul de acid arahidonic, activitatea acetilcolinesterazei şi adenozintrifosfatazelor în membrane; 9 favorizează activitatea enzimelor microzomale hepatice; 9 favorizează producţia de ceroide; 9 intervine în reacţia de oxidoreducere şi în transportul de electroni; 9 reprezintă un precursor al prostaglandinelor, substanţe cu activitate biologică ridicată care se comportă ca modulatori ai activităţii hormonale influenţând printre altele sinteza AMP-ciclic; joacă rol Biochimia produselor alimentare
62
Lipide
asupra
sistemului
cardiovascular,
comportamentului
plachetelor
sanguine (trombocite), presiunii arteriale, lipolizei tisulare, debitului coronar, travaliului muşchiului cardiac şi activităţii sale anatomice, precum şi asupra complicaţiilor vasculare ale diabetului. În ceea ce priveşte acidul linolenic adus prin dietă, acesta este rapid transformat în acizi graşi polinesaturaţi C20 şi C22 care sunt încorporaţi în fosfolipidele anumitor celule cum sunt neuronii şi fotoreceptorii retinieni. Dacă aportul de acid linolenic este prea mare, lipidele corporale se îmbogăţesc în acizi graşi polinesaturaţi derivaţi de la acidul linolenic şi în acelaşi timp devin mai sărace în acizi graşi polinesaturaţi derivaţi de la acidul linoleic. Între acidul linolenic şi acidul linoleic există o competiţie, explicată prin asemănarea structurii. Cei doi acizi graşi nu sunt convertibili între ei, competiţia dintre cele două familii de acizi graşi antrenând inhibări reciproce la nivel enzimatic. Aportul de acid linolenic alimentar nu poate compensa simptoamele grave aduse de carenţa în acid linoleic..
3.3. Lipide simple 3.3.1. Acilgliceroli (gliceride sau grăsimi neutre) Sunt
lipidele cele mai abundente din natură, fiind esteri ai esteri ai
glicerolului cu acizii graşi. În funcţie de felul acizilor graşi din structura gliceridelor pot fi saturate, mononesaturate, dinesaturate şi trinesaturate. Trigliceridele mai puţin nesaturate se întâlnesc în grăsimi animale (seu, slănină), iar cele mai nesaturate se găsesc în seminţele plantelor oleaginoase (floarea soarelui, rapiţa, ricin, soia, muştar, măsline, arahide). După numărul grupărilor alcoolice din glicerol esterificate se împart în monoacilgliceroli (monogliceride), diacilgliceroli (digliceride) şi triacilgliceroli (trigliceride).
Biochimia produselor alimentare
63
Lipide CH2 O CO CH
R
CH2
OH
CH2 OH
CH2 O CO R1
OH
CH O CO R
CH O CO R2
CH2
CH2 OH
OH
α,β−sau 1,2-diacilglicerol (diglicerid)
β−sau 2-acilglicerol (monoglicerid)
α−sau 1-acilglicerol (monoglicerid)
CH2 O CO R1
CH2 O CO R1
CH
OH
CH
CH2
O CO R2
CH2 O CO R3
α,α'−sau 1,3-diacilglicerol (diglicerid)
O CO R2
triacilglicerol (triglicerid)
Mono- şi di-gliceridele sunt intermediari în cursul sintezei şi degradării trigliceridelor şi se găsesc în ţesuturi în cantităţi mici. Grăsimile de rezervă sunt alcătuite aproape exclusiv din trigliceride în care acizii graşi sunt diferiţi; repartizarea acestora în molecula trigliceridei este absolut la întâmplare. Denumirea gliceridelor se face indicând numele acizilor graşi constituenţi, urmaţi de sufixul – ină, de exemplu: oleo-palmito-stearină; stearodioleină; tristearină.
3.3.1.1. Proprietăţile fizice ale acilglicerolilor Trigliceridele au densităţi mai mici decât apa. Având caracter hidrofob foarte pronunţat nu se dizolvă în apă. Monoacilglicerolii au un slab caracter polar. Datorită grupărilor hidroxil libere mono- şi digliceridele pot forma cu apa emulsii spre deosebire de trigliceride care nu formează, cu aceasta, micele cu grad mare de dispersie. Trigliceridele dau, însă, emulsii cu apa în prezenţa unui emulgator. Grăsimile naturale sunt amestecuri de diverşi triacilgliceroli, ele nu au un punct de fierbere sau de topire net. Cele solide prin încălzire se înmoaie treptat. Starea de agregare a triacilglicerolilor depinde de compoziţia în acizi graşi: cele bogate în acizi graşi inferiori sau acizi nesaturaţi sunt lichide; cele cu un conţinut ridicat în acizi saturaţi superiori sunt solide. Tributirina şi trioleina sunt lichide, tristearina este solidă.
Biochimia produselor alimentare
64
Lipide
3.3.1.2. Proprietăţile chimice ale triacilglicerolilor Hidroliza gliceridelor este un proces chimic de scindare a moleculelor la nivelul funcţiilor esterice prin participarea componentelor apei. Fiind insolubile în apă, trigliceridele sunt relativ rezistente la hidroliză. Pe măsură ce procesul înaintează, se formează componente mai hidrofile, în special monogliceride, care joacă rolul de emulgatori. Triglicerolii sunt hidrolizaţi chimic sau enzimatic (sub acţiunea lipazelor) în glicerol şi acizi graşi: CH2 O CO R1 O CO R2
CH
+ 3 H2O
CH2 O CO R3
CH2 OH
R1 COOH
CH
R2 COOH
CH2
triglicerid
OH + OH
glicerol
R3 COOH acizi grasi
Această reacţie este caracterizată de indicele de aciditate care reprezintă numărul de mg KOH necesar pentru neutralizarea acizilor graşi liberi şi esterificaţi dintr-un gram de grăsime. 9 Saponificarea gliceridelor reprezintă hidroliza la cald, în prezenţa alcaliilor; echilibrul se deplasează ireversibil şi rapid spre dreapta. CH2 O CO R1 CH
O CO R2
-
+ 3 OH
CH2 O CO R3 triglicerid
CH2 OH
R1 COO-
CH
R2 COO
CH2
OH + OH
-
R3 COO-
glicerol
Prin transformarea în săruri alcaline (săpunuri), ionizarea funcţiei carboxilice devine totală şi creşte caracterul polar al moleculei săpunului, care se orientează cu grupările –COO- spre apă, în timp ce restul lanţului se îndepărtează de aceasta. La zona de separare a apei de o fază apolară, moleculele de săpun se orientează cu lanţul alifatic spre faza apolară şi tensiunea interfacială scade cu creşterea concentraţiei săpunului şi se produce o dispersie mecanică ce măreşte aria interfeţelor; săpunurile se organizează la aceste interfeţe şi stabilizează dispersia fazei apolare (emulsionare); lanţurile alifatice se asociază între ele în micele sau alte molecule insolubile în apă formând micelii mixte ce ajută solubilizarea. Un
Biochimia produselor alimentare
65
Lipide
caz special, de interes biochimic, este al complecşilor coleinici, formaţi cu acizii biliari, implicaţi în absorbţia intestinală. Mărimea care caracterizează această reacţie se numeşte indice de saponificare şi reprezintă numărul de mg KOH necesar pentru saponificarea acizilor graşi liberi şi esterificaţi dintr-un gram de grăsime. CH2 O CO (CH2)7 CH CH (CH2)7 CH3 CH O CO (CH2)7 CH CH (CH2)7 CH3 + 3 H2 CH2 O CO
Ni
(CH2)7 CH CH (CH2)7 CH3
CH2 O CO (CH2)16 CH3 CH O CO
(CH2)16 CH3
CH2 O CO
(CH2)16 CH3
Tristearină
Trioleină
9 Hidrogenarea gliceridelor. Majoritatea grăsimilor, conţinând acizi graşi nesaturaţi, dublele legături din aceştia se pot hidrogena în prezenţă de catalizatori (Pt, Pd, Ni, Ag, etc,). De asemenea, trioleina prin hidrogenare totală se transformă în tristearină. Hidrogenarea este asociată cu creşterea punctului de topire a grăsimii. Uleiurile vegetale solidificate prin hidrogenare sunt utilizate la prepararea margarinei. 9 Halogenarea gliceridelor. La nivelul dublei legături se pot adiţiona halogeni, de exemplu iod,
cantitatea fixată crescând proporţional cu
gradul de nesaturare. O măsură a gradului de nesaturare a grăsimii o reprezintă cantitatea de iod fixată de aceasta (g iod/100g grăsime), ce poartă denumirea de indice sau cifră de iod. 9 Autooxidarea gliceridelor. Grăsimile nesaturate, îndeosebi acelea care cuprind acizi polietilenici, prin expunerea la lumină, la aer şi în prezenţa unor factori care generează radicali liberi, suferă un proces de autooxidare care le alterează gustul şi mirosul. Cinetica fixării oxigenului corespunde unui proces autocatalitic de reacţie în lanţ; la început fixarea este mai lentă, apoi se intensifică cu efectul temperaturii şi luminii. Autooxidarea gliceridelor se desfăşoară în trei faze: -
faza de iniţiere corespunde declanşării proceselor radicalice.
Radicalii liberi formaţi în această fază, indiferent de mecanismul prin care au fost generaţi, participă direct sau indirect, funcţie de stabilitatea lor la creşterea concentraţiei de monohidroxiperoxizi şi hidroperoxi-epidioxizi. Biochimia produselor alimentare
66
Lipide
-
faza de propagare depinde de prezenţa radicalilor liberi care
formează hidroperoxizi. Poziţia cea mai vulnerabilă la un atac radicalic este poziţia învecinată unei duble legături, poziţia alilică: CH CH CH2 CH CH
CH CH CH CH CH
+R -RH O2
CH CH CH
CH CH
+RH
CH CH CH CH CH radical peroxid O
O
-R
CH CH CH CH CH2 O O H
hidroperoxid
-
faza finală constă în descompunerea hidroperoxizilor, formaţi în faza
de propagare, care sunt instabili. Se formează, astfel aldehide volatile şi nevolatile prin ruperea lanţului; compuşi oxigenaţi stabili; dimeri sau polimeri prin desfăşurarea unor reacţii de polimerizare. În organism peroxidarea grăsimilor şi a altor lipide nesaturate este întârziată prin acţiunea unor factori antioxidanţi, captatori de radicali liberi. Totodată, organismul dispune de multiple mecanisme de apărare împotriva efectelor nocive ale peroxizilor. Râncezirea grăsimilor este un fenomen complex, general pentru toate tipurile de grăsimi, cele animale fiind mai sensibile decât cele vegetale. La depozitări mai îndelungate, în condiţii necorespunzătoare grăsimile comestibile şi alimentele
preparate
cu
acestea
suferă
o
degradare
a
calităţilor
organoleptice care se recunoaşte foarte uşor prin apariţia mirosului specific de alterat sau de rânced. Râncezirea poate fi: -
râncezire hidrolitică;
-
râncezire aldehidică sau oxidativă;
-
râncezire cetonică sau aromatică.
Râncezire hidrolitică constă în hidroliza triglicerolilor în prezenţa metalelor grele sau a enzimelor. Ca urmare a punerii în libertate a acizilor graşi cu catenă scurtă apare un gust străin, neplăcut. Procesele hidrolitice se accentuează odată cu creşterea temperaturii şi a concentraţiei fracţiilor polare la prăjiri repetate a alimentelor cu conţinut mare în apă. Acest tip de Biochimia produselor alimentare
67
Lipide
râncezire are loc la prăjirea boabelor de cafea, cacao, soia, sau în procesele de extrudere în prezenţa proteinelor şi polizaharidelor, componente cu mare afinitate faţă de apă. De asemenea, râncezirea hidrolitică afectează în special produsele lactate. Râncezire oxidativă este cea mai frecventă şi are loc potrivit mecanismelor prezentate la autooxidarea lipidelor. Mirosul şi gustul neplăcut se explică prin formarea aldehidelor volatile ca urmare a descompunerii hidroperoxizilor. Râncezirea cetonică constă în transformarea acizilor graşi saturaţi în metilcetone sub acţiunea unor fungi ca Aspergillus, Penicillium sau Ascomycete. R CH2 CH2 COOH acid gras
R C CH2 COOH O cetoacid
- CO2
R C
CH3
O metilcetona
Deoarece oxidarea şi degradarea grăsimilor conduce frecvent la alterarea produselor alimentare, este de dorit ca aceste procese să fie blocate sau, cel puţin, frânate. În acest sens, se pot utiliza antioxidanţi, care datorită caracterului reducător reacţionează cu oxigenul scoţându-l din sistem. De asemenea, grăsimile alimentare precum şi produsele bogate în grăsimi trebuie ferite de lumină, contactul cu aerul şi vaporii de apă.
3.3.2. Ceride Ceridele sunt esteri ai acizilor graşi cu alcooli superiori, aciclici cu masă moleculară mare. Cerurile în constituţia cărora intră ceridele sunt amestecuri eterogene de compuşi organici, care mai conţin cantităţi mari de parafine, alcooli şi acizi graşi liberi, combinaţii carbonilice, terpeni, steroli, flavone, etc. Ceridele sunt substanţe amorfe, nemiscibile în apă, solubile în benzen, cloroform şi eter şi insolubile în alcool etilic la rece. Nu sunt oxidabile şi sunt conservabile îndelungat. Pe lângă acizi graşi obişnuiţi: palmitic, stearic, oleic, linoleic cerurile mai conţin acizi graşi cu masă moleculară mare precum tetracosanoic, hexacosanoic (cerotic), octacosanoic, triacontanoic (melisic), dotriacontanoic şi tetratriacontanoic.
Biochimia produselor alimentare
68
Lipide
Aceşti acizi apar atât în esteri, cât şi în stare liberă. Alături de alcoolii predominanţi (cerilic, carnaubic, miricilic), în multe ceruri mai apar: alcoolul cetilic, stearilic. Cerurile sunt larg răspândite în lumea vegetală şi animală având rol de protecţie împotriva umidităţii, preîntâmpinând pierderea apei şi uscarea precum şi atacul microbian. Dup provenienţă, cerurile sunt de natură vegetală, animală şi fosilă. Dintre cerurile de origine vegetală amintim ceara Carnauba care este întâlnită la numeroase plante (bumbac, trestie de zahăr, cânepă). Din capul şi grăsimea de caşalot au fost izolate două ceruri: o ceară solidă Walratul şi o ceară lichidă, uleiul de spermaceti. Ceara de albine, ca şi ceara altor insecte are o compoziţie complexă, conţinând ~33% palmitat de miricil şi ceroat de ceril, alături de care apar şi alţi esteri, acizi graşi liberi, parafine şi alcooli superiori liberi. O ceară cu compoziţie specială este lanolina (din lâna oilor) care este un amestec în părţi egale de esteri, acizi liberi şi alcooli care includ şi derivaţi steroidici. De tip fosil este ceara montana ca şi cerezina.
3.3.3.Steride Steridele sunt lipide simple (esteri ai sterolilor cu acizii graşi) prezente în plasma sanguină, ţesuturi, grăsimi epidermice, etc. Steridele naturale conţin, în special, acid linoleic şi palmitic esterificaţi la grupare OH din poziţia 3 a colesterolului;
sunt
hidrolizate
chimic
sau
enzimatic
sub
acţiunea
colesterazelor. În regnul vegetal apar în special sub formă de palmitaţi de stigmasterol sau sitosterol. Componenţa alcoolică a steridelor (sterolii) face parte dintr-o clasă mare de substanţe naturale care se numesc steroizi, răspândiţi la plante, animale, microorganisme. Steroizii sunt derivaţi ai unei hidrocarburi ipotetice denumită steran (ciclopentanoperhidrofenantren) care cuprinde trei nuclee ciclohexanice şi unul ciclopentanic condensate: Biochimia produselor alimentare
69
Lipide
12 11 C
1
10 9 8 B
2 A 3 4
Diverşii steroizi diferă între ei prin grupări 13
5
14
17
funcţionale şi catene laterale grefate pe
D
16 nucleul steranic, prin prezenţa unor legături
15
duble şi prin existenţa unui număr foarte
7 6 Steran
mare de stereoizomeri. Principalele grupe de
steroizi
sunt:
hormonii
esterogeni,
androgeni, gestageni, corticosuprarenali,
acizii biliari şi sterolii. Sterolii sunt alcooli steroidici prezenţi în toate organismele vii. Clasificarea sterolilor se poate face, simplu, după originea lor, de exemplu, zoosteroli (colesterol), fitosteroli (stigmasterol, sitosterol), micosteroli (ergosterol). Zoosterolii, sterolii de origine animală, au la bază colesterolul. El lipseşte la plante, microorganisme, nevertebrate. Este un component esenţial al tuturor structurilor membranare lipoproteice. Colesterolul apare, fie în stare liberă, fie esterificat cu acid stearic, linoleic, oleic, palmitic, etc. este o substanţă solidă, albă, insolubilă în apă şi are un caracter hidrofob HO
pronunţat. Esterii colesterolului se Colesterol
numesc
colesteride
şi
sunt
componente cu caracter hidrofob. Colesterolul are un rol structural, este
prezent
membranelor
în
majoritatea
celulare;
are
proprietăţi antihemolitice, precum şi un
rol
antitoxic;
ia
parte
la
emulsionarea grăsimilor efectuată HO
de acizii biliari la nivelul intestinului; 7-Dehidrocolesterol
este precursorul tuturor celorlalţi
compuşi steroizi (acizi biliari, hormoni sexuali şi hormoni corticoizi). Alături de colesterol, în organismele animale se găseşte şi 7-dihidrocolesterolul (provitamina D).
Biochimia produselor alimentare
70
Lipide
Fitosterolii, sterolii de origine vegetală, sunt răspândiţi în plantele inferioare, în plantele superioare, în vegetaţia terestră, marină, îmn multe microorganisme, etc. cel mai frecvent se întâlneşte sitosterolul (uleiul de soia, uleiul din seminţe de bumbac, uleiul din germeni de cereale), fiind însoţit, de cele mai multe ori, de stigmasterol.
C 2H5
CH3
HO
HO β-sitosterol
Micosterolii,
sterolii
Stigmasterol
de
origine
microbiană,
au
drept
reprezentant
ergosterolul, care are ca precursor biogenetic, zinosterolul separat din grăsimile din drojdie. Cantităţi mari
de
ergosterol
conţin
ciupercile, drojdiile şi unele bacterii. CH3
HO
Ergosterolul prezintă o importanţă deosebită datorită rolului său de provitamină D2.
Ergosterol
Acizii biliari sunt steroizi prezenţi în bilă. Ei derivă de la acidul colanic fiind derivaţi hidroxilaţi ai acestuia. În bilă, acizii biliari apar de obicei legaţi la nivelul grupării – COOH cu glicocolul, salifiat sub formă de săruri alcaline (Na, K) ca de exemplu, acidul glicocolic, glicodezoxiciclic, glicolifocolic, sau cu taurina, când formează taurocolaţi, taurodezoxicolaţi, taurolitocolaţi. Cel mai important acid biliar din bila omului este acidul cilic. Alţi acizi biliari
R2
sunt: acidul chenodezoxicolic, acidul dezoxicolic, acidul litocolic CO X R1 Biochimia produselor alimentare
R1=R2=X=OH acidul colic R1=H; R2=X=OH acidul dezoxicolic 71
Lipide
R2=H; R1=X=OH acidul chenodezoxicolic R1=R2=H; X=OH acidul litocolic X=-NH-CH2-COOH acizi glicocolici X=-NH-CH2-SO3H acizi taurocolici Acidul colic şi chenodezoxicolic se sintetizează în ficat din colesterol; şi se numesc acizi biliari primari. Sinteza şi eliminarea acizilor biliari prin fecale reprezintă o cale de excreţie a colesterolului. Acizii dezoxicolic şi litocolic se numesc acizi biliari secundari, deoarece se sintetizează în lumenul intestinal sub acţiunea microorganismelor din cei primari. Sărurile biliare (săruri de sodiu sau potasiu a acizilor glicocolic şi taurocolic) deversate cu bila în duoden, împreună cu unele lipide polare, au rol esenţial în solubilizarea şi încorporarea lipidelor într-o formă uşor absorbabilă prin peretele intestinal. Acestea au o mare capacitate de emulsionare a multor substanţe insolubile în apă, mărind astfel suprafaţa de contact cu hidrolazele pancreatice specifice: lipaze, fosfolipaze, colesterolesteraza.
3.4. Lipide complexe În compoziţia lipidelor complexe intră, pe lângă C, H, O, şi N, sau P (sau ambii) şi eventual S. Sunt lipide de constituţie, care se găsesc în cantităţi mici în toate celulele mai ales în mitocondrii şi membrana celulară. În funcţie de natura substanţelor din compoziţia lor, lipidele complexe se împart în fosfolipide şi glicolipide.
3.4.1. Fosfolipide (fosfatide) această categorie de lipoide cuprinde cele mai importante lipide structurale. Fosfatidele împreună cu proteine şi alte lipide participă la construcţia membranelor tuturor celulelor animale şi vegetale. Deoarece, posedă grupări polare, fosfolipidele formează soluţii coloidale de tipul asociaţiilor micelare şi/sau straturi biolamelare. Fosfolipidele sunt substanţe complexe care conţin în molecula lor alcool (glicerol, inozitol, sfingozină), o bază azotată (etanolamina şi colina) iar în unele cazuri aminoacidul serina, acizi graşi superiori atât saturaţi cât şi nesaturaţi (palmitic, stearic, linoleic, linolenic, arahidonic, lignoceric, nevronic, etc.) şi acid fosforic, frecvent sub forma unui singur rest, mai rar două resturi. În funcţie de natura alcoolului din structura lor, fosfatidele se împart în: Biochimia produselor alimentare
72
Lipide
glicerofosfolipide; inozitfosfolipide; sfingofosfolipide.
3.4.1.1. Fosfoglicerolipide (glicerofosfolipide) Fosfoglicerolipide sunt cele mai simple fosfatide, în care una din grupările hidroxil de alcool primar din glicerină este esterificată cu acid fosforic, iar celelalte grupări hidroxil sunt esterificate cu acizi graşi. În asociere cu proteine şi alte lipide alcătuiesc membranele tuturor celulelor vegetale şi animale. Principalele glicerofosfolipide sunt următoarele: fosfatidilcolina (lecitina), fosfatidiletanolamina (cefalina), fosfatidilserina, acetalfosfolipide (plasmalogene). Fosfatidilcolinele (lecitine) sunt cele mai răspândite şi importante lipide complexe. Cuprind restul fosfatidil legat de colină. Restul acil din poziţia 1 este de
CH2 O CO R1 CH CH2
O CO R2 OH O P
O CH2 CH2
regulă saturat iar cel din poziţia 2 + N
O
CH3 CH3 CH3
nesaturat, adesea provine din acid linoleic, acid arahidonic. Prezenţa acestor resturi nesaturate face ca
lecitinele să fie foarte sensibile la procesul de peroxidare. Lecitinele au structură de amfiioni (bipolari) prin sarcina negativă a restului fosforil şi sarcina pozitivă a grupării cuaternare de amoniu).se găsesc în proporţia cea mai mare în structurile lipoproteice membranare. Cantităţi mari de lecitine se găsesc în gălbenuşul de ou (10%), seminţe de soia (~2,5 – 3%), în creier (6%), în măduva oaselor (5%), ficat (3%), în seminţe de leguminoase şi cereale (~2%), etc. Lecitinele, ca şi celelalte fosfolipide, pot fi hidrolizate enzimatic, în prezenţa fosforilazelor, care scindează fie acidul din poziţia 1, fie din poziţia 2 rezultând lizolecitine (lizofosfatide). Lizolecitinele au acţiune hemolitică puternică, favorizând distrugerea rapidă a globulelor roşii. Fosfatidiletanolaminele (cefaline) sunt fosfatide ce cuprind restul fosfatidil legat de etanolamină (colamină).
Biochimia produselor alimentare
73
Lipide
Cefalinele însoţesc lecitinele în toate
CH2 O CO R1 CH
celulele vegetale şi animale dar în
O CO R2 OH
CH2
O P
O CH2 CH2
cantităţi mai mici. Sunt mai abundente
+ N H3
în lipidele din ţesutul nervos.
O
Datorită structurii amfionice, cefalinele
au rol esenţial în schimbul de substanţe neionice, amidice la nivelul membranelor celulare. Prin metilarea grupării aminice se transformă în lecitine. Fosfatidilserinele (serinfosfatide) însoţesc în cantităţi mici celelalte fosfolipide în membranele biologice, în CH2 O CO R1 CH
O CO R2 O
CH2
O P
cloroplaste, + NH3
mitocondrii
şi
reticulul
endoplasmatic. -
O CH2 CH COO
Serinfosfolipide se găsesc în cantităţi mai mari în creier şi în boabele de soia. Prin
OH
decarboxilarea restului de serină se formează fosfatidiletanolamine. Acetalfosfolipidele (plasmalogene) se deosebesc de celelalte fosfatide prin aceea că gruparea alcoolică C1 CH2 O CH CH CH
O CO R OH
CH2
O P
(CH2)n CH3
din glicerol este legată eteric de un enol alifatic superior; alcoolul azotat
+ O CH2 CH2 N H3
O
care esterifică gruparea fosforil este, cel mai frecvent, etanolamina. Plasmalogenele se găsesc în cantităţi
mari în creier şi în alte organe (muşchi, ficat). Fosfatidilglicerolii sunt fosfatide fără azot. Cuprind unul sau două resturi CH2 O CO R1 O
CH2 O CO R1
CH
O CO R2
fosfatidil legate de glicerol. Cardiolipina
sau
CH
CH2 O P CH2 O CO R2 CHOH OH OH
difosfatidilglicerolul a fost izolată
din
muşchiul
CH2
O P
cardiac.
Este
principala
O
CH2
O
componentă fosfolipidică a
membranei interne mitocondriale.
3.4.1.2. Inozitfosfolipide (fosfatidilinozitele) Fosfatidilinozitele cuprind restul fosfatidil legat de un polialcool ciclic, inozitol (mezoinozitol). Biochimia produselor alimentare
74
Lipide
Se află alături de celelalte lipide în toate
CH2 O CO R1 CH CH2
O CO R2 OH OH O O P
O
OH H
H H H OH
ţesuturile vegetale, animale. Sunt mai H OH
OH H
abundente în creier, soia, cereale, drojdii şi bacterii acidorezistente. Din ţesutul nervos au fost izolate şi caracterizate chimic inozitolfosfatide cu 2
sau 3 resturi de acid fosforic respectiv fosfatidilinozitoli – 4 - fosfat şi fosfatidilinozitoli – 4,5 – bifosfat. Inozitfosfatidele au roluri importante în procesele de transmitere a semnalelor extracelulare în toate ţesuturile.
3.4.1.3. Sfingofosfolipide (fosfosfingozine) Sfingofosfolipidele sunt derivaţi a unui aminoalcool superior, sfingozina: CH3 (CH2)12 CH CH
CH
CH CH2 OH
sau,
OH
NH2
hidrogenat, dehidrosfingozina:
CH CH2 OH
Compusul de bază caracteristic
NH2
tuturor
CH3 (CH2)14 CH CH CH OH
mai
rara,
a
derivatului
sfingofosfolipidelor
este
ceramida, un derivat al sfingozinei care conţine un rest de acid gras saturat sau nesaturat cu 18-26 atomi de carbon, ce se leagă amidic la gruparea –NH2 de sfingozină. Prin funcţia alcoolică primară, ceramida se leagă de acidul fosforic esterificat cu colina. O CH3 (CH2)12 CH CH CH OH
CH CH2 O P NH CO R
OH
+ O CH2 CH2 N
CH3 CH3 CH3
Acizii graşi mai frecvent întâlniţi în structura sfingofosfolipidelor sunt acizii palmitic, lignoceric şi nevronic. Sfingolipidele sunt componente de importanţă vitală a membranelor celulare, atât în regnul animal cât şi în cel vegetal. Creierul şi ţesutul nervos cuprinde cantităţile cele mai mari de sfingolipide. În lipidele din stratul de rezervă se regăsesc doar ca urme. Cele mai răspândite sfingolipide sunt sfingomielinele care se găsesc în creier şi în întregul sistem nervos. Ele formează teaca mielinică a axonilor şi substanţa albă a sistemului nervos central. Biochimia produselor alimentare
75
Lipide
3.4.2. Glicolipide cuprind ceramidă legată glicozidic de monozaharide (hexoze)sau oligozaharide. Se împart în cerebrozide, glicolipide neutre şi gangliozide, glicolipide acide.
3.4.2.1. Cerebrozidele sunt răspândite în toate organismele vii, găsinduse în special în creier dar şi în alte ţesuturi şi organe (splină, glanda suprarenală, plămâni, eritrocite, leucocite, etc.) în molecula cerebrozidelor intră o ceramidă legată la β-galactoză (galactocerebrozid) sau, mai rara, β-glucoză (glucocerebrozid).
CH2 OH CH3 (CH2)12 CH CH CH CH CH2 O O OH NH COR
H
OH H OH H
OH
H
H Galactocerebrozid
Acidul gras este legat la gruparea –NH2, printr-o legătură amidică, şi poate fi reprezentat de acidul lignoceric, acidul cerebronic, acidul nevronic, acidul oxinevronic, de unde şi denumirea cerebrozidelor: cerazina, cerebiona, nevrona şi oxinevrona. În creier, galactocerebrozidele mai cuprind şi resturi sulfat legate esteric de galactoză, lipide polare denumite sulfatide.
3.4.2.2. Gangliozidele conţin o ceramidă, în care acidul gras este frecvent acidul stearic, legată la un oligozaharid alcătuit din glucoză, galactoză, N-acetilgalactozamină. Oligozaharidul este legat la rândul lui de unul, două sau trei resturi de acid sialic (acidul acetil-neuraminic). Cearamida
Glu
Gal
Gal NHAC
Gal
NANA Gangliozit monosialic
Glc = glucoză; Gal = galactoză; Gal – NHAC = N – acetil-galactozamină ; NANA = acid N-acetil-neuraminic. Cea mai mare cantitate de gangliozide se găseşte în materia cenuşie a creierului dar mai ales în terminaţiile nervoase având rol important în transmiterea impulsului nervos prin sinapse. Biochimia produselor alimentare
76
Glucide
4. Glucide
Glucidele (hidraţii de carbon) sunt substanţe ternare compuse din C, O, H dar pot fi şi glucide care conţin şi azot iar altele şi sulf. În natură glucidele sunt sintetizate de plante prin fotosinteză clorofiliană din H2O şi CO2, sinteză endotermă care înmagazinează energia furnizată de radiaţiile solare prin intermediul clorofilei. nCO2 + nH2O + h → ﬠCn (H2O)n + nO2 În organismul animal se sintetizează polizaharidul denumit glicogen.
4.1. Clasificarea glucidelor Glucidele pot fi clasificate după următoarele criterii:
după numărul de atomi: monozaharide, dizaharide, sau ozide (
oligozaharide), polizaharide;
după simplitate/complexitate: glucide simple(polihidroxialdehide sau
polihidroxicetone); glucide superioare care rezultă prin policondensarea glucidelor simple şi care în unele cazuri pot avea legaţi şi compuşi neglucidici;
după structură: oze (monoglucide) care se grupează în aldoze şi cetoze;
ozide sau poliglucide care la rândul lor pot fi holozide (hologlucide) cu molecula formată numai din monoglucide şi heterozide (glicozide) care sunt constituite din glucide şi compuşi neglucidici (agliconi) Holozidele la rândul lor se clasifică în oligozide care conţin două sau mai multe resturi de monoglucide şi poliozide (poliglucide) care conţin foarte multe resturi de monoglucide identice sau diferite. Heterozidele în funcţie de aglicon pot fi O-heterozide, S- heterozide şi Nheterozide.
Biochimia produselor alimentare
77
Glucide
4.1.1. Oze (monoglucide) 4.1.1.1. Proprietăţi structurale Monozaharidele sunt derivaţi ai polialcoolilor din care se pot forma prin oxidare. Astfel, prin oxidarea unui alcool cu trei atomi de carbon (glicerolul) se poate obţine o aldotrioză (aldehida
O C
CH2
+ OH - 2H
CH
OH
CH2 OH
H CH OH CH2 OH aldehida glicericã CH2 OH C O CH2 OH dioxiacetona
glicerică) şi o cetotrioză (dioxiacetona): Asemănător obţinerii celor două trioze se poate obţine orice alt monozaharid. Prin oxidarea grupării alcoolice primare –CH2 –OH se formează aldoze, iar prin oxidarea cetoze.
grupării alcoolice secundare CH OH
4.1.1.2. Izomeria monozaharidelor
Izomeria optică Cele mai multe monoglucide, având în molecula lor
atomi de carbon asimetrici, prezintă asimetrie moleculară şi deci sunt substanţe optic active. Monoglucidele care rotesc planul luminii polarizate spre dreapta se numesc dextrogire şi se notează cu (+) iar cele care rotesc planul luminii polarizate spre stânga se numesc levogire şi se notează cu (-). Aldopentozele sau aldohexozele sub formă aciclică conţin trei respectiv patru atomi de carbon asimetrici şi deci se prezintă sub a 23 respectiv 24 stereoizomeri optic activi. Cetopentozele şi cetohexozele au fiecare un atom de carbon asimetric mai puţin decât aldozele izomere. Amestecul echimolecular al celor izomeri, dextrogir şi levogir, constituie un racemic care nu prezintă activitate optică.
Stereoizomerie. Din motive de sistematizare, compuşii optic activi s-au
împărţit în două serii sterice, D şi L, după înrudirea configuraţională cu un compus
de
referinţă
care
este
gliceraldehidă.
Se
consideră
că
monozaharidele care au configuraţia atomului de carbon asimetric cel mai îndepărtat de gruparea carbonil identică cu cea a carbonului asimetric din Dgliceraldehidă aparţin seriei sterice D, iar cele care au configuraţia aceluiaşi atom de carbon identică cu cea a carbonului din L-gliceraldehidă aparţin seriei sterice L.
Biochimia produselor alimentare
78
Glucide CHO H C OH CH2 OH D-gliceraldehida CHO
CHO H C OH
HO C H H C OH
H C OH
CH2 OH D-treozã
CH2 OH D-eritrozã CHO H C OH
CHO H C OH
CHO HO C H
H C OH H C OH
H C OH
HO C
H C OH
H C
HO C H H C
OH
CH2 OH D-lixozã
CHO CHO CHO H C OH HO HO C H HO C H H C OH H C OH HO C H HO H C OH H C OH HO C H HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH HO C H HO C H HO C H HO H C OH H C OH H C OH H H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH CH OH CH2 OH CH2 OH CH2 OH 2 CH2 OH CH2 OH CH2 OH D-glucozã D-manozã D-altrozã D-alozã D-galactozã D-gulozã D-idozã CHO H C OH
CHO
H OH
CH2 OH D-xilozã
CH2 OH D-arabinozã
CH2 OH D-ribozã
CHO HO C H
CHO CHO H C OH HO C H
CHO C H C H C H C OH CH2 OH D-talozã
Seria D al aldozelor CH2 OH C O CH2 OH dioxiacetonã CH2 OH C O H C OH CH2 OH D-eritrulozã
CH2 OH
CH2 OH
C O HO C H H C OH
C O H C OH H C OH
CH2 OH D-xilulozã
CH2 OH D-ribulozã CH2 OH
CH2 OH C O H C OH
C O HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH CH2 OH D-fructozã
CH2 OH D-psicozã
CH2 OH C O H C OH HO C H H C OH
CH2 OH C O HO C H HO C H C
H OH
CH2 OH
CH2 OH
D-sorbozã
D-tagatozã
Serie D a cetozelor Biochimia produselor alimentare
79
Glucide
Nu toţi stereoizomerii posibili se găsesc în natură. Cele mai răspândite şi importante din punct de vedere biologic sunt aldozele D-riboză, D-glucoză, D-galactoză, D- manoză şi cetozele D-ribuloză şi D-fructoză iar dintre zaharurile aparţinând serieie L: L- fructozaşi L-sorboza. De precizat că apartenenţa la seria D sau L nu exprimă sensul de rotaţie a planului luminii polarizate de către zahărul respectiv, ci se referă la configuraţia absolută a atomului de carbonasimetric cel mai îndepărtat de gruparea carbonil. Un compus aparţinând seriei D poate fi levogir D(-) sau dextrogir D(+).
Izomeria ∝ ⇔ β. Structurile ciclice ale monozaharidelor.
Coexistenţa în aceeaşi moleculă a grupărilor carbonilice cu grupările OH, face ca acestea să interacţioneze şi să formeze legături interne. Astfel, gruparea carbonil poate reacţiona cu grupările –OH din poziţiile 4, 5 sau 6 cu formarea unui compus de adiţie intramoleculară denumit semiacetal (în cazul aldehidelor) sau semicetal intern (în cazul cetonelor):
C
OH
O
H (CHOH)n CHOH CH2OH
CH2OH
H C
C
(CHOH)n O H C CH2OH
(CHOH)n CHOH
O
CH2OH
CH2OH OH C (CHOH)n O H C CH2OH
Gruparea hidroxil, apărută la fostul carbon carbonilic poartă denumirea de hidroxil semiacetalic sau glicozidic şi se deosebeşte ca reactivitate de celelalte. Structurile ciclice se formează în cazul aldohexozelor prin participarea carbonilor 1 şi 4 sau 1 şi 5, iar în cazul cetohexozelor cu participarea carbonilor 2 şi 5 sau 2 şi 6. structurile monozaharidelor conţinând cicluri de cinci atomi se numesc furanozice (prin analogie cu heterociclul furan) în timp ce acelea conţinând cicluri de şase atomi se numesc piranozin (prin analogie cu heterociclul piran). Ca urmare a reacţiei de ciclizare prin semiacetalizare, fostul carbon carbonilic devine carbon asimetric putând să adopte două configuraţii sterice diferite. Cei doi izomeri optici obţinuţi prin rotirea hidroxilului glicozidic sau semiacetalic, notaţi cu literele greceşti ∝ şi β, poartă denumirea de naomeri (izomeri supranumerari). Cei doi anomeri diferă între ei prin proprietăţile chimice şi fizice ca şi prin valoarea unghiului de rotaţie. Biochimia produselor alimentare
80
Glucide CHO CHOH CHOH O Furan
CHOH CHOH CH2OH Aldohexoza
CH2OH OH C
CH2OH
CHOH CHOH O CHOH CH CHOH CH2OH
O
C HC
OH
HC
OH
HC
OH
HC
OH
HC
OH
HC CH2OH
CH2OH Cetohexozã
Structurã furanozicã
O
Structurã furanozicã
OH
CH2OH
HC
O
HC
OH
COH
HC
OH O
CHOH
HC
OH
CHOH CHOH
HC
CH2
CH2OH Piran
O
Structurã piranozicã
Structurã piranozicã
Cele două forme anomere pot trece una în cealaltă prin intermediul formei ciclice care, în soluţie apoasă, este prezentă în cantităţi minime. Structura ciclică a monozaharidelor poate fi prezentată deosebit de sugestiv cu ajutorul formulelor Haworth. În reprezentarea Haworth, ciclurile furanozice şi piranozice sunt imaginate ca poligoane regulate perpendiculare pe planul hârtiei iar laturile poligonului apropiate de privitor se reprezintă uneori prin linii îngroşate. Structurile Haworth pentru anomerii ∝ şi β ai glucopiranozei şi fructofuranozei se reprezintă astfel:
H
CH2OH H OH
H
H OH
OH
α-D-glucopiranoză
CH2OH
O H
H OH
OH OH
H α −D fructofuranozã Biochimia produselor alimentare
H H OH
β-D-glucopiranoză
HO H2C
OH
H
OH
OH H
OH
H
HO H2C
H
CH2OH
H
OH
O H
OH
CH2 OH
H OH β-D-fructofuranoza 81
Glucide
4.1.1.3. Proprietăţile fizice şi chimice ale monozaharidelor Monozaharidele sunt substanţe solide, cristalizate, solubile în solvenţi polari, greu solubile în alcool şi eter şi foarte greu solubile în acetonă. O caracteristică principală este gustul lor dulce care nu apare la polizaharide. Monozaharidele prezintă multe proprietăţi caracteristice grupării carbonil şi grupărilor hidroxil precum şi proprietăţilor condiţionate de prezenţa concomitentă în molecula lor a acestor grupări funcţionale. aa)) Reducerea monozaharidelor dă naştere la polialcolii corespunzători. Astfel, D-glucoza, se reduce la D-glucitol (D-sorbitol), iar fructoza la Dsorbitol şi D-manitol. CH2 OH
CH2 OH
CHO
C O
H C OH
H C OH
HO C
HO C H
H
HO C
H
CH2 OH HO C H HO C
H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2 OH D-glucozã
CH2 OH D-sorbitol
CH2 OH D-fructoza
CH2 OH D-manitol
În organismul animal şi vegetal se întâlnesc, alături de polialcooli aciclici şi polialcooli ciclici (ex. inozitol şi quercitol) bb)) Oxidarea ozelor are loc, după condiţii, la nivele şi în moduri diferite. Oxidarea grupării aldehidice în condiţii blânde conduce la acizi aldonici. Astfel, de la glucoză se obţine acid gluconic; de la galactoză, acid galactonic. CHO H C OH HO C H H C OH H C OH CH2 OH D-glucozã
COOH H C OH oxidare HO C H H C OH H C OH CH2 OH Acid gluconic
CHO H C OH HO C H HO C H H C OH
COOH H C OH HO C H HO C H H C OH
CH2 OH
CH2 OH
D-galactozã
Acid galactonic
Dintre proprietăţile acizilor „onici” menţionăm uşurinţa cu care se poate elimina o moleculă de apă între gruparea carboxil şi hidroxilul de la carbonul 4 sau 5 trecând în γ- sau σ-lactone.
Biochimia produselor alimentare
82
Glucide O C
COOH H C OH HO C
H C OH
H
HO C - H2O
H C OH H C OH
H
O
H C OH H C
CH2 OH
CH2 OH
Acid D - gluconic
δ- lactonã
Prin oxidarea energică a monoglucidelor se obţin acizi aldarici astfel, de la glucoză se obţine acidul zaharic, de la galactoză, acidul mucic. COOH
CHO H C OH
oxidare energica
HO C H
H C OH HO C
H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2 OH
COOH
D-glucozã
D - acid glucaric (acid zaharic)
Printr-o oxidare specială, asigurându-se în prealabil protejarea grupării carbonil, fiind oxidată numai gruparea hidroxil primar, se obţin acizi uronici (glucuronic, galacturonic, etc). H C OH H C OH
oxidare
O
HO C H
H C OH H C OH O
HO C H H C OH H C
H C OH H C CH2 OH
COOH
α- D- glucopiranozã
Acid glucuronic
cc)) Esterificarea ozelor cu acid fosforic reprezintă o etapă importantă în însăşi menţinerea ozelor în celulă ca şi în metabolizarea lor ulterioară. Printre esterii fosforici ai ozelor menţionăm glucozo-6-fosfatul, fructozo-6fosfatul, fructozo -1,6 - difosfatul
H OH
CH2
OPO3H2 O H
H OH
H
H2O3PO CH2 H
OH
OH H α-gluco 6 fosfat
H
CH2OH H2O3PO CH2
O OH
H OH
OH H α fructozo 6 fosfat
Biochimia produselor alimentare
H
CH2
O
OPO3H2
OH OH
OH
H α fructozo 1,6 difosfat
83
Glucide
dd)) Gruparea hidroxil semiacetalică poate forma oxigen-eteri cu alţi compuşi care conţin o grupare –OH (de exemplu cu alcooli). Compuşii formaţi se numesc glicozide. Glicozidele se pot prezenta fie sub forma anomerului
∝, fie a celui β. Cel mai simplu compus de acest fel este ∝ şi β metilglicozidul, care în cazul glucozei se prezintă astfel: CH2 OH O OCH3 H H H OH
H
OCH3
OH
H
OH
CH2 OH O H H H OH H
OH H metil - β-D-glucopiranozid
OH
metil - α-D-glucopiranozid
Dacă eterificarea se face cu gruparea –OH al altei oze se obţin oligo- şi polizaharide. Legarea unei componente neglucidice, denumită aglicon, duce la oxigen-, azot-, sulf-, glicozide. De exemplu, nucleozidele sunt N_glicozide în care agliconul este o bază azotată. ee)) Prin încălzirea cu acizi (HCl, H2SO4), pentozele se transformă în furfurol, hexozele în hidroximetil-furfurol. HOH2C H
O
+ H
H
H
H
OH
OH
OH
H
CHO
-3H2O
furfurol
pentoza CH2OH O H H H OH H OH HO
O
+ H
HOH2C
O
CHO
-3H2O
OH
hexoza
5-hidroximetilfurfurol (HMF)
Furfurolul şi derivaţii săi se condensează cu diferiţi fenoli sau amine aromatice, formând substanţe colorate, care stau la baza unor reacţii generale sau specifice pentru zaharuri.
4.1.1.4. Monozaharide mai importante Triozele (gliceroaldehida şi dihidroxiacetona) apar ca produşi intermediari ai metabolismului glucidelor; Biochimia produselor alimentare
84
Glucide
Tetrozele nu se găsesc în natură în stare liberă. În cursul metabolismului intermediar pot fi găsite, sub formă de esteri fosforici (ex. eritrozo-4-fosfat). Pentozele se găsesc răspândite în natură, mai ales sub formă de polizaharide denumite pentozani. Dintre aldopentoze cele mai importante sunt: L(+) arabinoza; D(+) xiloza; D(-) riboza.
L(+) arabinoza este răspândită în vegetale sub formă de
CHO H C OH HO C H HO C H CH2 OH
polizaharide denumite arabani (în gumele de cireş, prun, etc) de unde se pot obţine prin hidroliză. Nu este fermentată de drojdii şi nu este metabolizată în organism.
L (+) arabinozã
D(+) xiloza, numită şi „zahăr de lemn”, se găseşte liberă în cantităţi mici în unele fructe (zarzăre) dar este destul de răspândită
CHO H C OH HO C H H C OH CH2 OH D (+) xilozã
sub formă de polizaharide denumite xilani. Se poate obţine prin hidroliza polizaharidelor din cocenii de porumb. Este puţin metabolizată în organism şi se elimină ca atare. Xiloza nu este fermentată de drojdiile tipice.
D(-) riboza nu se găseşte liberă în ţesuturi dar prezintă un deosebit
CHO H C OH H C OH H C OH CH2 OH D (-) ribozã
interes biologic, ca parte componenetă a nucleotidelor, enzimelor,
acizillor
nucleici
(ARN)
şi
ca
intermediari
metabolici, sub formă de esteri fosforici ai β-ribofuranozidelor. Cetopentozele mai importante xiluloza şi ribuloza care joacă un rol însemnat în procesul de fotosinteză. CH2 OH
CH2 OH
C O
C O
HO C H H C OH CH2 OH D (+) xilulozã
Biochimia produselor alimentare
H C OH H C OH CH2 OH D (-) ribulozã
85
Glucide
Hexozele sunt cele mai răspândite oze în natură. Unele se găsesc în stare liberă, altele intră în structura unor poliglucide şi a unor glicozizi sau apar ca produşi de hidroliză ai acestora. Cele mai importante aldohexoze sunt: glucoza, manoza şi galactoza. D (+) glucoza este foarte răspândită în regnul vegetal şi animal şi
este principala oză a organismului uman. Se găseşte atât sub formă liberă cât şi în structura oligozaharidelor (zaharoză, lactoză, maltoză, celobioză), polizaharidelor (amidon, glicogen, celuloză) şi sub formă de derivaţi (esteri fosforici, glucozamina, etc.). în stare liberă glucoza se găseşte în sânge, limfă, în lichidul cefalorahidian, în sucul de struguri şi al celorlalte fructe dulci, în mierea de albine.
CH2OH
H
H OH
H HO H H
H
H OH
OH OH
H
H C O C OH C H C OH C OH
H
H OH
OH
H H
OH H
CH2 OH
α-D (+) glucopiranoză
CH2OH
OH
β-D (+) glucopiranoză
D(+) glucoza aciclică
Glucoza se obţine prin hidroliză acidă sau enzimatică a amidonului sau zaharozei.
D(+) Manoza se găseşte mai ales sub forma unor polizaharide
numite manani dar intră şi în structura unor glicoproteine şi a unor glicolipide. CHO H2C OH O H H H HO OH OH HO H
H
α-D(+)manopiranoza
HO - C - H HO - C - H H - C - OH H - C OH
H2C OH O H OH H HO OH H HO H
H
CH2OH
D(+)manoza aciclica
β-D(+)manopiranoza
D(+) Galactoza se găseşte în cantităţi foarte mici în sânge, lichidul
cefalorahidian, urină şi în cantităţi mari sub formă de combinaţii: lactoză, rafinoză, stahioză, agar-agar, gume şi mucilagii, cerebrozide.
Biochimia produselor alimentare
86
Glucide CHO H - C - OH
H2C OH O HO H H H OH OH H H
HO - C - H HO - C - H
H2C OH O HO OH H OH H H H
H - C OH
HO
H
HO
CH2OH
α-D(+) galactopiranoza
D(+)galactoza
β-D(+)galactopiranoza
Cetohexozele mai importante sunt: D(-) fructoza şi L(-) sorboza. D(-) Fructoza (zahărul de fructe, levuloza) se găseşte în fructele
dulci, mierea de albine, intră şi în structura zaharozei, rafinozei, stahiozei şi inulinei. Sub formă de fructozo-fosfaţi, fructoza este importantă în metabolismul glucozei CH2OH C HO H2C
CH2OH
O H
HO
HO
H
H
O
HO C H
HO H2C
H C OH
OH
H C
H
HO
HO
H
H
OH
OH
O
CH2OH
CH2OH
α-D(-)fructofuranoza
β-D(-)fructofuranoza
D(-)fructoza aciclica
Fructoza, spre deosebire de aldohexozele menţionate anterior, este levogiră. Este cea mai importantă cetohexoză. Are un gust mai dulce decât zaharoza şi glucoza. Fructoza liberă (izolată, cristalizată) este de formă piranozică, dar în combinaţiile sale este furanozică.
L(-) sorboza este importantă pentru că serveşte ca substart pentru
producerea de vitamină C. Se găseşte în fructele de scoruş.
H
CH2OH
O H
CH2 OH C O HO C H H C OH HO C H
OH OH
HO H2C OH
CH2 OH
H
α L(-)sorbofuranozã
L(-) sorboza aciclicã
Biochimia produselor alimentare
H
OH
O H
OH CH2 OH
HO H2C OH
H
β L(-) sorbofuranozã
87
Glucide
4.1.1.5. Derivaţi ai monozaharidelor Monozaharidele prezintă o serie de derivaţi, importanţi din punct de vedere biochimic, cum ar fi: aminozaharurile, dezoxizaharurile şi polialcoolii. a) Aminozaharurile pot fi considerate că provin din monoglucide prin substituirea unei grupări hidroxil cu o grupare amino. Larg răspândite în plante şi animale sunt aminoglucidele care provin de la glucozăglucozamina şi de la galactoza-galactozamina. Glucozamina şi galactozamina au gruparea amino la carbonul doi. CH2 OH O H H H H OH OH
OH
NH2 H α-D-glucozaminã
OH
CH2 OH O H H H OH
H
OH H
NH2
α-D-galactozaminã
În proteoglicani se găsesc cu precădere sub formă N-acetilată sau Nsulfatată. OH
CH2 OH O H H H OH
H
OH
H
OH H
HN
CH2 OH O H H H OH
COCH3
α-N-acetilgalactozaminã
OH H
HN SO3H
N-sulfatul- galactozaminã
Prin condensarea unei molecule de manozamină cu o moleculă de acid piruvic rezultă acidul neuraminic. COOH C O
H C O H2N C H HO C H
+
CH3
H C OH H C OH CH2 OH manozaminã
C COOH O
acid piruvic
CH2 H C OH H2N C H HO C H H C OH H C OH CH2 OH acid neuraminic
Acilarea acidului neuraminic dă naştere la N-acilderivaţi denumiţi acizi xialici care intră în compoziţia glicolipidelor din membranele celulare şi a unor glicoproteine. Biochimia produselor alimentare
88
Glucide
b)
Dezoxizaharuri pot fi considerate că provin din monoglucide prin înlocuirea unei grupări hidroxil cu un CHO
atom de hidrogen.
CH2 H - C - OH
HO H2C
H - C OH
H
CH2OH
H
O H
H
HO
H
Un OH
dezoxizahar
important
este
2-
dezoxiriboza, componenta glucidică din structura acizilor dezoxiribonucleici.
D-2-dezoxiriboza
Alte dezoxizaharuri importante sunt L-ramnoza (6-dezoximanoza) şi Lfructoza (6-dezoxigalactoza). O OH CH3 H H OH H
HO
HO
Ramnoza intră în structura unor
H
H
O
H
OH CH3 H HO OH HO HO
OH
H
glicozizi (antociani), iar L-fructoza este prezentă, alături de acidul xialic, în structura glicoproteinelor.
α-L-Fucoza α-L-Ramnoza (6-dezoxi-L-manoza) (6-dezoxi-L-galactoza) c)
Polialcoolii sunt compuşi de reducere ai monozaharidelor. Cei mai răspândiţi în natură sunt sorbitolul, rezultat prin reducerea glucozei şi manitolul ce se poate obţine prin reducerea manozei. CH2OH H C OH HO C H
CH2OH HO C H HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
Sorbitolul
Manitolul
4.1.2. Oligozaharide sunt compuşi glucidici rezultaţi prin condensarea a două sau mai multor monozaharide (maximum 10). Legătura stabilită între monozaharide este de natură glicozidică. Oligozaharidele pot fi: dizaharide, trizaharide, tetrazaharide.
4.1.2.1. Dizaharide Cele mai importante şi abundente oligozaharide sunt dizaharidele. Dizaharidele rezultă, formal, prin condensarea a două molecule de monozaharid, care se poate face: Biochimia produselor alimentare
89
Glucide
cu participarea ambilor hidroxili semiacetalici, rezultând dizaharide
-
dicarbonilice (nereducătoare); cu participarea hidroxilului semiacetalic al unei oze şi a unui hidroxil
-
alcoolic al celeilalte oze, rezultând dizaharide monocarbonilice (reducătoare). Cele mai importante dizaharide sunt: zaharoza, lactoza, maltoza, celobioza, gentiobioza, melibioza, trehaloza. Zaharoza este dizaharidul format dintr-o moleculă de α-glucopiranoză şi una de β-fructofuranoză legate 1-2β glicozidic. Este un zahăr nereducător deoarece cele două grupări OH glicozidice sunt implicate în legătura dintre cele două monozaharide (OH de la carbonul 1 din ∝-D-glucopiranoză şi OH de la carbonul 2 din β-Dfructofuranoză). CH2OH O H H H OH H HO H
Zaharoza (sucroza) este un diglucid HOH2C
foarte răspândit în regnul vegetal şi
H
H
HO
HO
H
O
OH
O
CH2OH
anume în trestia de zahăr şi în sfeclă, având o valoare nutritivă deosebită.
Zaharoza
Prin
hidroliza
enzimatică,
sub
acţiunea zaharazei, denumită şi invertază, zaharoza, zahăr dextrogir, formează un amestec echimolecular de fructoză şi glucoză dextrogiră, care va roti planul luminii polarizate spre stânga. Acest proces de hidroliză a zaharozei poartă, din acest motiv, şi denumirea de inversie a zaharozei. Zaharoza este un zahăr fermentescibil. Maltoza rezultă formal prin eliminarea apei între hidroxilul semiacetalic al unei molecule de ∝-D-glucopiranoză şi CH2OH O H H H OH H HO H
OH
O
CH2OH O H H H OH H OH OH H
α−Maltoza
hidroxilul din poziţia 4 a altei molecule de ∝-D-glucopiranoză. Maltoza apare în cantităţi mici în vegetalele mai bogate în amidon, fiind un produs de degradare enzimatică a
acestuia. Având un hidroxil glicozidic liber maltoza prezintă proprietăţile esenţiale ale monoglucidelor: mutarotaţie, reduce soluţia Fehling. Maltoza este un glucid fermentescibil. Biochimia produselor alimentare
90
Glucide
Celobioza este dizaharidul format din 2 molecule de β-glucopiranoză legate CH2OH O H H OH H HO H H
1,4 β glicozidic. Este diglucidul reducător
CH2OH O OH H H OH H H
O
care se poate obţine prin hidroliză acidă
OH
H
OH
care stă la baza structurii celulozei din sau enzimatică.
β−Celobioza CH2OH O H H OH H HO H H
Genţiobioza este un dizaharid format din
O
2 molecule de β-D-glucopiranoză legate
CH2 H
H OH
HO
1,6 β glicozidic. Intră în structura multor
H
glicozizi dintre care cel mai important
H
este amigdalina. Nu este fermentată de
OH
H
OH
O OH
drojdii. Prezintă proprietăţile diglucidelor
β−Gentiobioza
reducătoare.
Trehaloza este formată din 2 molecule de ∝-D-glucopiranoză legate 1,1 CH2OH O H H H (1) OH H O HO H
H (1')
H
OH
OH
H H
O
glicozidic. Se găseşte în drojdia de bere şi ciuperci. Nu este un diglucid
H
reducător. OH
CH2OH
OH
Trehaloza Lactoza rezultă formal prin eliminarea unei molecule de apă între hidroxilul CH2OH O HO H OH H H H OH H
O
CH2OH O H H H OH H OH OH H
α−Lactoza
semiacetalic al β-D-galactopiranoză şi hidroxilul din poziţia 4 a unei molecule de
β-glucopiranoză. Lactoza
se
găseşte
în
laptele
mamiferelor care o sintetizează din glucoză. Sub acţiunea β-galactozidazei
este hidrolizată la zaharurile componente. Este un diglucid reducător. Bacteriile lactice transformă lactoza în acid lactic. Ea este fermentată şi alcoolic de către unele drojdii. CH2 OH O H H H H OH OH H
OH
Melibioza
CH2 O H H OH OH H
O H
este
formată
din
∝-D-
galactopiranoză şi A-D-glucopiranoză legate 1,6 glicozidic. Este un dizaharid
H OH
reducător.
NH2
Melibioza Biochimia produselor alimentare
91
Glucide
4.1.2.2. Trizaharidele Mai importante sunt următoarele trizaharide care se găsesc în soia, fasole, sfeclă de zahăr: Rafinoza este formată din galactoză, glucoză şi fructoză unite prin legături 1,6 şi 1,2 glicozidice. Se găseşte în cantitate mare sfecla de zahăr. H2C OH O H HO H OH H H H
HO
A B O CH2 O H H H OH H HO H
HOH2C O
OH
H
O H
HO
HO
H
CH2OH
Rafinoza A- actiunea α−galactozidazei; B- actiunea zaharazei
Hidroliza enzimatică poate fi realizată în două moduri, în funcţie de enzima utilizată: sub acţiunea zaharazei (invertazei) din drojdie rafinoza se scindează în D-fructoză şi melobioză, iar prin acţiunea galactozidazei se scindează într-o moleculă de galactoză şi una de glucoză. În rafinoză nu există nici un hidroxil glicozidic liber, deci nu prezintă proprietăţi reducătoare. Solatrioza este formată din glucoză, galactoză şi ramnoză unite prin legături 1,3 şi 1,2 glicozidice. Este componeneta glucidică a solaninei din cartofi şi solasoninei din tomate (glicozide alcaloidice). Maltotrioza este un trizaharid format din trei molecule de glucoză. Rezultă prin hidroliza enzimatică a amidonului. Este reducătoare. Genţianoza este formată din două molecule de glucoză şi una de fructoză legate β 1,6 şi ∝ şi β 1,2 glicozidice. Se găseşte în rădăcinile de genţiană. Nu este reducătoare.
4.1.2.3. Tetrazaharidele Aceste oligozaharide sunt mai puţin răspândite în natură. Mai importante sunt: Stahioza care se găseşte în boabele de soia fiind formată din două molecule de ∝-D-galactoză, o moleculă de ∝-D-glucoză şi una de β-D-fructoză. Biochimia produselor alimentare
92
Glucide H2C OH O HO H H OH H H H
HO
H HO O
O CH2 O H H H H OH H O H HO OH H
OH
H OH H CH2
HOH2C
O
H
H
HO
HO
H
O
CH2OH
Stahioza
Nu conţine nici un hidroxil glicozidic liber, deci nu este reducătoare. Este fermentată în colon cu producerea de gaze. Maltotetroza este formată din patru molecule de glucoză legate ∝-1,4 glicozidic. Se formează la hidroliza enzimatică a amidonului.
4.1.3. Polizaharide Polizaharidele sunt compuşi cu masă moleculară mare (grad de polimerizare de la 10 la câteva mii) şi care conţin unităţi glicozil dar care pot avea în structura lor şi alte substanţe. Polizaharidele pot fi clasificate după mai multe criterii şi anume:
În funcţie de rolul fiziologic: de structură (celuloză, hemiceluloză) şi de
rezervă (glicogen, amidon);
În funcţie de monomerii existenţi şi anume: poliglucide fără aminozaharuri
(glicani) şi poliglucide cu aminozaharuri (glicozaminoglicani).
Hexozani Homopoliglucide Pentozani Glicani (poliglucide fãrã aminozaharuri) Polizaharide
glucani (amidon, glicogen, celulozã) fructani (inulina) manani galactani arabani xilani
Formate din monoglucide diferite: hemiceluloze, agar-agar;
Heteropoliglucide
Formate de acizi uronici: pectine, acid alginic, alginati; Gume de fermentare: xantan, gellan, dextran; Gume de sintezã: polidextroza.
Glicozaminoglicani (poliglucide cu aminozaharuri)
Cu structurã omogenã: chitinã, acid sialic; Cu structurã neomogenã: heparinã, heparin sulfat, acid hialuronic, condroitin sulfatul.
În funcţie de provenienţă, în care caz polizaharidele pot fi: -
din exudate ale unor arbori: gumă arabică, karaya, tragacanth;
Biochimia produselor alimentare
93
Glucide
-
din alge: agar, carragenan, alginaţi, furcellaran;
-
din fructe: pectinele;
-
din fermentaţie: xanthan, dextran, gelan;
-
din seminţe şi rădăcinoase: gumă guar, locust, kara, konjae;
-
din cereale, tuberculi: amidon;
-
din pereţii celulari ai plantelor: celuloză, hemiceluloză.
4.1.3.1. Glicani ( poliglucide fără aminozaharuri) Homopoliglucidele de interes major şi care se găsesc în materiile prime indigene sunt glucanii respectiv amidonul, glicogenul şi celuloza.
Amidonul este homoglicanul cel mai răspândit în lumea
vegetală unde reprezintă rezerva glucidică principală. El este constituit din două componente care se diferenţiază structural şi anume:
amiloza care este componentul liniar (20-30%) constituit din molecule de
glucoză legate ∝1,4. în lanţul liniar al amilozei există porţiuni helicoidale formate din 6 unităţi glucoză/spiră, cavitatea hidrofobă putând complexa iod, acizi graşi, emulgatori. CH2OH O H H H OH H O O H
CH2OH O H H H OH H O
H
OH
H
OH
CH2OH CH2OH O H O H H H H H OH H OH H O O H
OH
OH
Rest de amiloza
amilopectina este principalul constituent al amidonului (70-80%) şi are
structură ramificată în care unităţile de glucoză sunt legate ∝1,4 şi parţial
∝1,6, acestea din urmă reprezentând 5-6% din totalul de legături existente. Amilopectina este asemănătoare unui ciorchine de struguri. CH2OH O H H H OH H O O H CH2OH O H H H OH H O O H
OH
CH2OH O H H H OH H O H
OH
OH CH2 H
O H
H OH
H
H
OH
O
Rest de amilopectina Biochimia produselor alimentare
94
Glucide
Masa moleculară a amilozei variază de la câteva mii la jumătate de milion. Nu este solubilă în apă, formând micelii hidratate care dau cu iodul o coloraţie albastră. Masa moleculară a amilopectinei este de ordinul zecilor sau sutelor de milioane. Nu este solubilă în apă, formând soluţii coloidale sau micelare care dau cu iodul o coloraţie roşie. Prezenţa ramificaţiilor în amilopectină duce la o moleculă de tip globular, foarte condensată. Proprietăţile amidonului sunt o însumare a proprietăţilor celor două componente: amiloza şi amilopectina. După natura plantei în care se găsesc, granulele de amidon de rezervă au forma rotundă, ovală sau poliedrică, cu dimensiuni cuprinse între 0,002 – 0,15nm. În apă, amidonul nativ este insolubil. În apă caldă se produce o umflare a granulelor care la o anumită temperatură se sparg, formând o soluţie coloidală numită clei de amidon. O proprietate caracteristică a amidonului o constituie capacitatea sa de a da o coloraţie albastră prin introducerea unei soluţii apoase de iod în iodură de potasiu. Sub acţiunea enzimelor (amilaze) sau a acizilor amidonul se degradează întro serie de produşi intermediari numiţi dextrine, cu molecule din ce în ce mai mici, şi care se clasifică după coloraţia pe care o dau cu iodul în: amilodextrine (culoare albastră), eritrodextrine (roşie), achrodextrine (nu se colorează cu iodul), maltodextrine (nu se colorează cu iodul) pentru a ajunge, în final, la glucoză, în hidroliză acidă, şi la maltoză, în hidroliza cu amilazele, acesta desfăcându-se la rândul ei tot în glucoză sub acţiunea altei enzime (maltază).
Glicogenul este echivalentul animal al amidonului vegetal,
reprezentând forma de depozitare a excesului de hidraţi de carbon. Rezerve semnificative de glicogen se găsesc în muşchi şi ficat. Cantităţi mici de glicogen se găsesc în toate ţesuturile, inclusiv în creier. Din punct de vedere al structurii, glicogenul este asemănător amilopectinei, cu deosebirea că glicogenul, având un număr mare de legături 1,6glicozidice, este mai ramificat. Catenele laterale sunt formate în medie din 10-15 unităţi glucoză, în centrul moleculei întâlnindu-se o ramificaţie de 3-5 unităţi glucoză. Acest tip de organizare face ca glicogenul să prezinte o structură arborescentă. Biochimia produselor alimentare
95
Glucide CH2 OH
CH2 OH H OH
O
H
O H H
O H H OH
H
H
OH
H
OH
OH
CH2 OH H
O H H OH
H
H
H
OH
H O OH
H CH2 OH
CH2 OH
CH2
O H H OH
H
H
O H H OH
H
OH
OH
H
H
O H H OH
H
O
O
O
O
O H
H
O H H OH
O H H OH
O H
O
O
O
H
H
O
CH2
CH2 OH
CH2 OH
H OH
OH
H
OH
H
O H
H
H
O H
H OH
H OH
H
O
H
O H
H
O H
H
CH2 OH
CH2 OH
H
H
OH
OH
Structura glicogenului Glicogenul are o masă moleculară de ordinul milioanelor. În apă formează soluţii coloidale care cu iodul dau o coloraţie brun-roşcată ce nu dispare la cald.
Celuloza este un homoglucid glucanic foarte răspândit în
natură (fructe şi legume) şi care este formată din unităţi de glucoză prin legături β1,4 glicozidice. Lanţurile de macromolecule de celuloză sunt menţinute într-o structură fibrilară prin intermediul legăturilor de hidrogen.
H H
CH2 OH O H H H OH O
CH2 OH O H H H OH O
CH2 OH O H H H OH O OH
H H
OH
O H
H
OH
Fragment din structura celulozei Celuloza nu poate fi digerată de organismul uman deoarece acesta nu posedă enzime de hidroliză denumite celulaze. În pereţii celulari ai plantelor, miceliile de celuloză sunt legate prin legături de hidrogen cu diferite heteropolizaharide. Această structură determină caracterul fibros al celulozei şi proprietăţile sale mecanice care o fac adecvată rolului său de substanţă structurală şi cu rol de substanţă mecanică în plante.
4.1.3.2. Glicozaminoglicani (poliglucide cu aminozaharuri) Numeroase polizaharide din regnul animal şi mai puţin din cel vegetal, au ca unităţi structurale în catenele principale sau secundare, resturi de DBiochimia produselor alimentare
96
Glucide
glucozamină, D-galactozamină sau D-manozamină. Aceste polizaharide se numesc mucopolizaharide sau glicozaminoglicani. Ele sunt substanţe de structură ale ţesuturilor sau componente ale substanţelor mucoase din organism. Ele pot fi o parte constitutivă a unor proteine conjugate numite glicoproteine sau mucoproteine. Mucopolizaharidele se împart în acide şi neutre.
Acidul hialuronic este un polimer liniar cu masă moleculară
foarte mare constituit din acid glucuronic şi N-acetil-glucozamina, legate alternativ prin legături β 1,3 glucuronidice şi β 1,4-glucozamidice. H2C OH H2C OH COOH COOH O O O O H O H O O H H H H O O H H H OH OH H H H H H HO HO H
NH
H
OH
H
COCH 3
H
HN
OH
COCH 3
Fragment din molecula de acid hialuronic
El este prezent în peretele celular, în substanţele de bază extracelular din ţesutul conjunctiv al vertebratelor, în lichidul sinovial şi în umoarea vitroasă a ochiului. Acidul hialuronic leagă apa în spaţiile interstiţiale, menţine celulele împreună într-un complex similar gelului, previne pătrunderea în ţesuturi a microorganismelor patogene şi a substanţelor toxice, conferă lichidului sinovial proprietăţi lubrefiante şi capacitatea de a atenua loviturile.
Acidul condroitinic este alt mucopolizaharid acid, cu structură
aproape similară acidului hialuronic, cu deosebirea că în locul N-acetilglucozaminei, apare N-acetil-galactozamina. Condritin sulfatul intră în compoziţia ţesutului conjunctiv (cartilagii, tendoane, piele).
COOH O H H O OH H H
OH
SO3H CH2 OH O O O H H H O H H H
HN
COCH 3
n
Unitatea structuralã a acidului condroidin-4-sulfat Biochimia produselor alimentare
97
Glucide
Heparina.
Molecula
heparieni
prezintă
asemănare
cu
mucopolizaharidele acide, fiind alcătuită din acid glucuronic şi glucozamină sulfatată. Heparina conţine mai mult acid sulfuric decât acidul condroitinsulfuric. Heparina previne coagularea sângelui.
Mucopolizaharide neutre. Aceste mucopolizaharide conţin
glucozamină,
manoză,
L-fructoză,
acid
neuraminic.
Participă la
procesele de imunitate şi la activitatea funcţională a membranelor celulare. Intră în structura mucoidelor (mucine) care se întâlnesc în salivă şi diferite secreţii mucoase (nazale, branhiale). Aceste mucoide conferă proprietăţi specifice grupelor sanguine.
4.1.4. Heteropolizaharidele conţin în molecula lor resturile a două sau mai multe monozaharide diferite.
Hemicelulozele reprezintă o grupă vastă de polizaharide
heterogene din regnul vegetal, ocupând ca pondere locul al doilea după celuloză. Hemicelulozele sunt substanţe macromoleculare alcătuite din catene principale lugi, formate din unităţi D-glucoză, D-manoză, L-ramnoză, acid D-galacturonic, D-xiloză şi L-arabinoză, la care sunt ataşate catene scurte laterale alcătuite în principal din acid D-galacturonic, acid D-4-Ometilglucuronic, D-xiloză, L-arabinoză, D-galactoză, D- manoză şi altele. Hemicelulozele pot fi subdivizate în: -
polioze unitare alcătuite din acelaşi rest de monozaharid: xilani, arabani, galactani, manani, fructozani, etc.
-
polioze
mixte:
arabogalactani,
arabomanani,
galactomanani,
araboxilani, etc. Xilanii se găsesc în cantităţi mari în paie şi fibrele plantelor. Sunt constituiţi din unităţi de β-xilopiranoză legate 1,4 şi 1,3 glicozidic. Xolanii pot apărea în structuri unitare sau slab ramificate. Arabanii sunt alcătuiţi din unităţi de L-arabinoză, care apar numai în structură furanozică, legate 1,2 β sau 1,5 β glicozidic. Arabanii apar, aproape fără excepţie, în structuri ramificate.
Biochimia produselor alimentare
98
Glucide
Mananii sunt componenţi ai hemicelulozelor din conifere sau apar în celulele de drojdii, în sâmburi de curmale şi coacăze, în nuca de fildeş, etc. Ei sunt formaţi din resturi D-manopiranozil legate 1,4 β glicozidic. Galactanii sunt mai răspândiţi în regnul vegetal şi intră în compoziţia pereţilor celulari ai paielor, seminţelor rădăcinilor. Sunt constituiţi din unităţi de D-galactopiranoză şi cantităţi mici de L-galactopiranoză alături de Dgalactofuranoză. Rar, apar ca structuri unitare ale galactozei neasociate. Legăturile dintre unităţile structurale sunt 1,4 β-glicozidice.
Gume şi mucilagii sunt polizaharide de origine vegetală,
reprezentantul tipic constituindu-l gumele secretate de vişini, pruni, migdali în locurile cu leziuni de pe ramuri. Gumele nu prezintă o constituţie unitară fiind alcătuite din resturi de galactoză, manoză arabinoză, acid glucuronic, xiloză. Mucilagiile sunt alcătuite din xiloză, arabinoză şi o cantitate mică de galactoză. Ele se găsesc în cantităţi mari în seminţele de in, boabe de secară, bame.
Pectine sau substanţe pectice sunt compuşi macromoleculari
poliglucidici, componenţi de bază ai pereţilor celulari. În structura pectinelor intră: lanţuri liniare de acizi poligalacturonici (polimeri ai acidului galacturonic) legaţi ∝1,4 glicozidic, parţial esterificaţi cu grupările metil şi care reprezintă ~80% din structura pectinei; resturi de 1,2 ∝ rhamnopiranoză (până la 4%) distribuite în interiorul lanţului galacturonic; ramificaţii (10-15%) formate din lanţuri ce conţin L-arabinoză, D-galactoză şi D-xiloză.
rest de pectină Substanţele pectice se găsesc în plante sub formă de protopectină insolubilă în apă, care reprezintă o asociere a acidului poligalacturonic metoxilat cu galactani şi arabani. Protopectina conferă duritate fructelor necoapte, fiind asociată cu cantităţi mari de late polioze. Pe măsura maturării protopectina
Biochimia produselor alimentare
99
Glucide
trece în acizi pectici printr-un proces enzimatic sub acţiunea protopectinazei şi pectinmetilesterazei. Proprietatea esenţială a pectinelor constă în capacitatea remarcabilă de a forma geluri cu cele mai diverse comportări vâscoelastoplastice.
Alginaţii apar în algele brune ca polizaharid schelet al peretelui
celular. Sunt formaţi din unităţi de acizi β-D-manuronic şi ∝-L-guluronic legate 1,4 glicozidic. Utilizările alginaţilor în industria alimentară sunt foarte numeroase şi se bazează pe capacitatea lor de stabilizare, îngroşare şi de gelifiere.
Agarul este un produs gelatinos extras din algele roşii, care cresc
îndeosebi pe coastele Japoniei. Sub aspect chimic, agarul este un complex heterogen de polizaharide cu aceeaşi catenă principală formată din unităţi de
β-D-galactopiranoză şi 3,6 anhidro-∝-L-galactopiranoză, unite alternativ prin legături 1,4 şi 1,3 glicozidice. Ca şi amidonul, agarul este format din două componente: agaroza (~ 70% din substanţa uscată) şi agaropectina. În afara utilizării pentru prepararea mediilor nutritive în microbiologie, agarul se utilizează în industria alimentară pentru activitatea emulsionanată şi stabilizatoare, pentru rezistenţa termică a gelului şi pentru că este complet indigerabil.
Carragenenanul este un polizaharid, care se extrage din algele
roşii, format din D-galactoză şi 3,6 anhidro-D-galactoză sulfatate în 2-, 4-, 6sau 2,6. Are multiple utilizări în industria alimentară ca aditivi pentru stabilizarea emulsiilor şi a diverselor suspensii, agent de gelifiere şi texturare.
Mucopolizaharide neutre. Aceste mucopolizaharide conţin
glucozamină,
manoză,
L-fructoză,
acid
neuraminic.
Participă la
procesele de imunitate şi la activitatea funcţională a membranelor celulare. Intră în structura mucoidelor (mucine) care se întâlnesc în salivă şi diferite secreţii mucoase (nazale, branhiale). Aceste mucoide conferă proprietăţi specifice grupelor sanguine.
Biochimia produselor alimentare
100
Vitamine
5. Vitamine
Vitaminele sunt componentele alimentelor necesare organismului în cantităţi catalitice, lipsa lor din hrană putând provoca îmbolnăviri grave – avitaminoze. Vitaminele acţionează la nivelul întregului organism (rol coordonator, integrator, regulator), la nivelul subcelular şi molecular, unele din lele funcţionând şi drept coenzime. Vitaminele sunt sintetizate de organismele vegetale şi în mai mică măsură de unele specii de animale şi de către om. Pentru o vitaminele provin în principal din alimente şi în mai mică măsură din biosinteză în tractul intestinal de către microbiota colonului.
5.1. Clasificarea vitaminelor Vitaminele sunt clasificate, în general, după criteriul solubilităţii în: -
vitamine liposolubile ( A, D, E, K);
-
vitamine hidrosolubile ( B1, B2, B6, B12, PP, acizi folici,sau pteroilglutamici, acidul pantotenic, biotina, acidul paraminobenzoic, vitamina C, vitaminele P şi alte substanţe care prezintă activitate vitaminică).
Există diferenţieri între cele două grupe printre care amintim: • absorbţia vitaminelor liposolubile presupune nu numai existenţa lipidelor în care se solubilizează şi care le vehiculează, dar şi a lipazelor pancreatice precum şi a sărurilor biliare care emulsionează şi degradează complexele lipo-vitaminice; • absorbţia vitaminelor hidrosolubile este deranjată de acidul clorhidric, care favorizează distrugerea lor; • vitaminele hidrosolubile nu se depozitează şi atunci când se realizează o anumită concentraţie specifică fiecărui organ, excesul se elimină pe cale renală; • vitaminele liposolubile se depozitează în lipidele din ficat; Biochimia produselor alimentare
101
Vitamine
• vitaminele hidrosolubile intervin, în principal, în reacţiile ce eliberează energie; • vitaminele liposolubile participă la procese anabolice care stau la baza creşterii şi formării unor substanţe proprii organismului; • vitaminele hidrosolubile, indispensabile în metabolismul tuturor celulelor, majoritatea lor participând la alcătuirea unor enzime, au fost denumite enzimo-vitamine; • vitaminele liposolubile intervin, mai ales, în realizarea unor structuri acţionând asemănător cu hormonii, au fost denumite şi hormon-vitamine; • nevoile organismului în vitamine hidrosolubile cresc relativ proporţional cu consumul de energie; • nevoile organismului în vitamine liposolubile depind, în principal, de intensitatea proceselor morfogenetice (creştere, ciclu reproductiv, etc.).
5.1.1. Vitamine liposolubile Vitaminele A sunt cunoscute şi ca vitamine antixeroftalmice, vitamine antiinfecţioase, vitamine de creştere liposolubile, vitamine de apărare a epiteliilor, axeroftoli. Cea mai importantă vitamină A este vitamina A1, denumită şi retinol, dar există şi vitamina A2 (izomerul vitaminei A1), vitamina A3 şi neovitamina A1 dar şi retinal, acid retinoic precum şi alţi diferiţi izomeri ai vitaminelor A. O C
C OOH
H 3,4 dehidroretinol Vitamina A1 (Retinol)
acid 3,4 dehidroretinoic Vitamina A2 (Dehidroretinol)
CH2 CH2 OH
Vitamina A3
Biochimia produselor alimentare
CH2 OH Neovitamina A1 (13 cis-Retinol)
102
Vitamine
O C
C OOH
H Acid retinoic
Retinal (Retinen)
Vitaminele A derivă din provitaminele carotenice. Principala carotenoidă este β carotenul din care se pot obţine două molecule de vitamină A1 (A-caroten, γ-caroten, criptoxantină, etc.). Structura principalelor provitamine este:
β -caroten
α -caroten
γ -caroten
OH
Criptoxantina
Surse importante de caroteni sunt fructele şi legumele. În organismul uman şi animal carotenii sunt transformaţi în vitamine A. Vitaminele A îndeplinesc următoarele funcţii mai importante: Biochimia produselor alimentare
103
Vitamine
-
menţinerea integrităţii celulelor epiteliate;
-
stimulatori pentru creşterea noilor celule;
-
măresc rezistenţa organismului la infecţii;
-
conduc la creşterea longevităţii şi întârzie senilitatea;
-
asigură dezvoltarea şi funcţionarea normală a testiculelor şi ovarelor;
-
participă la procesul vederii.
În legătură cu ultima funcţie, se cunoaşte
faptul că retinolul sub formă
aldehidică (retenina) constituie grupul prostetic-cromofor al pigmentului proteic rodopsina prezentă în retină. Ciclul vizual decurge astfel: în prezenţa luminii din rodopsină se formează opsină şi retinal. În întuneric rodopsina este regenerată. Lumina
RODOSPINA
Tran-retinal + opsina Intuneric 11-cis-retinal + opsina
Deficienţa în vitamine A se manifestă la diferite niveluri: • la nivel epitelial: atrofie urmată de hiperkeratinizare; • la nivel de aparat ocular: adaptarea slabă a vederii la întuneric, orbire nocturnă (hemeralopie), xeroftalmie (uscarea corneei), keratomalacie, fotofobie, conjunctivite şi astenopie; • la nivelul sistemului osos şi a dinţilor: formarea defectuoasă a epifizelor, dinţi hipoplastici cu emailul subţire. La aport mare de vitamină A (hipervitaminoză) se ajunge la creşterea ficatului şi splinei, pierderea părului, dureri de cap, scăderea proteinelor serice şi protombinei plasmatice, creşterea activităţii fosfatazei alcalinei.
Vitaminele D Vitaminele D sunt cunoscute şi sub denumirea de vitamine antirahitice. În natură se găsesc în stare liberă şi sub formă de provitamine, dintre care cele mai importante sunt ergosterolul (provitamina D2) şi 7-dehidrocolesterolul (provitamina D3). Dintre
vitaminele
D
cele
mai
importante
sunt
calciferolul
(D2)
şi
colecalciferolul (D3). Biochimia produselor alimentare
104
Vitamine CH3
CH3
CH2
CH2
CH3 H3C
HO
CH3
HO
Vitamina D 2 (Calciferol)
Vitamina D3 (Colecalciferol)
Vitamina D2 ca atare se găseşte în ficatul unor peşti marini iar vitamina D3 se întâlneşte în ficatul peştilor marini, de apă dulce, în ficatul mamiferelor, lapte, produse lactate, ouă, în epiderma animalelor, inclusiv om, prin iradierea cu UV a colesterolului ia naştere vitamina D3.. Toate vitaminele D au o acţiune antivitaminică intervenind în: -
activitatea fosfatazelor alcaline din rinichi, intestine, oase;
-
absorbţia calciului şi fosforului în tractul digestiv (intestine);
-
creşterea concentraţiei acidului citric din sângele copiilor rahitici la nivelele normale (intervine deci în metabolismul citratului);
-
favorizează resorbţia fosfolipidelor de către rinichi;
-
formarea normală a oaselor.
Deficienţa în vitamine D conduce la rahitism la copii, deci nu se depun sărurile de Ca şi P în oase, deşi matricea organică a acestora se formează. La adulţi, în formele mai avansate ale carenţei vitaminei D se instalează osteomalacia care se manifestă prin dureri la nivelul membrelor inferioare cât şi prin fenomene alergice în partea inferioară a toracelui. Pot surveni deformări ale coloanei cu cifoscolioză la bătrâni, iar la tineri deformarea oaselor pelviene şi chiar fracturi. În caz de hipervitaminoză se ajunge la mobilizarea calciului şi fosforului din oase şi deci demineralizarea acestora, Ca şi P depunându-se în vasele de sânge, rinichi, etc. Hipervitaminoza D mai conduce la: micşorarea apetitului, micşorarea retenţiei de Ca şi P în organism, micşorarea vitezei de creştere la copii, dureri de cap, astenie, anorexie, diureză.
Vitaminele E
se mai numesc şi tocoferoli, vitaminele antisterilităţii,
vitamine de fecundare. Se cunosc α, β, γ, δ- tocoferoli, activitatea vitaminică manifestându-se în ordinea: α > β > γ> δ.
Biochimia produselor alimentare
105
Vitamine HO
R1
R2
O R3
Tocoferoli
R1=CH3; R2=CH3; R3=CH3 – α-tocoferol; R1=CH3; R2=H; R3=CH3 – β-tocoferol; R1=H; R2=CH3; R3=CH3 – γ-tocoferol; R1=H; R2=H; R3=CH3 – δ-tocoferol; Tocoferolii se găsesc aproape în toate produsele alimentare, sursele cele mai bogate fiind uleiurile vegetale (ulei de germeni de porumb, ulei de germeni de grâu), ulei din ficat de peşte marin, în ordine urmând produsele cerealiere şi ouăle. Grăsimile animale, cărnurile, fructele şi legumele sunt sărace în tocoferoli. Vitaminele E îndeplinesc în organism o serie de funcţii printre care: -
cofactor şi transportul electronilor, regulator al ciclului Krebs, regulator al metabolismului acizilor nucleici cu implicaţii în maturarea şi diferenţierea celulelor;
-
regulator al biosintezei porfirinelor şi hemului;
-
regulator al metabolismului proteic şi aminoacidic;
-
de protecţie a organismului faţă de anumiţi agenţi toxici;
-
de menţinere a permeabilităţii capilarelor şi de protecţie a muşchiului faţă de degenerare;
-
necesară pentru reproducere normală;
-
antioxidant biologic pentru vitaminele oxidabile şi lipide.
Deficienţa în vitamină E conduce la: pierderea capacităţii de fertilizare a spermatozoizilor; întârzierea în dezvoltarea foetusului şi degenerarea ţesuturilor
placentare
foetale,
deficienţă
prelungită
conducând
la
degenerarea uterului urmată de sterilitate absolută. La nivelul musculaturii se constată: distrofie musculară; scăderea conţinutului de creatinină urmată de creatinurie; necroza şi fibroza fibrelor musculare cardiace; depunerea de mici globule de pigment galben în muşchi şi ţesutul adipos.
Vitaminele K sunt cunoscute şi sub denumirea de factori antihemoragici, filokinonă, vitaminele coagulării. Mai importante sunt vitaminele K1 şi K2. Biochimia produselor alimentare
106
Vitamine
O
CH3 CH3 CH2 CH
CH3
CH3
C (CH2)3 CH (CH2)3 CH (CH2)3 CH
O
CH3 CH3
Vitamina K1 O
CH3 CH3 CH2 CH
C
CH3
CH2 CH2 CH C CH3
O
5 Vitamina K2
Vitamina K1 se întâlneşte în produsele alimentare de origine vegetală iar vitamina K2 este sintetizată de bacterii. Surse bogate de vitamine K sunt varza, conopida, soia, căpşunele, germenii de grău, ficatul de porc, spanacul, urzicile, mazărea verde. Vitaminele K sunt esenţiale pentru: • sinteza protrombinei şi coagularea normală a sângelui: PROTROMBINA (inactiva) +
activator al protrombinei
Ca2 plasmatic TROMBINA (activa)
FIBRINOGEN
FIBRINA
• sunt puternic bacteriostatice. În deficienţă de vitamine K cauzată de diete lipsite de aceste vitamine, de tulburări în sinteza intestinală, absorbţia deficitară intestinală, leziuni hepatice şi hemoragii masive, se instalează hipoprotrombinemia şi apar hemoragii multiple în ţesuturile cutanate, timus, vezică, ochi, glande suprarenale, rinichi, ţesuturi retinoperitoneale, creier, ca o consecinţă a coagulării defectuase a sângelui.
Vitaminele F se mai numesc şi vitamine antidermatice şi sunt reprezentate de acizi graşi esenţiali: linoleic, linolenic şi arahidonic.
Biochimia produselor alimentare
107
Vitamine
Acidul linoleic (C18H32O2) este un acid gras dinesaturat C18ϖ 6−9 (sau Δ 912). ϖ 6−9 arată poziţia dublelor legături plecând de la gruparea metil-terminal, iar Δ 9-12 arată poziţia dublelor legături plecând de la gruparea COOH terminal. CH3 (CH2)4 CH CH CH2 CH CH (CH2)7 COOH metil terminal
carboxil terminal
Acidul linoleic poate fi denumit acid Δ9-12 octadecanoic sau acid
ϖ 6−9 octadecanoic. Familia acidului linoleic este cunoscută ca familia acizilor graşi nesaturaţi ω6. acidul linoleic este precursor al acidului γ linoleic [C18:3(ω6)], a acidului eicosatrienoic [C20:3(ω6)] respectiv a acidului arahidonic [C20:4(ω6)] precum şi a prostaglandinelor. Acidul linolenic (C18H30O2) este un acid gras trinesaturat C18:3. CH3 CH2 CH CH CH2 CH CH CH2 CH
Se
mai
numeşte acid Δ9,12,15
CH
octadecatrienoic
(CH2 )7 COOH
sau
acid
ω3,6,9
octadecatrienoic. Acidul linolenic face deci parte din familia acizilor graşi polinesaturaţi ω3. Acidul arahidonic (C20H32O2) este un acid tetranesaturat CH3 (CH2 )4 CH CH CH2 CH CH CH2 CH
CH CH2 CH CH (CH2)3 COOH
Se mai numeşte acid Δ5,8,11,14 eicosatetraenoic sau acid ω3,6,9 eicosatetraenoic. Acidul arahidonic face parte din familia acizilor graşi nesaturaţi ω6 fiind important ca substrat în formarea prostaglandinelor. Acizii graşi esenţiali joacă rol important în menţinerea integrităţii celulare şi a fluidităţii
acestora,
asigurarea
integrităţii
mitocondriilor,
scăderea
colesterolului seric, împiedicarea agregării elementelor figurate, prevenirea fragilităţii celulelor; prevenirea hipertensiunii induse de NaCl, asigurarea producţiei de prostaglandine. Deficienţa în acizi graşi conduce la dermatoze, întârzierea creşterii, hemoliza eritrocitelor, tulburarea funcţiei de reproducere, hemoragii interne.
5.1.2. Vitamine hidrosolubile Vitamina B1 este denumită aneurină, factorul antineuritic vitamina antiberi – beri sau tiamina. Biochimia produselor alimentare
108
Vitamine
CH2
N H3C
NH2
N
+ N
CH3 CH2 CH2 OH
S
Tiamina N H3C
+ N
CH2 N
NH2
. O
CH3 S
CH2 CH2 O P
O O ~P OH
OH
OH
Tiaminpirofosfat (TPP)
Vitamina B1 este prezentă în toate ţesuturile de origine animală şi vegetală, fiind necesară celulelor respective pentru utilizarea glucidelor. Sursele de vitamină B1 sunt reprezentate de drojdia de bere şi panificaţie, organele de animale, ţesut muscular. Vitamina B1 prezintă o serie de funcţii în organism printre care amintim: -
sub formă de tiaminpirofosfat (TPP) intervine în toate reacţiile de decarboxilare oxidativă care conduc la formarea de CO2. Aceste reacţii includ decarboxilări, oxidări, dismutări şi condensări.
-
Este esenţială pentru menţinerea apetitului, digestiei normale şi tonusului gastrointestinal.
-
Este necesară pentru creştere, fertilitate şi lactaţie precum şi pentru funcţionarea normală a ţesutului nervos.
Deficienţa în vitamină B1 se manifestă prin: pierderea apetitului, atonie gastrică, colon spastic, aclorhidrie, disfagie, oboseală, somnolenţă, dureri de cap, nevrită periferică, dificultate în ordinea gândirii, teamă, instalarea ideii de persecuţie, confuzii mintale, palpitaţii, ritm galopant, inimă mărită, presiune venoasă ridicată, dureri musculare, atrofie musculară.
Vitamina B2 mai este cunoscută şi sub denumirea de riboflavină, lactoflavină (din lapte), ovoflavină (din ou), hepatoflavină (din ficat), factor de creştere. Vitamina B2 se găseşte larg
OH OH OH CH2 CH CH CH H3C
H3C
N N
O
N NH
O Riboflavina
Biochimia produselor alimentare
CH2 OH
răspândită
în
produsele
alimentare. Surse bogate în B2 sunt
drojdia
panificaţie,
de carnea,
bere
şi
ouăle,
peştele, lactatele. 109
Vitamine
În organism vitamina B2 îndeplineşte următoarele funcţii: -
sub
forma
esterilor
fosforici:
flavinmononucleotidul
(FMN)
şi
flavinadenindinucleotidul (FAD) intră în structura flavin-enzimelor de mare importanţă biologică care fac parte din lanţul respirator, intervin în fotosinteză,
în
sistemul
de
transport
microzomal,
în
dezaminarea
aminoacizilor, oxidarea hidroxiacizilor, aldehidelor, etc. O
OH OH OH CH2 CH CH CH H3C
N
H3C
N
CH2 O P OH
O
N
OH
NH
O Flavinmononucleotid (FMN)
NH2 O
OH OH OH CH2 CH CH CH H3C
N
H3C
N
N
CH2 O P O ~P O H2C
O
N
O
OH
OH
NH
N N
N O
H H
H H
OH OH
O Flavinadenindinucleotid (FAD)
-
Vitamina B2 împreună cu piridoxina este implicată în conversia triptofanului în acid nicotinic;
-
Riboflavina ca o componentă a enzimelor amintite este importantă în respiraţia ţesuturilor puţin vascularizate, cum ar fi carnea;
-
Riboflavina este prezentă în pigmentul retinei ochiului participând la procesul de adaptare la lumină.
Deficienţa în vitamină B2 conduce la glosită (inflamarea limbii, cheiloză, stomatită (leziuni la colţul gurii şi a buzelor). La nivelul ochilor deficienţa conduce
la
vascularizaţie
corneeană,
fotofobie,
diminuarea
vederii,
pigmentaţie anormală a irisului.
Vitamina PP Acidul pantotenic (niacina) şi nicotinamida (niacinamida) sunt cunoscute şi sub denumirea de „Pelagra preventive factor”. Această vitamină intră în compoziţia cofactorilor NAD+ (nicotinamidadenindinucleotid) Biochimia produselor alimentare
110
Vitamine
şi NADP+ (nicotinamidadenindinucleotidfosfatul), coenzime implicate în transportul de electroni. COOH
CONH2
N
N …………………….. Nicotinamida
Acid nicotinic
NH2 N
CONH2
N
+ N H O H
N H H
OH
O O O OH CH2 O P O ~P O H2C OH NAD+
R = H : NAD+
N H
OR
H
R = PO3H2 : NADP+
OH H
OH si
NADP
+
Organismul uman nu este în întregime dependent de aportul de niacină prin dietă, deoarece aceasta se poate sintetiza şi din triptofan. Pentru a înlocui 1 mg de niacină sunt necesare 60 mg triptofan. Surse de vitamină PP sunt drojdiile, cerealele, germenii de grâu, peştele, laptele, tărâţele de orez. Coenzimele nicotinamidice fac parte din constituţia unor enzime implicate în reacţii redox de hidrogenare-dehidrogenare. Dehidrogenazele care admit drept coenzimă NAD+ catalizează reacţii de oxidoreducere din catabolismul oxidativ; spre exemplu, unele reacţii din ciclul acidului citric. Pe de altă parte, dehidrogenazele şi reductazele dependente de NADP+ participă la reacţiile din calea pentozofosfaţilor şi la cele care au loc în procesul de biosinteză a acizilor graşi. Prin urmare, ca şi coenzimele flavinice, coenzimele nicotinamidice, împreună cu vitamina PP constituentă, sunt compuşi cu rol metabolic important. În deficienţă de vitamina PP se instalează pelagra manifestată prin leziuni ale pielii (dermatite) şi inflamarea limbii, diaree şi demenţă (vitamina PP provoacă cele 3 D-uri: diaree, dermatite, demenţă).
Vitaminele B6 Trei compuşi cu acţiune vitaminică şi anume piridoxina, piridoxalul şi piridoxamina. Biochimia produselor alimentare
111
Vitamine
CH2 OH HO
3 2
H3C
4 1
5
CHO
CH2OH
6
HO
3 2
H3C
N Piridoxină
4 1
5
CH2 NH2 CH2OH
6
HO
CH2OH
H3C
N
N Piridoxamină
Piridoxal
Vitamina B6 se găseşte în cantităţi mari în drojdia de panificaţie, de bere, în cerealele brute, în unele organe (inimă, ficat, splină, rinichi). Fructele şi legumele au un conţinut mai scăzut de vitamină B6. Sub formă de piridoxal fosfat şi piridoxaminăfosfat sunt coenzime implicate în transaminare,
decarboxilare,
formarea
melaninelor,
metabolismul
triptofanului, transmetilare, sinteza porfirinelor, transformarea glicogenului din ficat şi muşchi în glucozo-fosfat. Deficienţa în vitamină B6 la copii cauzează convulsii, alte simptome incluzând anorexie,
nausea,
vomizări,
letargie,
somnolenţă,
confuzie,
anemie
microcitară hipocromică. Acidul pantotenic mai este cunoscut şi sub denumirea de vitamină B3 şi Bx, factorul bios 11, factor anticromotrichia. Din punct de vedere structural, acidul pantotenic este produsul condensării acidului 2,4 – dihidroxi-3,3’ – dimetil - butiric (numit şi acidul pantoic) cu βalanina. CH3 HO CH2 C CH CO NH CH2 CH2 COOH CH3 OH acid pantoic Acidul pantotenic
β-alanina
Acidul pantotenic, sub formă de coenzimă A, este vital în metabolismul lipidelor, glucidelor şi compuşilor cu azot. Surse bogate în acid pantotenic sunt organele, ciupercile, germenii de grâu, brocoli, conopidă, ovăzul, mazărea uscată, soia, etc. Deficienţa în acid pantotenic conduce la scăderea colesterolului sanguin, funcţia anormală a adrenalinei, creşterea sensibilităţii organismului la acţiunea hipoglicemică a insulinei. Clinic, deficienţa în acid pantotenic se manifestă prin viteză mare a bătăilor inimii la efort fizic, disconfort gastric, anorexie, constipaţie.
Biochimia produselor alimentare
112
Vitamine CH3 O CH2 C CH CO NH CH2 CH2 CO NH CH2 CH2 SH CH3 OH NH2 HO P
O N
O HO P
N
O
O
CH2 H
N
O
N
H H
H O PO3H2 OH
Coenzima A (CoA-SH)
Biotina este cunoscută şi sub denumirea de vitamina H, coenzima R. În constituţia moleculei de biotină intră ciclul hidrogenat al imidazolului condensat cu ciclul hidrogenat al tiofenului. La aceasta din urmă, în poziţia α faţă de atomul sulf se află ataşat acidul valerianic. O
Biotina
C
(coenzimă) a enzimelor care intervin în
HN
NH
HC
CH CH (CH2)4 COOH
H2C S Biotina
reprezintă
metabolismul
gruparea
lipidelor
prostetică
(formarea
şi
degradarea oxidativă a acizilor graşi) în metabolismul
glucidelor
(carboxilarea
acidului piruvic pentru formarea acidului oxalacetic, prezent în ciclul acidului citric) precum şi în alte reacţii importante care
necesită fixarea CO2 în compuşi organici. Surse bogate în biotină sunt ciupercile, mazărea uscată, arahidele toastate, oul, ficatul de vită, conopida, carnea de pasăre. Deficienţa de biotină se manifestă la om prin leziuni ale pielii, piele de culoare gri, atrofia papilelor linguale, anorexie, lipsă de somn, dureri musculare. Acidul folic este cunoscut şi sub denumirea de folacină, acid pteroilglutamic, vitamina M, vitamina U, rizopterina (SRL), factorul Lactobacillus carei şi „Norite eluate factor”.
Biochimia produselor alimentare
113
Vitamine
În structura moleculară a acizilor folici se află condensate trei substanţe: un derivat trisubstituit al heterociclului numit pteridină, acidul p-aminobenzoic şi acidul glutamic.
N
N
3'
CH2 NH
4'
1' 5'
N
COOH
2'
CO
NH CH
6'
CH2
N
rest de pteridină
rest de acid p-aminobenzoic
CH2 COOH
rest de acid glutamic În organism, acidul folic sub formă de acizi tetrahidrofolici constituie coenzima unor enzime ce participă la trecerea grupărilor cu un carbon: metil (-CH3), metilen (>CH2), formil (-CHO), formimino (-CH=NH) de la un metabolit la altul, intervenind în sinteza purinelor şi pirimidinelor necesare pentru formarea acizilor nucleici. Acidul folic se găseşte în principal în frunzele verzi, ficat, drojdii şi rinichi. Deficienţa de acid folic conduce la anemie, leucopenie şi încetarea creşterii. Vitamina B12 este cunoscută şi sub denumirea de ciancobalamină, factorul antipernicios, factorol APF (animal, protein factor), factorul X, zooferină. Molecula vitaminei B12 este constituită din patru nuclee pirolice parţial reduse şi care au numeroşi substituenţi , dintr-un ribozid alcătuit din 5,6 – dimetilbenzimidazol unit la atomul central de cobalt, o moleculă de riboză fosforilată în C3 şi aminopropanol legat de o catenălaterală a ciclului D al nucleului tatrapirolic.
Biochimia produselor alimentare
114
Vitamine
Vitamina B12 este necesară pentru dezvoltarea normală a globulelor roşii, ca factor de creştere pentru copii împreună cu acidul folic. Este implicată în metilarea homocistinei la metionină, în biosinteza purinelor şi pirimidinelor. Surse de vitamină B12 sunt carnea şi organele de la animalele abatorizate, laptele, peştele, carnea de pasăre. Deficitul de vitamină B12 conduce la anemie pernicioasă. Vitamina C mai este cunoscută şi sub denumirea de acid ascorbic, factor antiscorbutic, acidul cevitaminic. Structura moleculei de acid ascorbic este înrudită cu cea a hexozelor. De fapt el poate fi considerat drept γ – lactona unui acid hexuronic, numit acid Lglulonic. Acidul ascorbic, trece reversibil în acid dehidroascorbic, ambele substanţe având activitate vitaminică.
Biochimia produselor alimentare
115
Vitamine
Vitamina O C
O C C OH C OH
O
H C
O C
+2H
H C
HO C H
O
Acid ascorbic
care
amintim:
în
formarea
proteinelor
stromale
(colagen, elastină), dentinei
HO C H
şi oseinei, deci participă la
C H2 OH
C H2 OH
intervine
numeroase procese printre
O C -2H
C
formarea dinţilor, oaselor şi
Acid dehidroascorbic formarea calusului în cazul
fracturilor; menţinerea integrităţii capilarelor; intervenţie în metabolismul aminoacizilor aromatici; hidroxilarea dopaminei, a steroizilor; influenţează producţia de hormoni adrenocorticali, insulină; menţine activitatea normală a succindehidrogenazei miocardului şi muşchilor scheletari, precum şi a fosfatazei serice la copii. Surse bogate în vitamina C sunt măceşele, cătina albă, varza, pătrunjel, urzici, spanac, conopidă, ardei roşu şi verde, varză roşie, vinete, etc. La deficienţe în vitamina C se instalează scorbutul care se manifestă prin slăbiciune, slăbirea gingiilor, pierderea dinţilor, resorbţia dentinei, umflarea încheieturilor şi hemoragii în diferite ţesuturi; apariţia anemiei feriprive; fracturi la periferia osului şi hemoragii sub periost; fragilitate crescută a capilarelor. Acidul para-aminobenzoic se mai numeşte factor achromotrichial, factor de creştere a puiului de găină, factorul P de creştere a bacteriilor, factor Bx, vitamina H, vitamina H2, Gerovital H3, Aslavital. Acidul para-aminobenzoic este H2N
COOH
coenzima
tirozinazei
şi
îndeplineşte următoarele funcţii: participă la structura acizilor
Acid para-aminobenzoic
folici şi folinici; are rol protector
asupra acizilor graşi esenţiali, adrenalinei, vitaminelor A şi E faţă de oxidare; protejează pielea faţă de arsurile solare; are acţiune antiinfecţioasă generală; stimulează anabolismul substanţelor, având efect de „reîntinerire”, în geriatrie; stimulează transformarea glicogenului în glucoză. Surse bogate de acid para-aminobenzoic sunt ficatul de vită, soia, asparagus, varza, peştele, germeni de grâu şi porumb, spanacul, drojdiile.
Biochimia produselor alimentare
116
Vitamine
Inozitolul se mai numeşte factor anti-alopecia la şoarece, Bios1, zahărul muşchiului. Numai sub formă inactivă mezo H
OH
(mioinozitolul) este biologic activă. Se OH
OH H OH
H
hidraţilor de carbon şi grăsimilor. H
H
consideră că intervine în metabolismul În cantităţi mai mari se găseşte în creierul şi inima de vită, portocale, pepene galben,
OH
H
grapefruit, mazăre verde şi uscată, struguri,
Inozitol
germeni de grâu.
Colina este considerată ca o vitamină fiind o substanţă care transferă gruparea metil în vederea formării metioninei din homocisteină. HO CH2 CH2 N HO
CH3 CH3 CH3
Colina
Intervine
în
componentă
sinteza a
fosfolipidelor,
lecitinelor
dar
fiind şi
a
sfingomielinelor. De asemenea stimulează oxidarea
acizilor
graşi
superiori
şi
a
colesterolului. Surse importante de colină sunt ficatul de vită, soia, asparagus, varză, peşte, germeni de grâu şi porumb, gălbenuş de ou, rinichi.
Biochimia produselor alimentare
117
Bibliografie
BIBLIOGRAFIE 1.
CHEFTEL, J. C., CHEFTEL, H., BESANCON, P., 1977.
Introduction á la Biochimie et á la téchnologie des aliments. Technique et Documentation, Paris ; 2.
COSTIN, G. M., SEGAL, R. 1999. Alimente funcţionale. Ed.
Academica, Galaţi ; 3.
CRISTEA POPA, E., POPESCU, A., TRUŢIA, E., DINU, V.,
1991. Tratat de biochimie medicală. vol.I, Ed. Medicală, Bucureşti ; 4.
DICULESCU, I., ş.a. 1983. Biologie celulară. Ed. Did. şi
Pedag., Bucureşti; 5.
DUMITRU, I. F., MAGER, S., TURCU, A., 1973. Biochimie
generală. Ed. Did. şi Pedag., Bucureşti; 6.
GÂRBAN, Z., 1996. Tratat elementar de biochimie. Vol. I, Ed.
Mirton; 7.
GÂRBAN, Z., 1999 vol. I, 2002 vol. II. Biochimie. Tratat
comprehensiv. Ed. Did. şi Pedag.; 8.
KOOLMAN, J., ROHM, K. H., 1995. Atlas de „Poche de
Biochimie”. Médicine-Science, Flammarion; 9.
KRETOVICI, V. L., 1980. Biochimia rastenii. Visşaia şcola,
Moskwa; 10.
LEHNINGER, Vol. I, 1987, Vol. II, 1992. A. L., Biochimie. Ed.
Tehnică, Bucureşti; 11.
MANTA, I., 1968. Biochimie medicală. Ed. Did. şi Pedag.,
Bucureşti; 12.
ROSETTI-COLTOIU, M., MITREA, N., 1987. Biochimie. Ed.
Did. şi Pedag., Bucureşti; 13.
SEGAL, R., 1998. Biochimia produselor alimentare. vol. I, vol.
II, Ed. Alma, Galaţi; 14.
TAMAS, V., ŞERBAN, M., 1981. Biochimie medicală veterinară.
Ed. Did. şi Pedag., Bucureşti; 15.
VOET, D., VOET, J. D., 1989. Biochemistry. John Wiley and
sons, New York;
Biochimia produselor alimentare
118
View more...
Comments
